引言

糖果——無論是硬脆的水果硬糖、Q彈的凝膠軟糖，還是綿密的奶糖——其口感品質(zhì)的核心決定因素，是硬度。消費(fèi)者評價(jià)一顆糖果“太硬了咬不動"或“太軟了沒嚼勁"，本質(zhì)上都是在描述硬度這一物理屬性。

在傳統(tǒng)糖果生產(chǎn)中，硬度的判斷往往依賴經(jīng)驗(yàn)豐富的品控人員“咬一口"來評價(jià)。這種方法不僅主觀性強(qiáng)、因人而異，更無法為配方優(yōu)化和工藝調(diào)整提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。隨著食品工業(yè)對品質(zhì)控制要求的不斷提高，質(zhì)構(gòu)分析儀（Texture Analyzer） 已成為糖果生產(chǎn)企業(yè)重要的檢測工具。

質(zhì)構(gòu)儀是一種基于力學(xué)特性分析的檢測設(shè)備，其測試核心圍繞距離、時(shí)間、作用力三個(gè)參數(shù)展開，通過定量分析樣品的物理性能來評估品質(zhì)。該儀器由動力系統(tǒng)、力量感應(yīng)模塊、檢測探頭及分析軟件組成，可測量硬度、彈性、脆性等50余項(xiàng)物性參數(shù)?？蓱?yīng)用于肉制品、糧油食品、面食、谷物、糖果、果蔬、凝膠、果醬等食品的物性學(xué)分析。

本文將從質(zhì)構(gòu)儀的檢測原理出發(fā)，系統(tǒng)講解其在糖果硬度檢測中的應(yīng)用方法、典型測試方案及關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置。

一、質(zhì)構(gòu)儀的檢測原理

1. 力學(xué)測試的核心邏輯

質(zhì)構(gòu)儀的工作原理可以概括為：模擬人的口腔咀嚼或手指按壓動作，通過探頭對樣品施加可控的力學(xué)作用，實(shí)時(shí)記錄力值變化，從而將“口感"轉(zhuǎn)化為“數(shù)據(jù)"。

儀器由動力系統(tǒng)驅(qū)動探頭以設(shè)定的速度對樣品進(jìn)行壓縮、穿刺、剪切等力學(xué)測試，高精度力量感應(yīng)模塊實(shí)時(shí)記錄受力數(shù)據(jù)，位移傳感器同步記錄探頭移動距離。測試過程中，儀器實(shí)時(shí)生成力-位移曲線或力-時(shí)間曲線。通過對特征曲線的分析，可以量化樣品的硬度、彈性、脆性、咀嚼性、粘附性等多項(xiàng)物性指標(biāo)。

2. 硬度的物理定義

在質(zhì)構(gòu)分析中，“硬度"被定義為使樣品發(fā)生一定形變或破裂所需的力值。不同類型的糖果，硬度的物理含義有所不同：

• 硬質(zhì)糖果（如水果硬糖）：硬度指使糖果破裂所需的最大力值，即“破裂硬度"

• 軟質(zhì)糖果（如凝膠軟糖）：硬度指使糖果發(fā)生一定形變所需的力值，即“壓縮硬度"

• 充氣糖果（如棉花糖、牛軋?zhí)牵河捕确从称?/span>泡沫結(jié)構(gòu)的抗壓能力

3. TPA全質(zhì)構(gòu)分析

質(zhì)構(gòu)儀最核心的測試模式是TPA（Texture Profile Analysis，質(zhì)地多面剖析法） 。TPA通過模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動，對樣品進(jìn)行兩次壓縮——第一次壓縮模擬牙齒咬合，返回后實(shí)施第二次壓縮——通過軟件對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)得出硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、回復(fù)性等多種質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)。

研究表明，質(zhì)構(gòu)儀測定出的糖果硬度、彈性、咀嚼性等指標(biāo)與感官評價(jià)結(jié)果具有很好的正相關(guān)性。這為利用儀器定量表達(dá)糖果的感官品質(zhì)提供了科學(xué)依據(jù)。

二、不同糖果類型的硬度檢測方法

1. 硬質(zhì)糖果——破裂硬度測試

硬質(zhì)糖果（如水果硬糖、硬質(zhì)夾心糖果、小塊糖果等）均具有較大的硬度，關(guān)鍵的物性特點(diǎn)是折斷力的強(qiáng)度、咬合力、韌性、表面粘附性、以及酥脆性和易碎性。

測試方法：選用小型圓柱探頭（如直徑6mm柱形探頭）進(jìn)行單次擠壓實(shí)驗(yàn)。將糖果放在袋子里進(jìn)行擠壓實(shí)驗(yàn)，以防壓裂的糖果飛濺。探頭以恒定速度垂直施壓，直至糖果破裂，捕捉破裂瞬間的峰值力。

力-位移曲線解讀：在典型的硬糖擠壓實(shí)驗(yàn)中，位移0-0.2mm之間壓力緩慢增大，超過0.2mm以后壓力迅速上升直到糖果破裂時(shí)力量達(dá)到最大，隨后力量迅速減小至0。峰值力即為該糖果的硬度值。擠壓做功以及硬度對應(yīng)的位移均可反映不同樣品在質(zhì)地方面的差異。

建議力量感應(yīng)元：100N、250N或500N。

2. 軟質(zhì)糖果——壓縮形變與粘彈性測試

軟質(zhì)糖果（如凝膠軟糖、橡皮糖、QQ糖等）的硬度評價(jià)不能僅看“破裂力"，還需關(guān)注其在壓縮過程中的形變行為和粘彈性。

測試方法：采用TPA全質(zhì)構(gòu)模式，使用平頭圓柱探頭對糖果進(jìn)行兩次壓縮。探頭從感應(yīng)到觸發(fā)力開始，以設(shè)定速度將樣品下壓至一定形變（如50%或70%的形變深度），達(dá)到目標(biāo)后以測后速度返回，停留數(shù)秒后繼續(xù)向下壓縮同樣的距離。

關(guān)鍵參數(shù)：從TPA測試中可以同時(shí)獲得硬度、彈性、粘聚性、咀嚼性、回復(fù)性等多達(dá)5項(xiàng)以上的質(zhì)構(gòu)參數(shù)。明膠溶液添加量對軟糖的硬度、彈性和咀嚼性有顯著性影響。研究表明，凝膠糖果的硬度在5000～10000g之間時(shí)（感官硬度4.4-6.30），屬于軟硬適中的區(qū)間。

3. 充氣糖果——脆性與彈性的綜合評價(jià)

充氣糖果由氣泡或其所形成的泡沫體與糖漿溶液相結(jié)合而成。根據(jù)充氣程度不同，可分為高度充氣糖果（如棉花糖，質(zhì)地輕、組織松軟）、中度充氣糖果（如牛軋?zhí)?，糖體較為堅(jiān)硬）和低度充氣糖果（糖體結(jié)實(shí)、結(jié)構(gòu)堅(jiān)定）。

測試方法：采用TPA全質(zhì)構(gòu)模式，使用較大直徑的圓柱探頭（如36mm探頭）進(jìn)行測試。從感應(yīng)到觸發(fā)力開始，將樣品下壓50%形變深度，停留后二次壓縮。

測試結(jié)果：通過TPA測試可以得到充氣糖果的硬度、脆性、咀嚼性、彈性、黏聚性、回復(fù)性等多維數(shù)據(jù)。根據(jù)試驗(yàn)曲線可以看出三次平行試驗(yàn)的重復(fù)性比較好，數(shù)據(jù)一致性很高。這些數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)充氣糖果的配方研究，建立配方與質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)。

4. 巧克力涂層糖果——折斷實(shí)驗(yàn)

對于巧克力涂層糖果，折斷實(shí)驗(yàn)是評價(jià)其硬度與涂層品質(zhì)的有效方法。

測試方法：選用微型三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)探頭，將樣品固定在探頭上進(jìn)行折斷實(shí)驗(yàn)。通過儀器客觀地反映不同樣品之間的質(zhì)地區(qū)別。

典型發(fā)現(xiàn)：甜味添加劑對糖果的硬度有很大的影響。添加甜味添加劑的糖果樣品間的平行性良好，最大力量、做功等均一致；而無糖添加的糖果最大硬度和做功均很大，且樣品間的差異性顯著。

三、糖果硬度檢測的核心參數(shù)設(shè)置

1. 探頭的選擇

探頭的選擇是糖果硬度檢測中最關(guān)鍵的決策之一。不同糖果類型適配不同的探頭：

若要測試樣品的硬度、彈性和咀嚼性，圓柱探頭是*選。探頭材質(zhì)和尺寸需根據(jù)樣品大小選擇。對于特殊形態(tài)的糖果，還可定制專用探頭。

2. 測試速度

測試速度是影響硬度測定結(jié)果的關(guān)鍵參數(shù)。不同類型糖果的推薦測試速度有所不同：

• 硬糖破裂測試：測試速度通常設(shè)為1.0 mm/s

• 軟糖TPA測試：測試速度通常在1.0～2.0 mm/s之間

• 充氣糖果TPA測試：測試速度根據(jù)樣品特性設(shè)定

如果要優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，建議第一次測試使用最硬的樣品，以確定后續(xù)測試的量程范圍。

3. 形變量/目標(biāo)距離

• 硬質(zhì)糖果：以樣品破裂為終點(diǎn)，不預(yù)設(shè)形變量

• 軟質(zhì)糖果/TPA測試：形變量通常設(shè)為樣品高度的50%～70%

• 穿刺測試：設(shè)定目標(biāo)穿刺深度

4. 觸發(fā)力

觸發(fā)力是探頭接觸樣品表面并開始正式記錄數(shù)據(jù)的起始力值。對于糖果檢測，觸發(fā)力通常設(shè)定為5～10g。這一設(shè)定確保每次測試的起始位置一致，提高數(shù)據(jù)的可比性。

四、質(zhì)構(gòu)儀在糖果行業(yè)的典型應(yīng)用場景

1. 配方研發(fā)與優(yōu)化

質(zhì)構(gòu)儀在糖果配方研發(fā)中發(fā)揮著不可替代的作用。通過系統(tǒng)地測試不同配方下的硬度、彈性、咀嚼性等參數(shù)，研發(fā)人員可以：

• 確定最佳的糖漿配比——研究表明，麥芽糖漿與蔗糖的比例對軟糖的硬度、黏度和彈性均有顯著性影響

• 優(yōu)化膠凝劑添加量——明膠溶液添加量對硬度和咀嚼性有顯著性影響

• 評估功能性配料的影響——如膳食纖維、糖醇等對質(zhì)構(gòu)的影響

• 建立“配方-質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)"的量化關(guān)系

2. 生產(chǎn)過程控制

在糖果生產(chǎn)線上，質(zhì)構(gòu)儀可以作為過程控制工具：

• 熬糖終點(diǎn)判斷：通過監(jiān)測糖果硬度的變化，精準(zhǔn)控制熬糖溫度和時(shí)間

• 烘干時(shí)間優(yōu)化：橡皮糖在烘干過程中硬度會發(fā)生變化，通過質(zhì)構(gòu)儀可以預(yù)測烘干過程中橡皮糖的彈性變化，從而尋找橡皮糖在烘干爐中的最佳時(shí)間

• 批次一致性驗(yàn)證：通過硬度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)控制，確保不同批次產(chǎn)品的一致性

3. 貨架期與儲存穩(wěn)定性評估

糖果在儲存過程中，硬度會隨時(shí)間發(fā)生變化——硬糖可能吸濕變軟，軟糖可能失水變硬。質(zhì)構(gòu)儀可以：

• 通過加速老化測試評估糖果的貨架期

• 監(jiān)測儲存過程中硬度的變化趨勢

• 為包裝改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐

4. 競品對標(biāo)與品質(zhì)定位

通過對標(biāo)競品進(jìn)行系統(tǒng)的質(zhì)構(gòu)分析，企業(yè)可以：

• 獲取競品的硬度、彈性、咀嚼性等基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

• 明確自身產(chǎn)品的品質(zhì)定位

• 為產(chǎn)品差異化開發(fā)提供數(shù)據(jù)依據(jù)

五、西奧機(jī)電的糖果硬度檢測解決方案

濟(jì)南西奧機(jī)電有限公司（CELTEC西奧）作為專業(yè)的材料測試儀器制造商，長期致力于為食品、制藥、包裝等行業(yè)提供精準(zhǔn)的測試解決方案。針對糖果行業(yè)硬度檢測的多樣化需求，西奧機(jī)電提供專業(yè)化的質(zhì)構(gòu)分析解決方案。

西奧機(jī)電的TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀在糖果硬度檢測方面具備以下核心特點(diǎn)：

多模式測試能力：支持單次擠壓測試（硬糖破裂硬度）、TPA全質(zhì)構(gòu)分析（軟糖硬度/彈性/咀嚼性）、穿刺測試、三點(diǎn)彎曲測試（巧克力涂層糖果折斷實(shí)驗(yàn)）等多種模式。一臺儀器即可覆蓋不同類型糖果的硬度檢測需求。

高精度力學(xué)測量：采用高精度力量感應(yīng)元，多量程可選（0.5/5/20/50kg等），力值測量精度優(yōu)于0.5% F.S. ，位移分辨率達(dá)0.01mm。采樣速率高達(dá)4000組/秒，能夠精準(zhǔn)捕捉糖果破裂瞬間的峰值力。

標(biāo)準(zhǔn)化測試流程：內(nèi)置糖果硬度檢測的標(biāo)準(zhǔn)化測試模板，一鍵調(diào)用即可執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化測試流程。支持用戶自定義參數(shù)設(shè)置，滿足不同配方、不同工藝條件下的個(gè)性化檢測需求。

力-位移曲線智能分析：測試過程中實(shí)時(shí)采集并顯示力-位移曲線，自動計(jì)算硬度峰值、彈性、咀嚼性、脆度等多項(xiàng)參數(shù)。多條測試曲線可疊加對比分析，直觀評估不同配方或不同批次之間的硬度差異。

數(shù)據(jù)合規(guī)與可追溯：測試數(shù)據(jù)自動記錄、存儲，支持導(dǎo)出為PDF或Excel格式?？蓾M足食品生產(chǎn)SC審核、送檢備案的數(shù)據(jù)管理要求。

定制化服務(wù)：對于異形軟糖、特殊形態(tài)糖果等非常規(guī)樣品，西奧機(jī)電可提供非標(biāo)夾具和專用探頭的定制服務(wù)。

西奧機(jī)電的材料測試解決方案還廣泛應(yīng)用于包裝材料測試、醫(yī)療器械材料及包裝測試、藥品測試、膠粘劑測試、紡織品測試、紙張和紙板容器測試及質(zhì)構(gòu)分析等領(lǐng)域，并可針對特殊測試需求提供定制化服務(wù)和自動化改造方案。

六、結(jié)語

糖果的硬度，看似一個(gè)簡單的物理指標(biāo)，實(shí)則承載著消費(fèi)者對產(chǎn)品品質(zhì)直觀的感知。質(zhì)構(gòu)分析儀通過將“硬度"這一主觀感官體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為客觀、可量化的力學(xué)數(shù)據(jù)，為糖果生產(chǎn)企業(yè)提供了從配方研發(fā)、過程控制到產(chǎn)品放行的全流程品質(zhì)保障工具。

從硬質(zhì)糖果的破裂硬度測試，到軟質(zhì)糖果的TPA全質(zhì)構(gòu)分析，再到充氣糖果的脆性與彈性綜合評價(jià)——不同類型的糖果需要“量身定制"的檢測方案。而探頭的正確選擇、測試速度的合理設(shè)定、形變量的精確控制——每一個(gè)參數(shù)都直接影響著測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

濟(jì)南西奧機(jī)電有限公司（CELTEC西奧）TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀，以多模式測試能力、高精度力學(xué)測量和智能化數(shù)據(jù)分析功能，為糖果及各類食品生產(chǎn)企業(yè)提供了一站式的硬度檢測解決方案，助力企業(yè)以科學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品品質(zhì)持續(xù)提升。

本文依據(jù)質(zhì)構(gòu)分析相關(guān)技術(shù)資料及行業(yè)實(shí)踐撰寫，僅供參考。具體測試操作請以儀器操作規(guī)程及產(chǎn)品說明書為準(zhǔn)。