Was ist die Textur von Lebensmitteln und wie wird sie gemessen

Erfahren Sie mehr über Geräte zur Lebensmittel-Texturanalyse, typische Prüfarten und Softwaresteuerung.
Was ist die Textur von Lebensmitteln und wie wird sie gemessen
Die Texturanalyse ist eine etablierte Methode für die Beurteilung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Zutaten, der Lebensmittelstruktur und dem Lebensmitteldesign sowie für die Qualitätskontrolle vor und nach der Produktion. Sie findet Anwendung bei Lebensmitteln aller Art, einschließlich Backwaren, Cerealien, Süßwaren, Snacks, Milchprodukte, Obst, Gemüse, Gelatine, Fleisch, Geflügel, Fisch, Pasta und sogar Tiernahrung. Da die Textur auf den Tastsinn bezogen ist, lässt sie sich leicht durch mechanische Verfahren messen und in Einheiten wie Kraft ausdrücken. 

Bei der Lebensmittel-Texturanalyse werden standardisierte Prüfverwahren, wie Druck-, Zug- und Biegeversuche verwendet, um Härte, Knackigkeit, Knusprigkeit, Weichheit, Elastizität, Klebrigkeit und andere Eigenschaften von Lebensmitteln zu messen. Beim Vergleich der Ergebnisse der mechanischen Texturanalyse mit der durch ausgebildete Lebensmittel-Prüffachkräfte wurde festgestellt, dass die Messungen fast immer mit den verschiedenen sensorischen Eigenschaften, die mit der Texturqualität verbunden sind, übereinstimmen.

Bei natürlichen Produkten, wie Obst, Gemüse, Fleisch und Fisch, lassen sich die Textureigenschaften auf die Art und Weise zurückverfolgen, wie das Produkt angebaut bzw. das Tier gezüchtet wurde, während sie bei verarbeiteten Lebensmitteln für die Optimierung der Produktionsverfahren verwendet werden können. Die Lebensmittel-Texturanalyse kann dabei helfen, Möglichkeiten für die Qualitätsverbesserung entlang der gesamten Lieferkette und der Produktion aufzuzeigen. In der Forschungs- und Entwicklungsphase können neue oder alternative Zutaten mit vorhandenen verglichen werden. In der Produktion wird die Lebensmittel-Texturanalyse für die Messung und Steuerung von Variablen, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Garzeit, verwendet. 

Instrumente für die Texturanalyse 

MT150 Materialprüfgeräte
Abbildung 1: Das manuelle Lebensmittel-Texturanalysegerät Chatillon MT150 

AMETEK TCI bietet verschiedene Instrumente für die Texturanalyse an, vom manuellen oder motorbetriebenen Lebensmittelfestigkeits-Prüfgerät bis hin zum komplett softwaregesteuerten Texturanalysegerät. Die instrumentelle Prüfung ermöglicht es dem Hersteller, Standards einzuführen, diese umzusetzen und eine vollständige Dokumentation der Prüfverfahren zu verfassen. Das Chatillon der Serie MT150 (Abbildung 1) ist ein manuelles, mechanisches Prüfgerät zur Bestimmung der Festigkeit von Obst und Gemüse. Es verwendet ein tragbares, mechanisches oder ein digitales Kraftmessgerät, um Zug- oder Druckversuche durchzuführen. Das Prüfgerät wird mit einem Hebel oder Handrad betrieben, wobei eine digitale Anzeige oder ein Lineal verwendet wird, um die Einstichtiefe zu messen.

Für die Festigkeitsprüfung und damit verbundene Durchstechversuche, die Druckextrusion, Schnitt-Scher-, Zug- und Druckversuche kann das manuell gesteuerte, motorbetriebene Chatillon Prüfgerät Serie LTCM-100 verwendet werden. Es nutzt einen Handschalter oder einen optionalen Fußschalter, um die Geschwindigkeit und Richtung des Prüfgeräts zu steuern. 

Ein digitales Kraftmessgerät dient dazu, die vorliegenden Spitzenkräfte zu bestimmen, um die Probe auf ihre Festigkeit zu prüfen. Die Genauigkeit der Kraftmessung liegt bei bis zu 0,1 % vom Endwert. Das Prüfgerät ist für die Verwendung in QS/QK-Laboratorien, Produktions- oder Forschungsanlagen geeignet.

Das TA1 (Abbildung 2) ist ein leistungsfähiges Lebensmittel-Texturanalysegerät für die vollautomatische Texturanalyse. Die mechanische Texturanalyse mit einem kalibrierten Texturanalysegerät, das von Software mit grundlegenden Algorithmen gestützt ist, entfernt jegliche Subjektivität aus der Prüfung. Das einfach zu bedienende Lebensmittel-Texturanalysegerät hat eine Kapazität von 1.000 N und wurde sowohl für routinemäßige als auch für anspruchsvolle Texturanalyse-Aufgaben mit der NEXYGENPlus Werkstoffprüf- und Steuerungssoftware entwickelt. Messungen sind auf ± 0,5 % der Messwerte genau und Geschwindigkeiten auf < 0,2 %. Das Standardsystem umfasst das Grundinstrument, eine Tropfschale, die Basis für die Lebensmittelprüfung und eine 0,5-Zoll-Sonde für Routine-Anwendungen. Das Antriebssystem mit geschlossenem Regelkreis ermöglicht die präzise Gerätesteuerung während des Prüfvorgangs.  

Dies ermöglicht eine genaue Probenhöhenmessung zur Prüfung von Proben auf einen Prozentsatz der Originalgröße mit der Möglichkeit, die Testgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Probengröße anzupassen. Das Analysegerät verfügt über einen beträchtlichen Arbeitsbereich, um auch große Proben aufnehmen zu können, und kann mit einer Vielzahl von speziell entwickelten Vorrichtungen und Sonden für die Lebensmittel-Texturanalyse sowie mit Mehrzweckhalterungen für allgemeine Anwendungen wie die Verpackungsprüfung ausgestattet werden. Die Steuerung erfolgt über die einfach zu konfigurierende Software NEXYGENPlus, die eine umfangreiche Sammlung mit Standardprüfverfahren der Lebensmittelindustrie beinhaltet. 


TA1 Textur Analyser
Abbildung 2: Das Lebensmittel-Analysegerät TA1


Typische Prüfverfahren
Zu den Parametern, die mit Hilfe eines Texturanalysegeräts gemessen werden können, gehören unter anderem Klebrigkeit, Kaufähigkeit, Zusammenhalt, Konsistenz, Knackigkeit, Knusprigkeit, Elastizität, Dehnbarkeit, Festigkeit, Brechbarkeit, Gelstärke, Gummiartigkeit, Härte, Bruchfestigkeit, Steifigkeit, Fadenverhalten, Texturprofilanalyse (TPA), Zähigkeit sowie die nötige Arbeit zum Schneiden, zum Durchdringen und zur Scherung.

Der Schlüssel zur Vielseitigkeit der Texturanalysetechnik liegt in der Verfügbarkeit von über 70 Sonden, Befestigungen und Haltevorrichtungen für die Verwendung eines einzigen Instruments, mit dem eine große Auswahl von Messungen in einer Vielzahl von Lebensmittelanwendungen durchgeführt werden kann. Die Volodkevitch Biss-Satz Vorrichtung ist ein gutes Beispiel dafür, wie das Instrument eine menschliche Bewegung in eine messbare Größe verwandeln kann. Sie wurde entwickelt, um die Scherung von Schneidezähnen in Fleisch, Gemüse, Obst und knusprigen oder knackigen Lebensmitteln zu imitieren. Der Satz besteht aus oberen und unteren „Zähnen“ (Abbildung 3), die zusammengeführt werden, bis sie sich fast berühren. 


Volodkevitch Bite Fixture

Abbildung 3: Die Volodkevitch Biss-Satz Vorrichtung

Die Probe wird auf dem unteren „Zahn“ positioniert und das Ergebnis wird als erforderliche Spitzenkraft, um sie zu durchbeißen, gemessen. Die Ergebnisse korrelieren mit der Zartheit, Zähigkeit und Festigkeit der Probe. Es ist eine Vielzahl von Griffen und Halterungen in verschiedenen Größen und Ausführungen sowie mit unterschiedlichen Greifflächen und Fähigkeiten erhältlich, um verschiedenen Anwendungen gerecht zu werden. 

Die Auswahl der Probengröße hängt von der Homogenität der Probe ab. Für eine ähnliche Reproduzierbarkeit sind für Nahrungsmittel mit großen Hohlräumen größere Proben erforderlich als für solche ohne Hohlräume. Die Wahl der Vorrichtungen hängt von der Probe ab; wenn die Probe eine ebene Oberfläche hat, werden in der Regel Druckplatten verwendet, die größer als die Probe sind. Für Flächen, die uneben sind, wie z. B. bei Obst und Gemüse, werden Sonden mit kleinem Durchmesser verwendet. 

Lebensmittelprüfvorrichtungen
Es werden regelmäßig neue Halterungen und Befestigungen für die Texturanalyse entwickelt, um die Anwendungsmöglichkeiten kontinuierlich auszuweiten. Zwei Testvorrichtungen für das Texturanalysegerät TA1 enthalten eine für die Analyse von rohen Hamburger-Buletten, die ein objektives Maß der Fleischkonsistenz liefert. Die zweite Vorrichtung misst die Klebrigkeit von Pasta. Die große Nachfrage nach Hamburger-Buletten bei stets wettbewerbsfähigen Preisen hat zur Folge, dass ihre Zusammensetzung stark variieren kann, wobei die Qualität von 100 % Rindfleisch der Güteklasse A bis hin zum Fleisch zweiter Wahl mit hohen Anteilen von Fett, Ballaststoffen, Salz und anderen Zusatzstoffen reicht. 

Für die Prüfung wird die Bulette auf einer Trägerplatte mit einen Loch von 27 mm Durchmesser auf der Basis des TA1 platziert. Mit einer zylindrischen Sonde, die sich in einer umgekehrten Kegelform mit einem flachen Ende mit einem Durchmesser von 25 mm nach außen hin öffnet, wird mit einer bestimmten Kraft auf die Bulette (Abbildung 4) gedrückt. Die Spannvorrichtung kann auch zum Testen von gegartem Formfleisch verwendet werden.

Fleisch Prüfungen
Abbildung 4: Prüfvorrichtung für die Konsistenzprüfung von Hamburger-Buletten


Lasagne Prüfungen
Abbildung 5: Testvorrichtung für den Klebrigkeitstest von Lasagne

Die Klebrigkeit von gekochten Teigwaren in Plattenform, wie Lasagne, hängt vom Stärkegehalt des Produktes ab, der wiederum von der Kochtemperatur und -zeit abhängig ist. Diese Parameter können durch Messen der Teigwarenklebrigkeit optimiert werden. Die gekochte Teigwarenplatte wird zwischen der TA1 Basis und einer rechteckigen Platte mit einem rechteckigen Loch befestigt. Mit einer passenden, rechteckigen Sonde wird eine einheitliche Druckkraft durch das Loch (Abbildung 5) auf die Teigwarenplatte ausgeübt. Dabei wird die erforderliche Kraft für das Zurückziehen der Sonde gemessen. Die Sonde kann, falls erforderlich, für eine festgelegte Zeit mit der Teigwarenplatte in Kontakt bleiben, bevor sie wieder entfernt wird.

Obwohl die Vorrichtungen für spezielle Anwendungen vorgesehen sind, sind auch neuere Prüfvorrichtungen für allgemeine Anwendungen von Interesse. Eine Fünf-Klingen-Version der Kramer Scherzelle stellt eine Alternative zur herkömmlichen Konfiguration mit zehn Klingen (Abbildung 6) dar und wird für die Messung der Volumenscher- und Extrusionskräfte von Fleisch, Obst und Cerealien verwendet, insbesondere wenn die Proben unregelmäßige Formen und Größen haben und die erwarteten Kräfte für die klassische Zehn-Klingen-Version zu hoch sind. Die Kramer Scherzelle besteht aus fünf parallel angeordneten Stahlklingen, die durch Führungsschlitze abwärts in einen rechteckigen Behälter mit entsprechenden Schlitzen im Boden gleiten.

Kramer Shear Cell
Abbildung 6: Zehn-Klingen Kramer Scherzelle

Die Probe wird geschert, komprimiert und durch die Bodenöffnungen extrudiert. Da die Klingen weiter voneinander entfernt angeordnet sind als bei der Version mit zehn Klingen, kommt es zu einer Verringerung der Gesamtscherkraft bzw. des Drucks an Proben mit vielen Partikeln oder Lebensmitteln mit ungleichmäßiger Beschaffenheit. Das Zubehörteil funktioniert in Umgebungstemperaturen von bis zu 100 °C und ist mit einem Überlaufbehälter ausgestattet, der auch mit der Zehn-Klingen-Version verwendet werden kann.

Software-Steuerung
Während die mechanischen Haltevorrichtungen und Befestigungen mehr Testmöglichkeiten bieten, ermöglicht die Softwaresteuerung des Texturanalysegeräts dem Anwender, alle Aspekte des Systems zu steuern, zu überwachen und die Tests selbst zu konfigurieren. Die NEXYGENPlus Texturanalyse-Software für das TA1 Texturanalysegerät umfasst eine umfangreiche Sammlung von Standard-Industrieprüfverfahren für Lebensmittel, Kosmetika und Verpackungen nach AACC, ASTM, DIN, EN, ISO und anderen Normen. Auch bietet die Software benutzerdefinierte Versuchserstellung, Datenerfassung, Ausgabe und Export von Prüfdaten, Foto- und Videoaufnahme, Prüfdatensicherheit und Audit-Trails sowie die Automatisierung und Anpassung von Prüfverfahren. Die durch den Benutzer frei konfigurierbare Standardprüfung kann verwendet werden, um spezialisierte mehrstufige Prüfverfahren zu erstellen, und ist besonders gut für die Texturprofilanalyse (TPA) geeignet, die die Wirkung von zwei Bissen auf eine Probe nachahmt. Mit der Software lassen sich Kraft, Weg und Zeit während des Versuchs erfassen, sodass Parameter wie Haftkraft, Klebrigkeit, Kaubarkeit, Kohäsion, Festigkeit, Brechbarkeit, Gummiartigkeit, Härtemodul, Elastizität, Widerstandsfähigkeit und Fadenverhalten berechnet werden können.

Neben den leistungsfähigen Messeinrichtungen bietet die Software Funktionen, die die Darstellung und das Verständnis der Testergebnisse erheblich verbessern können. Beispielsweise können mit ihr komplette Prüfabläufe auf Video aufgenommen, mit den Spannungs-Dehnungs-Daten synchronisiert und für eine detaillierte Analyse nach dem Prüfvorgang wiedergegeben werden. Alternativ können an bestimmten Punkten während der Prüfung auch Fotos gemacht werden. Diese Einzelbilder werden für eine verbesserte Analyse in dem Graphen angezeigt.

Darüber hinaus können externe Plug-and-Play-Geräte, wie zum Beispiel Temperatur- und Feuchtigkeitsfühler, an das System angeschlossen werden, um diese Parameter während eines Versuchs zu überwachen und in der Software Kraft, Weg und Zeit in Abhängigkeit von ihnen anzeigen zu lassen. Start- und Stopp-Bedingungen von Prüfvorgängen können durch diese externen Geräte ebenfalls gesteuert werden. Das Sicherheits- und Audit-Trail-Modul ermöglicht es den Verantwortlichen, den Benutzerzugriff und die Datenrückverfolgung zu verwalten. Integrierte Audit-Trails der Betreibernutzung und der Testergebnisse stellen sicher, dass alle Änderungen an Prüfverfahren in einem einfachen, leicht abrufbaren Format erfasst werden.

Benutzerdefinierte Anwendung
Zusätzlich zu den vielen Standard-Prüfverfahren, die die oben beschriebenen Vorrichtungen nutzen, entscheiden sich viele Forscher dafür, ihre eigenen Verfahren zu entwickeln. Die Software-Steuerung bietet die Vielseitigkeit, das passende Prüfverfahren zu erstellen und auszuführen; alles, was Sie brauchen, ist eine besondere Haltevorrichtung oder Befestigung, um die Probe für den Test festzuhalten. Der Hersteller bietet einen Service, der Spezialvorrichtungen entwickelt und fertigt. Viele Lebensmittelprodukte werden in flexiblen Folien verpackt, deren Zugfestigkeit, Durchstoßfestigkeit, Schälfestigkeit von Wärmebindungen, Reißfestigkeit und Reibungskoeffizienten geprüft werden müssen. Das TA1 kann durch den Austausch der Probenbefestigung problemlos als gleichzeitiges Texturanalyse- und Verpackungsprüfsystem konfiguriert werden und bietet so eine noch größere Vielseitigkeit.