“這塊面包太硬了”“這個(gè)酸奶不夠濃稠”“這塊牛排很嫩”——這些日常感官描述在食品研發(fā)和質(zhì)量控制中面臨根本性困境：不同評價(jià)人員對同一“硬度”的判斷可能相差甚遠(yuǎn)，同一評價(jià)人員在不同狀態(tài)下的感受也難以復(fù)現(xiàn)。食品工業(yè)需要一套客觀、精確、可量化的參數(shù)體系，將“口感”轉(zhuǎn)化為數(shù)字。

質(zhì)構(gòu)儀（Texture Analyzer）正是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的核心工具。它通過模擬人類口腔咀嚼、切割、擠壓等動作，記錄力、位移與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算出數(shù)十項(xiàng)質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)。這些參數(shù)不僅可重復(fù)性高，而且與消費(fèi)者的感官評價(jià)高度相關(guān)。

那么，質(zhì)構(gòu)儀究竟可以測哪些參數(shù)？這些參數(shù)各自代表什么物理意義？對應(yīng)什么樣的感官體驗(yàn)？本文將以天津潤澤儀器有限公司生產(chǎn)的質(zhì)構(gòu)儀為技術(shù)載體，系統(tǒng)梳理質(zhì)構(gòu)儀可測量的全部參數(shù)體系，從基礎(chǔ)力學(xué)參數(shù)到高級粘彈性參數(shù)，逐一解讀其定義、計(jì)算方法和應(yīng)用場景。

第一部分：質(zhì)構(gòu)剖面分析參數(shù)——參數(shù)體系

質(zhì)構(gòu)剖面分析（TPA，Texture Profile Analysis）是質(zhì)構(gòu)儀、應(yīng)用的測試模式。它通過兩次連續(xù)壓縮模擬人類兩次咀嚼動作，從一條力-時(shí)間曲線中提取多達(dá)八項(xiàng)質(zhì)構(gòu)參數(shù)。

1.1 硬度（Hardness）

定義：第一次壓縮過程中的最大力值，單位通常為牛頓（N）或克力（gf）。

物理意義：樣品抵抗壓縮變形所能承受的最大力。硬度值越高，表示樣品越“硬”。

感官對應(yīng)：牙齒壓迫樣品所需的力量。例如，硬糖的硬度遠(yuǎn)高于軟糖；老化面包的硬度高于新鮮面包。

典型應(yīng)用：面包、蛋糕的老化程度評估；藥片的抗壓強(qiáng)度；凝膠制品的硬度控制。

數(shù)據(jù)示例：新鮮面包的硬度約為5–10 N；老化7天的面包硬度可升至15–25 N。

1.2 脆性（Fracturability）

定義：在第一次壓縮過程中，樣品出現(xiàn)破裂點(diǎn)時(shí)的力值。單位與硬度相同。

物理意義：樣品在壓縮過程中發(fā)生斷裂的臨界力值。并非所有樣品都有脆性峰——只有脆性材料（如餅干、脆皮面包、巧克力）才會在力-時(shí)間曲線上呈現(xiàn)明顯的破裂點(diǎn)。

感官對應(yīng)：樣品是否“一咬即斷”。脆性值越低，樣品越易咬斷。

典型應(yīng)用：餅干的酥脆性評價(jià)；涂層或包衣的破裂強(qiáng)度；巧克力脆性控制。

與硬度的區(qū)別：硬度反映的是整體抗壓能力，脆性反映的是斷裂發(fā)生的難易程度。一塊硬糖硬度高但脆性也高（咬斷時(shí)干脆利落）；一塊年糕硬度中等但脆性極低（咬不斷、拉絲）。

1.3 粘附性（Adhesiveness）

定義：第一次壓縮后探頭回程過程中，力-時(shí)間曲線與基線之間的負(fù)面積（即探頭脫離樣品所需的功），單位為牛頓·秒（N·s）或克力·秒（gf·s）。

物理意義：克服樣品與探頭表面之間的粘附力所需要的能量。粘附性值越大，表示樣品越“粘”。

感官對應(yīng)：樣品與口腔表面（如牙齒、上顎）分離的困難程度。例如，太妃糖、年糕、糯米制品具有高粘附性。

典型應(yīng)用：口香糖、太妃糖的粘性評價(jià)；米飯的粘性（決定壽司品質(zhì)）；面團(tuán)的粘性控制。

注意事項(xiàng)：粘附性測試對探頭材質(zhì)和表面狀態(tài)敏感，建議使用不銹鋼探頭并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化清潔。

1.4 彈性（Springiness）

定義：第二次壓縮開始前樣品的恢復(fù)高度與第一次壓縮高度的比值，無量綱（范圍0–1）。

物理意義：樣品在第一次壓縮后恢復(fù)原始形狀的能力。彈性越接近1，表示樣品幾乎回彈；彈性接近0，表示樣品被壓縮后幾乎不恢復(fù)。

感官對應(yīng)：樣品被壓下去后能否“彈回來”。例如，海綿蛋糕的彈性（0.7–0.9）遠(yuǎn)高于蘇打餅干（0.1–0.2）。

典型應(yīng)用：海綿蛋糕、面包的彈性評價(jià)；果凍、凝膠制品的回彈特性；肉丸、魚丸的彈性控制。

計(jì)算注意：彈性計(jì)算依賴于兩次壓縮之間的等待時(shí)間。等待時(shí)間過短，樣品尚未恢復(fù)；等待時(shí)間過長，樣品可能發(fā)生不可逆變形。標(biāo)準(zhǔn)等待時(shí)間通常為1–5秒。

1.5 內(nèi)聚性（Cohesiveness）

定義：第二次壓縮正面積與第一次壓縮正面積的比值，無量綱（范圍0–1）。

物理意義：樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)抵抗壓縮破壞的能力。內(nèi)聚性越高，表示樣品在壓縮過程中越能保持完整；內(nèi)聚性越低，表示樣品越容易碎裂或松散。

感官對應(yīng)：樣品咀嚼時(shí)的“整體感”。例如，奶酪的內(nèi)聚性較高（咀嚼時(shí)成團(tuán)），餅干的內(nèi)聚性較低（咀嚼時(shí)散成碎屑）。

典型應(yīng)用：奶酪的品質(zhì)評價(jià)；肉制品的凝膠強(qiáng)度；面團(tuán)的內(nèi)聚性控制。

與彈性的區(qū)別：彈性反映的是形狀恢復(fù)能力，內(nèi)聚性反映的是結(jié)構(gòu)保持能力。一塊年糕彈性高（壓下去會彈回）、內(nèi)聚性也高（不易散）；一塊酥餅彈性低、內(nèi)聚性也低。

1.6 咀嚼性（Chewiness）

定義：硬度 × 內(nèi)聚性 × 彈性，單位與硬度相同（N或gf）。

物理意義：將固體樣品咀嚼至可吞咽狀態(tài)所需的總能量。咀嚼性是硬度、內(nèi)聚性和彈性的綜合體現(xiàn)。

感官對應(yīng)：咀嚼一口食物所需的努力和次數(shù)。例如，牛肉干的咀嚼性（>50 N）遠(yuǎn)高于豆腐（<5 N）。

典型應(yīng)用：肉制品的口感綜合評價(jià)；糖果、巧克力的咀嚼體驗(yàn)；寵物食品的適口性評價(jià)。

適用樣品：僅適用于固體樣品。對于半固體（如果醬、酸奶），咀嚼性無定義。

1.7 回復(fù)性（Resilience）

定義：第一次回程前段面積（從峰值到探頭返回過程中力值降為零的區(qū)間）與第一次壓縮前段面積（從起點(diǎn)到峰值點(diǎn)的區(qū)間）的比值，無量綱。

物理意義：樣品在壓縮過程中儲存的彈性勢能中，有多少在卸載過程中被釋放。回復(fù)性反映了樣品彈性恢復(fù)的速度和程度。

感官對應(yīng)：樣品被壓下去的瞬間“彈手”的感覺。新鮮面包的回復(fù)性（0.3–0.4）高于老化面包（0.1–0.2）。

與彈性的區(qū)別：彈性測量的是高度恢復(fù)比例（涉及時(shí)間因素），回復(fù)性測量的是能量釋放比例（與速率相關(guān)）。

1.8 TPA參數(shù)匯總表

第二部分：單次壓縮參數(shù)

TPA中的單次壓縮部分可以獨(dú)立出來，專門研究樣品的抗壓強(qiáng)度和變形行為。單次壓縮測試輸出的參數(shù)與壓縮模式密切相關(guān)。

2.1 壓縮強(qiáng)度（Compression Strength）

定義：在壓縮測試中，樣品破裂或達(dá)到預(yù)設(shè)形變量時(shí)的力值，單位N。

測試模式：

• 限制性壓縮：壓縮至固定位移，測量該時(shí)刻的力值

• 破壞性壓縮：持續(xù)壓縮至樣品破裂，記錄破裂點(diǎn)的力值與位移

典型應(yīng)用：

• 藥片硬度測試：藥片破碎前的最大力值

• 水果抗壓強(qiáng)度：評估運(yùn)輸過程中的抗損傷能力

• 泡沫材料壓縮強(qiáng)度：包裝材料的緩沖性能評價(jià)

2.2 壓縮模量（Compression Modulus）

定義：在力-位移曲線的線性彈性段，應(yīng)力與應(yīng)變的比值，單位為帕斯卡（Pa）或牛頓每平方毫米（N/mm²）。

物理意義：材料在彈性變形階段的“剛度”。模量越高，材料越“硬挺”。

典型應(yīng)用：凝膠制品的彈性模量；海綿材料的剛度評價(jià)；生物組織的力學(xué)特性表征。

2.3 破裂點(diǎn)參數(shù)（Yield Point / Rupture Point）

定義：樣品從彈性變形過渡到塑性變形或破裂的臨界點(diǎn)，包括破裂力、破裂位移、破裂能量。

典型應(yīng)用：

• 果蔬表皮破裂強(qiáng)度：評估新鮮度和貨架期

• 涂層附著力：涂層在壓縮下破裂的臨界條件

• 包裝膜破裂強(qiáng)度：封口強(qiáng)度評價(jià)

第三部分：剪切測試參數(shù)

剪切測試使用Warner-Bratzler刀片或V型剪切刀以恒定速度切斷樣品，最直接地模擬了門齒咬斷食物的過程。

3.1 最大剪切力（Maximum Shear Force，F(xiàn)max）

定義：刀片穿透樣品全過程中記錄到的峰值力，單位N。

物理意義：樣品抵抗切斷的最大阻力。最大剪切力越高，表示樣品越“難咬斷”。

感官對應(yīng)：肉制品的嫩度——嫩度越高，最大剪切力越低。

典型應(yīng)用：

• 肉制品嫩度分級：牛肉、豬肉、雞肉的剪切力測定

• 蔬菜纖維韌性：蘆筍、芹菜的老嫩程度評價(jià)

• 烤腸、火腿腸的質(zhì)構(gòu)評價(jià)

分級參考（牛肉）：Fmax < 40 N 為嫩；40–60 N 為中等；> 60 N 為老韌。

3.2 剪切功（Shear Work）

定義：力-位移曲線下的總面積，從刀片接觸樣品開始到穿透結(jié)束，單位N·mm。

物理意義：切斷樣品所需的總能量。剪切功綜合考慮了切斷過程中的力值和位移，比最大剪切力更能全面反映“切斷難度”。

典型應(yīng)用：與感官評價(jià)中的“嚼勁”高度相關(guān)；不同配方肉制品的綜合比較。

3.3 初始剪切模量（Initial Shear Modulus）

定義：力-位移曲線起始線性段的斜率，單位N/mm。

物理意義：樣品在剪切初始階段的剛度。初始模量高表示樣品表面“硬脆”，刀片接觸后迅速達(dá)到峰值。

典型應(yīng)用：烤腸表皮脆度評價(jià)；香腸腸衣的破裂特性。

第四部分：穿刺測試參數(shù)

穿刺測試使用小直徑探頭（針形或圓錐形，直徑通常2–8 mm）垂直刺入樣品，記錄穿透全過程的力-位移曲線。

4.1 表皮破裂力（Skin Break Force）

定義：探頭穿透樣品表皮時(shí)記錄到的力值峰值，單位N。

物理意義：樣品表皮的機(jī)械強(qiáng)度。表皮破裂力越高，表示表皮越“韌”或“厚”。

感官對應(yīng)：水果咬破皮時(shí)所需的力；香腸腸衣的咬破難度。

典型應(yīng)用：

• 番茄、葡萄、藍(lán)莓等漿果的表皮強(qiáng)度（影響采后儲運(yùn)）

• 香腸、火腿腸的腸衣破裂特性

• 膠囊外殼的穿刺力（制藥行業(yè)）

4.2 果肉硬度（Flesh Firmness）

定義：探頭穿透表皮后，進(jìn)入果肉或內(nèi)芯區(qū)域的平均力值或最小力值，單位N。

物理意義：樣品內(nèi)部的平均強(qiáng)度。果肉硬度高表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密。

典型應(yīng)用：

• 蘋果、梨、桃等水果的成熟度判定

• 果醬、果凍的凝膠強(qiáng)度

• 奶酪內(nèi)部硬度評價(jià)

4.3 穿刺功（Puncture Work）

定義：從探頭接觸樣品到穿透至目標(biāo)深度過程中，力-位移曲線下的總面積，單位N·mm。

物理意義：穿透樣品所需的總能量，綜合反映了表皮和內(nèi)部的整體阻力。

第五部分：拉伸測試參數(shù)

拉伸測試通過專用夾具固定樣品兩端，探頭向上移動施加拉伸載荷，直至樣品斷裂。

5.1 抗拉強(qiáng)度（Tensile Strength）

定義：樣品斷裂瞬間的最大力值除以樣品的原始橫截面積，單位為帕斯卡（Pa）或牛頓每平方毫米（N/mm²）。

物理意義：材料抵抗拉伸斷裂的能力。抗拉強(qiáng)度越高，材料越“韌”。

典型應(yīng)用：

• 面條、面團(tuán)的筋力評價(jià)

• 薄膜、膠帶的拉伸性能

• 奶酪的拉絲性（如馬蘇里拉奶酪）

5.2 斷裂伸長率（Elongation at Break）

定義：樣品斷裂時(shí)的長度相對于原始長度的增長百分比，無量綱（%）。

物理意義：材料的延展性。斷裂伸長率越高，材料越“有彈性”或“可拉伸”。

典型應(yīng)用：

• 面團(tuán)的可塑性評價(jià)

• 薄膜的延展性能

• 膠粘劑的柔韌性

5.3 拉伸功（Tensile Work）

定義：拉伸過程中力-位移曲線下的總面積，單位N·mm。

物理意義：將樣品拉伸至斷裂所需的總能量，綜合反映了強(qiáng)度和延展性。

第六部分：松弛與蠕變參數(shù)——粘彈性表征

對于粘彈性材料（如凝膠、面團(tuán)、奶酪），松弛和蠕變測試提供了描述其時(shí)間依賴性力學(xué)行為的參數(shù)。

6.1 應(yīng)力松弛參數(shù)

測試方法：將樣品壓縮至固定形變并保持不動，記錄力值隨時(shí)間衰減的曲線。

松弛時(shí)間常數(shù)（Relaxation Time Constant，τ）：

• 定義：力值衰減至初始值的1/e（約36.8%）所需的時(shí)間，單位秒

• 物理意義：材料內(nèi)部應(yīng)力重新分布的速度。τ越大，應(yīng)力衰減越慢，材料越接近“彈性體”；τ越小，應(yīng)力衰減越快，材料越接近“粘性體”

殘余應(yīng)力（Residual Stress）：

• 定義：松弛過程結(jié)束后（通常600秒）剩余的力值，單位N

• 物理意義：材料在長期壓縮下的結(jié)構(gòu)保持能力

典型應(yīng)用：

• 密封材料的壓縮變形評估

• 水凝膠的粘彈性表征

• 面團(tuán)醒發(fā)過程中的應(yīng)力變化

6.2 蠕變參數(shù)

測試方法：對樣品施加恒定的力值，記錄形變隨時(shí)間增加的曲線。

蠕變?nèi)崃浚–reep Compliance）：

• 定義：形變與施加應(yīng)力的比值隨時(shí)間的變化，單位1/Pa

• 物理意義：材料在恒定載荷下的變形能力

零剪切粘度（Zero-shear Viscosity）：

• 定義：蠕變曲線線性段的斜率，單位Pa·s

• 物理意義：材料在極低剪切速率下的流動阻力

典型應(yīng)用：

• 黃油、涂抹醬的鋪展性評價(jià)

• 牙膏、化妝品乳液的稠度

• 膠粘劑的持粘性

第七部分：特殊測試參數(shù)

7.1 三點(diǎn)彎曲參數(shù)

測試方法：將樣品放在兩個(gè)支撐點(diǎn)上，探頭從上方在樣品中點(diǎn)施加壓縮載荷，直至樣品斷裂。

彎曲強(qiáng)度（Bending Strength）：

• 定義：樣品斷裂時(shí)的最大力值，單位N

• 典型應(yīng)用：餅干、面條、巧克力棒的脆性評價(jià)

斷裂撓度（Deflection at Break）：

• 定義：樣品斷裂時(shí)中點(diǎn)的垂直位移，單位mm

• 典型應(yīng)用：評估材料的柔韌性

7.2 反擠壓參數(shù)

測試方法：使用圓盤或球形探頭壓縮容器中的半固體樣品（如果醬、酸奶），樣品從探頭與容器壁之間的間隙被擠出。

稠度（Consistency）：

• 定義：壓縮過程中的平均力值或峰值力值，單位N

• 典型應(yīng)用：酸奶、果醬的流動特性評價(jià)

粘性（Viscosity Index）：

• 定義：探頭回程過程中的負(fù)面積

• 典型應(yīng)用：評估半固體樣品的“拉絲”程度

第八部分：天津潤澤質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)測量能力

天津潤澤儀器有限公司生產(chǎn)的質(zhì)構(gòu)儀（TMS-Pro系列及TMS-Research系列）具備上述全部參數(shù)的測量能力。其技術(shù)規(guī)格如下：

天津潤澤質(zhì)構(gòu)儀配套軟件自動識別曲線特征點(diǎn)并計(jì)算上述參數(shù)，用戶無需手動測量或計(jì)算。軟件支持參數(shù)自定義——用戶可根據(jù)樣品特性，選擇輸出哪些參數(shù)，并設(shè)定參數(shù)的計(jì)算區(qū)間和基線修正方式。

質(zhì)構(gòu)儀可測量的參數(shù)體系遠(yuǎn)超一般用戶的想象。從TPA的硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性，到剪切測試的最大剪切力，再到粘彈性表征的松弛時(shí)間常數(shù)，每一項(xiàng)參數(shù)都對應(yīng)著特定的物理意義和感官體驗(yàn)。

理解這些參數(shù)的定義、計(jì)算方法和適用場景，是正確使用質(zhì)構(gòu)儀的前提。在實(shí)際應(yīng)用中，并非參數(shù)越多越好——應(yīng)根據(jù)樣品特性和測試目的，選擇代表性和區(qū)分能力的參數(shù)組合。例如，評價(jià)面包老化，硬度和彈性是最核心的指標(biāo)；評價(jià)肉制品嫩度，最大剪切力最為直接；評價(jià)凝膠制品，壓縮模量和破裂點(diǎn)是關(guān)鍵。

天津潤澤儀器有限公司生產(chǎn)的質(zhì)構(gòu)儀，覆蓋了從基礎(chǔ)TPA到高級粘彈性測試的完整參數(shù)體系，用戶可根據(jù)研發(fā)或質(zhì)控需求，靈活選擇需要輸出的參數(shù)類型。質(zhì)構(gòu)參數(shù)的本質(zhì)，是將“好吃”“好嚼”“好咬”這些模糊的感官描述，轉(zhuǎn)化為精確、可追溯、可比較的數(shù)字語言——這正是食品科學(xué)與工程邁向精準(zhǔn)化的重要一步。