胡萝卜-水比例与黄原胶（XG）浓度对胡萝卜泥IDDSI Level 4性能及仪器质构特性的影响

《Food Biophysics》：Effect of Carrot-to-Water Ratio and Xanthan Gum Concentration on the Textural Properties of Carrot Purée

　　

研究人员在胡萝卜-水比例为1:0.25、1:0.50和1:0.75 (w/w)，并添加0、1.5、2.0或2.5% (w/w) 黄原胶（xanthan gum, XG）的条件下制备胡萝卜泥（carrot purées），以考察配方如何影响国际吞咽障碍饮食标准化倡议（International Dysphagia Diet Standardisation Initiative, IDDSI）Level 4性能及仪器质构。采用IDDSI叉子滴落试验（Fork Drip Test）和勺子倾斜试验（Spoon Tilt Test）、质构剖面分析（texture profile analysis）测定硬度（hardness）、黏附性（adhesiveness）和内聚性（cohesiveness），以及激光衍射（laser-diffraction）粒度测定，对12种配方进行评价。所有3种不含XG的配方均未通过叉子滴落试验，而所有9种含XG的配方均通过。然而，仅C50/2.5（在胡萝卜-水比例1:0.50、2.5% XG下制备）还通过勺子倾斜试验；因此，12种配方中仅1种（8.3%）同时满足两项IDDSI Level 4标准。在整个配方集合中，绘制的平均硬度范围为约950至3,180 N/m²，黏附性为约640至1,810 J/m³，内聚性为约0.25至0.85，体积加权平均粒径（volume-weighted mean particle diameter, D[4,3]）为266至416 μm。尽管12种配方中有9种通过叉子滴落试验，但仅1种配方通过两项IDDSI试验。这表明通过一项IDDSI试验并不意味着配方满足完整Level 4要求。结果表明，成功的Level 4性能取决于胡萝卜-水比例与亲水胶体（hydrocolloid）浓度的联合效应。仪器结果还显示配方间质构和粒径存在明显差异。由于仅1种配方满足两项IDDSI标准，C50/2.5被选为暂定参考配方以供进一步优化。

论文解读：胡萝卜-水比例与黄原胶浓度对胡萝卜泥IDDSI Level 4性能及质构特性的影响

研究背景与问题：吞咽障碍（dysphagia）可损害食物和液体从口腔到胃的安全或有效移动，并可能导致窒息、误吸、摄入不足和营养状况不良，尤其在老年人和其他脆弱人群中。质地改良食品常用于吞咽障碍人群，因为改变粒径、质地和稠度可使食物更易在口腔中准备并作为内聚食团转运。国际吞咽障碍饮食标准化倡议（International Dysphagia Diet Standardisation Initiative, IDDSI）提供了国际认可术语和实用测试方法，如叉子滴落试验（Fork Drip Test）和勺子倾斜试验（Spoon Tilt Test）。Level 4样品在叉子滴落试验中应保持为叉齿上的团块且不连续滴落；在勺子倾斜试验中应保持形状但易于滑落且残留少。这些实用测试使用普通餐具，描述可观察的食物行为而非定量材料性质。因此，仪器测量可通过量化硬度、黏附性和内聚性等性质来补充IDDSI测试。Hadde et al.使用仪器压缩和穿刺测试区分不同IDDSI食物级别的质构差异，Wong et al.报告了不同IDDSI类别食物的定量质构和流变差异。胡萝卜泥适合研究此关系，因为其质地易被改变并通过仪器及IDDSI相关方法评估。既往研究显示亲水胶体类型和浓度可影响胡萝卜泥的流变、质构和感官性质，但多关注流变、质构或感官变化，而非在同一套胡萝卜泥中考察配方如何影响IDDSI Level 4性能和仪器性质。因此，尚不清楚调整胡萝卜-水比例和亲水胶体浓度能否改善IDDSI叉子滴落与勺子倾斜两项测试，以及这些配方变化如何影响实测质构和粒径。该研究假设添加XG可改善叉子上的稳定性，但进一步增加XG不一定改善勺子倾斜性能，且该效应取决于胡萝卜-水比例。研究目标是识别同时满足两项Level 4标准、可作为进一步优化参考的配方。

关键技术方法：研究人员使用购自英国林肯郡本地供应商的新鲜胡萝卜（Daucus carota L.）制备12种配方，胡萝卜-水比例为1:0.25、1:0.50和1:0.75 (w/w)，XG添加量为0、1.5、2.0或2.5% (w/w)。采用IDDSI叉子滴落试验和勺子倾斜试验评价Level 4性能；采用质构剖面分析（texture profile analysis, TPA）测定硬度、黏附性和内聚性；采用激光衍射测定体积加权平均粒径（D[4,3]）；采用双因素方差分析（two-way analysis of variance, ANOVA）及Tukey事后检验分析差异，显著性定为p<0.05，每种配方为同一新鲜制备样品的3次重复测量。

研究结果：
在IDDSI叉子滴落与勺子倾斜性能方面，研究人员通过IDDSI测试比较12种配方后发现，不含XG的C25、C50和C75均未通过叉子滴落试验，而9种含XG配方均通过。但仅C50/2.5也通过勺子倾斜试验，因此12种配方中仅1种（8.3%）同时满足两项IDDSI Level 4标准。在1:0.25和1:0.75胡萝卜-水比例下，所有含XG配方通过叉子滴落试验但未通过勺子倾斜试验；在1:0.50比例下，C50/1.5和C50/2.0未通过勺子倾斜试验，而C50/2.5通过两项。结果表明，XG可改善叉子上的稳定性，但仅此不足以满足勺子倾斜性能；合适行为还需配方保持内聚同时易于从勺子释放。XG效应受胡萝卜-水比例影响，因此解释IDDSI Level 4性能时需将XG浓度与胡萝卜-水比例共同考虑。

在硬度方面，通过TPA发现，硬度范围为约950至3,180 N/m²，含XG样品通常高于相应对照。C50硬度最低，约950 N/m²，但未通过整体Level 4评价；C50/2.5硬度约2,300 N/m²，是唯一通过两项IDDSI测试的配方；C25/2.5硬度最高，为3,180 N/m²，但未通过勺子倾斜试验。因此，成功配方既非最软也非最硬，硬度本身不能决定Level 4性能。Wong et al.报告Level 4蔬菜硬度为0.51至2.19×10³ N/m²，鱼和肉为0.85至3.52×10³ N/m²，水果为0.45至4.84×10³ N/m²；Kyodo et al.测得两种IDDSI Level 4米糊硬度分别为312±11.3 N/m²和1,760±125 N/m²。这些值仅作背景比较，因TPA值受食品基质、样品几何、探针几何、压缩程度和测试速度等影响，不应视为通用Level 4硬度阈值。

在黏附性方面，通过TPA发现，黏附性范围为约640至1,810 J/m³。在每个胡萝卜-水比例内，黏附性通常随XG浓度增加而增加；在相近XG浓度下，C25系列黏附性最高，C50次之，C75通常最低。C50/2.5黏附性居中，约1,100 J/m³。黏附性变异系数（coefficient of variation, CV）约为12%至20%，硬度CV约为10%至19%，内聚性CV约为11%至30%。与IDDSI结果结合看，低XG时黏附性较低但结构不足；增加XG改善结构但提高黏附性，部分高黏附性配方在倾斜后残留更多。C50/2.5实现了足够结构且有限黏附的平衡。黏附性单独不能预测勺子倾斜性能，需与硬度、内聚性和IDDSI测试共同解释。

在内聚性方面，通过TPA发现，内聚性范围为约0.25至0.85，未随XG浓度或胡萝卜-水比例呈现清晰渐进趋势，但含XG配方通常高于对照。C50和C75最低，分别约0.25和0.30，C25约0.50。C50/2.5内聚性约0.8，落在Wong et al.报告范围内，即蔬菜0.64至0.89、鱼和肉0.53至0.74、水果0.59至0.78。Wong et al.也发现内聚性较高但黏附性也高的食物可能勺子倾斜性能差。本研究中含XG配方在叉子滴落试验中通常保持内聚，但多数仍未通过勺子倾斜试验；C50/2.5是唯一兼具足够内聚性和适当勺子释放的配方。因此，内聚性本身不能决定Level 4性能。

在粒径方面，通过激光衍射测定D[4,3]发现，不含XG配方D[4,3]几乎相同：C25为266.33±13.32 μm，C50为266.00±13.30 μm，C75为267.33±13.37 μm。在每个胡萝卜-水系列中，D[4,3]随XG浓度增加而持续增大；2.5% XG时，C25/2.5为409.67±20.48 μm，C50/2.5为413.67±20.68 μm，C75/2.5为416.33±20.82 μm。相同XG浓度下，不同胡萝卜-水比例间差异较小。D[4,3]随XG增加的趋势与硬度和黏附性趋势大致一致。较小D[4,3]并不对应更好IDDSI性能：对照D[4,3]最小但未通过叉子滴落试验；C50/2.5具有较高D[4,3]但视觉光滑并通过两项测试。结果表明XG浓度对实测颗粒和聚集体尺寸的影响大于胡萝卜-水比例，粒径测量可补充IDDSI对光滑、无结块泥状食品的描述，但单独不能决定IDDSI行为。

在意义、局限与未来研究方面，研究人员认为，在所研究范围内，C50/2.5为进一步开发提供了实际起点，它结合1:0.50胡萝卜-水比例与2.5% XG，是唯一通过两项测试的样品，但不应被推广为吞咽障碍管理的通用配方。原料来源、胡萝卜固形物、烹饪强度、混合设备、胶体性质、水合时间、供应温度以及后续储存或复热均可能改变食物结构，因此该结果确定的是待验证配方而非通用临床阈值。局限包括未进行流变学和黏弹性表征，未测流动曲线、屈服行为、储能模量（G′）、损耗模量（G″）或损耗角正切（tan δ），因此无法从基本流动或小变形网络性质解释观察到的IDDSI行为。未来工作应纳入受控稳态剪切流动曲线和振荡测量，并在既定线性黏弹区内报告流变仪几何、间隙、温度、平衡程序、剪切速率范围、G′、G″和tan δ。实验设计也有局限：每种配方的3次测量为技术重复而非独立制备批次；验证实验应以独立制备批次为实验单元，随机化配方制备和测试顺序，并在可行时对IDDSI测试使用盲法或多评估者。该研究也未评估近似组成、营养密度、感官接受性、吞咽生理、储存稳定性或复热。尽管如此，食物在叉子和勺子界面上的综合行为需要考虑，仪器测量最有价值之处在于补充而非替代这些实际观察。

结论翻译：该研究的主要发现是，IDDSI Level 4性能取决于配方的质构效应，而非仅取决于XG浓度。胡萝卜泥需要足够的结构和内聚性以在叉子上保持稳定，同时仍易于从勺子释放。添加XG足以使所有9种增稠配方通过叉子滴落试验，但这种结构稳定性的改善并未自动产生可接受的勺子倾斜行为。仅C50/2.5通过两项IDDSI测试，意味着12种配方中仅1种，即8.3%，达到完整Level 4性能。仪器测量有助于解释这些实际差异，但没有任何仪器测量能够独立预测Level 4分类。这支持在开发质地改良食品时联合使用实用IDDSI测试和仪器表征。这些测量有助于表明，在一种IDDSI测试中结果相似的配方仍可能在硬度、黏附性或内聚性方面不同。该研究还表明，通过叉子滴落试验并不一定意味着配方满足Level 4要求。胡萝卜-水比例和XG浓度均影响胡萝卜泥能否通过叉子滴落和勺子倾斜两项测试。总体而言，C50/2.5是唯一通过两项IDDSI测试的配方，因此被确定为最适合进一步优化的配方。