仿咀嚼食品質(zhì)地評價及咀嚼效能研究食品質(zhì)地是評價食品品質(zhì)的主要指標(biāo),其評價方法主要有感官評價法和儀器測量法。感官評價法通過咀嚼前期、后期得到質(zhì)地特性,其依附于人類的生理感知,評價結(jié)果易受主觀因素影響,缺乏精確性且不穩(wěn)定。儀器測量法多通過食品質(zhì)構(gòu)儀測定,采用圓柱形或鍥形壓頭對食品擠壓得到應(yīng)力應(yīng)變曲線進行質(zhì)地評價,這與人類牙齒形態(tài)特征相差較遠(yuǎn),并且質(zhì)構(gòu)儀很難實現(xiàn)多次咀嚼得到質(zhì)地特性,如咀嚼性。另外,人類通過多次咀嚼得到的產(chǎn)物是質(zhì)地多樣的食物團,而咀嚼效能反映了人類破碎食物的能力,可應(yīng)用于食物團性質(zhì)的分析,但是目前關(guān)于評價咀嚼效能的方法不能有效地對多種質(zhì)地食物團進行分析。因此,找到合理評價食品質(zhì)地和咀嚼效能的方法,不僅能為食品質(zhì)地評價提供新思路,而且也為具有咀嚼及吞咽障礙群體設(shè)計適合結(jié)構(gòu)的食品,以提高他們的咀嚼效能和吞咽安全性。針對食品質(zhì)地評價和咀嚼效能評價方法中存在的不足,本文優(yōu)化咀嚼效能評價方法用以分析食物團性質(zhì),研究人類咀嚼肌的肌電信號與食品質(zhì)地的關(guān)系,設(shè)計雙齒壓頭應(yīng)用于質(zhì)地評價,并用有限元法仿真模擬壓頭破碎食物塊過程,建立模擬咀嚼系統(tǒng),利用人類感官評價和咀嚼效能結(jié)果對仿咀嚼機的精確性進行客觀地驗證,試圖研制出既能對食品質(zhì)地評價,又能與人類咀嚼效能接近的仿咀嚼機。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)確定了兩種質(zhì)地食物團的咀嚼效能評價方法,并研究食物團的顆粒特性和圖像紋理特征。對于咀嚼后由獨立顆粒和唾液混合的食物團,確定篩分稱重法的中徑值d50作為評價食物團顆粒特征的參數(shù)。選取花生、胡蘿卜、蘋果、榨菜、豆干、香腸為試驗材料,用篩分稱重法處理六種食物在咀嚼5次、10次和達到吞咽次數(shù)時的食物團,結(jié)果表明吞咽次數(shù)下食物團的回收率低于咀嚼5次和10次的回收率,不同咀嚼次數(shù)和不同食物樣品的d50值差異顯著(p<0.05)。以面包為例,由于咀嚼后食物團是由顆粒與唾液的混合體,不易分離,所以采用圖像處理法來評價其咀嚼效能,應(yīng)用灰度-梯度共生矩陣法(GGCM)和灰度共生矩陣法(GLCM)提取紋理特征值。由判別分析可知,GGCM和GLCM的紋理特征正確判別于不同咀嚼次數(shù)的平均概率分別是75.30%和71.95%;利用主成分分析將逆差矩(IDM)作為評價食物團的紋理特征,將GGCM和GLCM兩種方法的IDM分別與食物團增重和質(zhì)地特性進行Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果表明GGCM的逆差矩(IDMGGCM)與食物團增重和質(zhì)地特性的相關(guān)系數(shù)高于GLCM的逆差矩(IDMGLCM),說明GGCM可以推廣作為提取食物團紋理特征的方法,IDMGGCM能有效地表征食物團圖像的紋理特征。(2)研究了咀嚼過程中的肌電信號與食品質(zhì)地的相關(guān)性。利用肌電圖采集分析受測者咀嚼七種不同質(zhì)地食物的肌電信號;利用感官評價法和通用食品質(zhì)構(gòu)儀對多種食物進行質(zhì)地測定。結(jié)果表明:咀嚼多種食品的肌電信號有顯著差異,前三咬的每次活動量差異顯著,中間三咬和后三咬的每次活動量在多種食物之間差異不顯著;由Pearson相關(guān)性分析可知,感官評價法和通用食品質(zhì)構(gòu)儀測定的硬度值與前三咬的每次活動量均成正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.924和0.872,p<0.01),與中間三咬、后三咬的每次活動量無相關(guān)性;感官評價結(jié)果和肌電信號參數(shù)相關(guān)性良好,兩者的相關(guān)系數(shù)值高于通用食品質(zhì)構(gòu)儀質(zhì)地結(jié)果與肌電信號參數(shù)的相關(guān)系數(shù),說明通用質(zhì)構(gòu)儀相比感官評價結(jié)果一致性較差。(3)設(shè)計研制仿生壓頭用于食品質(zhì)地評價及破碎效果研究。利用仿生技術(shù)、精準(zhǔn)加工等技術(shù)研制雙齒壓頭、單齒壓頭、柱形壓頭和波形壓頭。將四種壓頭分別裝配于通用質(zhì)構(gòu)儀上,進行食品質(zhì)地評價、物料破碎效果以及與肌電信號的相關(guān)性研究。結(jié)果表明:由雙齒壓頭測定的質(zhì)構(gòu)特性、與肌電信號的關(guān)系,其結(jié)果與感官評價結(jié)果相關(guān)系數(shù)最高;由雙齒壓頭對食物進行破碎,在形變量為90%時,得到食物團的顆粒性質(zhì)d50(r=0.921,p<0.01)和圖像紋理特征IDMGGCM(r=0.851,p<0.01)均與人類咀嚼得到食物團性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)高,單齒壓頭、柱形壓頭、波形壓頭需要更多壓縮次數(shù),得到的食物團才與人類咀嚼得到的食物團性質(zhì)接近,說明雙齒壓頭在食品質(zhì)地評價及破碎效果方面均優(yōu)于其他壓頭。(4)基于有限元法研究仿生壓頭破壞效果。利用逆向工程技術(shù)獲取雙齒壓頭、單齒壓頭、柱形壓頭和波形壓頭的三維模型,將磨牙的咀嚼運動簡化為杵壓運動和研磨運動,以線彈性和超彈性物料為例,用有限元法構(gòu)建四種壓頭的兩種運動模式和兩種質(zhì)地材料的咀嚼模型,引入聯(lián)合強度理論,分析物料表面的應(yīng)力分布。結(jié)果表明:四種壓頭對線彈性物料的應(yīng)力值均高于超彈性物料的應(yīng)力值,在杵壓運動和研磨運動中雙齒壓頭產(chǎn)生的剪切應(yīng)力、密賽斯應(yīng)力和最大主應(yīng)力均高于單齒壓頭、柱形壓頭和波形壓頭。(5)在多次咀嚼模式下,仿咀嚼機的食品咀嚼效果研究。以仿咀嚼機為試驗平臺,選取花生、胡蘿卜、蘋果、榨菜、豆干、香腸和面包進行質(zhì)地評價,結(jié)果表明仿咀嚼機能夠進行質(zhì)地評價,食物樣品質(zhì)地差異顯著(p<0.01),并且仿咀嚼機測試結(jié)果和感官評價結(jié)果相關(guān)性系數(shù)均高于配有雙齒壓頭的通用食品質(zhì)構(gòu)儀的測試;仿咀嚼機測試得到的硬度值與肌電信號的相關(guān)系數(shù)(r=0.922,p<0.01)與感官評價得到的硬度值與肌電信號的相關(guān)系數(shù)(r=0.924,p<0.01)最接近。由仿咀嚼機對食物進行破碎,得到食物團的顆粒性質(zhì)d50和圖像紋理特征IDMGGCM均與人類咀嚼得到食物團性質(zhì)接近,吞咽次數(shù)時食物團的回收率高達50%。綜上,說明仿咀嚼機對食品質(zhì)地評價優(yōu)于通用食品質(zhì)構(gòu)儀,它能夠達到與人類咀嚼食物相似