引言

完成質構儀測試后，軟件界面上出現(xiàn)了一條復雜的力-位移曲線和一串密密麻麻的數(shù)據(jù)——硬度、彈性、內聚性、咀嚼性、膠著性……這些參數(shù)分別代表什么？如何從曲線中提取它們？提取出來的數(shù)據(jù)又該如何解讀和應用？

對于很多剛剛接觸質構儀的操作人員來說，數(shù)據(jù)分析往往比測試本身更令人頭疼。

質構儀(texture analyser)又叫物性測試儀，可對樣品的物性概念做出數(shù)據(jù)化的表述，是國內外很多研究機構的重要研究儀器和研究手段，也是業(yè)內*認的物性(質構)標準檢測儀器。而質地多面剖析法(Texture Profile Analysis，TPA) 是質構儀最核心的應用模式——由Szczeniak等人于1963年確立，通過質構儀探頭模擬人口腔咀嚼運動對樣品進行兩次壓縮，獲取硬度、彈性、粘附性、內聚性、咀嚼性等參數(shù)。

TPA質構測試又被稱為兩次咀嚼測試(Two Bite Test)，主要是通過模擬人口腔的咀嚼運動，對固體半固體樣品進行兩次壓縮，測試與微機連接，通過界面輸出質構測試曲線。一次TPA測試可以同時得出多達9項質構特性參數(shù)，為產(chǎn)品品質評價提供多維度的數(shù)據(jù)支撐。

本文將從TPA測試曲線出發(fā)，系統(tǒng)講解質構儀數(shù)據(jù)的分析方法——從曲線形態(tài)解讀到各參數(shù)的計算公式，再到數(shù)據(jù)在實際場景中的應用，幫助讀者建立完整的質構數(shù)據(jù)分析能力。

一、TPA測試曲線：數(shù)據(jù)分析的“第一手資料"

1. TPA測試的運動軌跡

要理解TPA數(shù)據(jù)，首先需要理解TPA測試中探頭的運動軌跡。TPA測試時探頭的運動軌跡是：探頭從起始位置開始，先以一速率壓向測試樣品，接觸到樣品的表面后再以測試速率對樣品進行壓縮一定的距離，而后返回到壓縮的觸發(fā)點，停留一段時間后繼續(xù)向下壓縮同樣的距離，而后以測后速率返回到探頭測前的位置。

簡單來說，TPA就是兩次壓縮——模擬人吃東西時“咬一口→松開→再咬一口"的過程。探頭完成這一系列動作后，軟件會生成一條典型的力-時間曲線（或力-位移曲線）。

2. TPA曲線的關鍵區(qū)域

一條完整的TPA曲線可以分為以下幾個關鍵區(qū)域：

理解這些區(qū)域與參數(shù)的對應關系，是進行質構儀數(shù)據(jù)分析的第一步。

二、九大質構參數(shù)：從曲線到數(shù)據(jù)的完整解讀

1. 硬度(Hardness)——最直接的口感指標

定義：硬度是第一次壓縮周期中的最大力值，即探頭下壓過程中遇到的最大阻力。

計算公式：直接從TPA曲線上讀取第一次壓縮正峰的最高點力值。

感官對應：硬度最直接反應口感的一項指標，在質地剖面分析中直接影響咀嚼性、膠著性及凝聚性。在食品領域，硬度反映的是“咬下去的第一感覺"——面包是否松軟、餅干是否酥脆、肉丸是否緊實。

應用提示：不同食品的硬度值差異極大——從幾十克的凝膠到數(shù)千克的硬糖。測試前應根據(jù)樣品特性選擇合適量程的力量感應元。

2. 脆度(Fracturability)——酥脆外殼的專屬指標

定義：硬度之前出現(xiàn)的較小峰值。在第一次壓縮過程中若是產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，曲線中出現(xiàn)一個明顯的峰，此峰值就定義為脆性。

判斷規(guī)則：在TPA質構圖譜的第一次壓縮曲線中若是出現(xiàn)兩個峰，則第一個峰定義為脆性，第二個定義為硬度；若是只有一個峰值，則定義為硬度，無脆性值。

感官對應：脆度針對樣品有酥脆外殼(外皮)者樣品所**，多數(shù)樣品都無法測得此參數(shù)。例如餅干、薯片、巧克力涂層等具有“咔嚓"口感的產(chǎn)品。

3. 粘附性(Adhesiveness)——黏不黏？

定義：第一次壓縮曲線達到零點到第二次壓縮曲線開始之間的曲線的負面積，即探頭返回時因樣品粘附而產(chǎn)生的拉力所做的功。

感官對應：樣品經(jīng)過加壓變形之后，樣品表面若有黏性，會產(chǎn)生負向的力量。在食品領域可以解釋為黏牙性口感。

4. 彈性(Springiness)——彈不彈？

定義：彈性是樣品經(jīng)過第一次壓縮以后能夠再恢復的程度。用第二次壓縮的測量時間(T?)同第一次壓縮的測量時間(T?)的比值來表示。

計算公式：彈性 = T? / T?

關鍵注意事項：兩次壓縮測試之間的停隔時間對彈性的測定很重要，停隔時間越長，恢復的高度越大。因此在測試不同樣品時，停留時間必須保持一致，數(shù)據(jù)才具有可比性。

5. 內聚性(Cohesiveness)——內部結構“緊不緊"

定義：內聚性是第二次壓縮的用功面積(A?)除以第一次壓縮的用功面積(A?)的商值。

計算公式：內聚性 = A? / A?

感官對應：內聚性反映的是樣品內部結構的結合強度。內聚性高的食品，咬下去“整體感"強，不易散開。

6. 膠著性(Gumminess)——半固態(tài)食品的“稠度"

定義：膠著性被定義為硬度 × 內聚性。

計算公式：膠著性 = 硬度 × 內聚性

適用對象：膠著性只用于描述半固態(tài)測試樣品的黏性特性。半固體食品的一個特點就是具有低硬度、高內聚性，因此這項指標應用于描述半固體食品的口感。例如酸奶、果醬、肉糜等。

7. 咀嚼性(Chewiness)——固態(tài)食品的“嚼勁"

定義：咀嚼性被定義為膠著性 × 彈性。

計算公式：咀嚼性 = 硬度 × 內聚性 × 彈性

感官對應：咀嚼性是咀嚼固體食物所需的能量。咀嚼性只用于描述固態(tài)測試樣品。測試樣品不可能既是固態(tài)又是半固態(tài)，所以不能同時用咀嚼性和膠粘性來描述同一測試樣品。

8. 回復性(Resilience)——回彈的“速度與力量"

定義：回復性是樣品在第一次壓縮過程中回彈的能力，定義為下壓時形變目標之前的面積(A?)與形變目標之后的面積(A?)的比值。

計算公式：回復性 = A? / A?

感官對應：回復性是一種測量樣品如何恢復變形的指針，包括了速度和力量兩方面?；貜托愿叩氖称吩谑軌汉竽苎杆倩謴驮瓲?。

三、參數(shù)速查表

為方便查閱，以下匯總九大TPA參數(shù)的定義、計算公式和適用對象：

四、數(shù)據(jù)分析的完整流程

第一步：數(shù)據(jù)采集與曲線檢查

質構儀在測試過程中會收集大量數(shù)據(jù)，包括力值、位移、時間等。測試完成后，首先應檢查力-位移曲線的合理性——曲線形態(tài)是否符合預期、是否存在異常波動。

常見的異常情況包括：

• 曲線出現(xiàn)非光滑的異常尖峰——可能樣品中存在氣泡或雜質

• 曲線起始段不穩(wěn)定——可能觸發(fā)力設置不當

• 曲線過早結束——可能樣品高度計算錯誤

第二步：參數(shù)提取

使用質構儀配套的分析軟件處理數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代質構儀軟件通常具備自動參數(shù)提取功能——用戶只需選擇TPA模式，軟件即可自動從曲線中提取全部質構參數(shù)。

軟件操作要點：

• 確認軟件正確識別了第一次壓縮和第二次壓縮的起始點與結束點

• 檢查觸發(fā)點是否準確

• 如軟件自動識別有誤，可手動調整分析區(qū)間

第三步：數(shù)據(jù)統(tǒng)計與對比

數(shù)據(jù)分析包括對比不同樣品的質構特性、計算平均值和標準差、進行統(tǒng)計分析等。對于質構儀數(shù)據(jù)，通常需要進行以下統(tǒng)計處理：

重復性驗證：每個樣品應進行3-5次平行測試。計算平均值和標準偏差，剔除明顯異常的數(shù)據(jù)點。

組間對比：對于不同配方、不同工藝條件下的樣品，計算各參數(shù)的均值、標準差，進行差異顯著性分析。

數(shù)據(jù)可視化：將多條測試曲線疊加對比，可以直觀評估不同樣品之間的質構差異。

第四步：數(shù)據(jù)導出與報告

結果數(shù)據(jù)及曲線可以匯出Excel文檔及圖片。建議將原始數(shù)據(jù)、統(tǒng)計結果和曲線圖一并保存，形成完整的檢測報告。

五、影響TPA數(shù)據(jù)的關鍵因素

TPA測試結果受多種因素影響，只有測定條件相同，測定結果才具有可比性。在分析TPA數(shù)據(jù)時，必須考慮以下影響因素：

1. 樣品規(guī)格

在TPA測定模式下，樣品質構特性的測定結果受測試條件影響顯著。盡管測定模式和參數(shù)設定一致，數(shù)據(jù)結果卻不盡相同——導致這一問題發(fā)生的根本原因就是取樣規(guī)格的不一致。

研究表明：在取樣直徑不變的情況下，硬度隨取樣高度的減小而顯著增大；在取樣高度基本一致的情況下，硬度隨取樣直徑的減小而顯著降低。取樣直徑越大，彈性越大。

因此，樣品的尺寸標準化是TPA數(shù)據(jù)可比性的前提。

2. 測試參數(shù)

測試速度、壓縮比例、停留時間等參數(shù)均會影響測定結果。壓縮比例對所有TPA參數(shù)的影響均極顯著——硬度和膠著性隨壓縮比例的增加而增加，而彈性、內聚性、回復性隨壓縮比例的增加而減少。

測試速度對硬度影響顯著。停留時間對硬度測試結果有顯著影響。

建議：在同一研究或同一批次檢測中，所有樣品的測試參數(shù)必須保持一致。

3. 環(huán)境條件

溫度和濕度對樣品質構特性有顯著影響。特別是對于明膠、凝膠類樣品，溫度波動會顯著影響硬度數(shù)據(jù)。

六、西奧機電TEX系列質構儀的數(shù)據(jù)分析解決方案

濟南西奧機電有限公司（CELTEC西奧）推出的TEX系列質構分析儀，不僅提供高精度的力學測試能力，更在數(shù)據(jù)分析層面為食品、制藥、包裝等行業(yè)用戶提供了完整的解決方案。

智能TPA參數(shù)自動提取：TEX系列配備專業(yè)分析軟件，測試完成后自動從力-位移曲線中提取硬度、彈性、內聚性、咀嚼性、膠著性、回復性、粘附性等全部TPA參數(shù)。用戶無需手動計算，軟件自動完成參數(shù)提取與結果輸出。

力-位移曲線實時顯示：測試過程中實時采集并顯示力-位移曲線，操作人員可以直觀觀察樣品從開始受壓到回復的全過程力學響應。曲線與測試結果同時顯示在一個界面上。

多曲線疊加對比分析：支持多條測試曲線疊加顯示，直觀對比不同配方、不同批次樣品的質構差異。

數(shù)據(jù)導出與報告生成：結果數(shù)據(jù)及曲線可匯出Excel文檔及圖片，支持一鍵生成包含原始數(shù)據(jù)、統(tǒng)計結果和曲線圖的完整檢測報告。

高精度數(shù)據(jù)采集：采樣速率高達4000組/秒，位移分辨率0.01mm，力值測量精度優(yōu)于0.5% F.S. ，確保每一個力學細節(jié)都被精準捕捉，為數(shù)據(jù)分析提供可靠的數(shù)據(jù)基礎。

多模式測試能力：除TPA全質構分析外，TEX系列還支持單次測試、黏度測試、松弛測試、衰減度測試、循環(huán)測試等多種模式，滿足不同樣品、不同應用場景的測試需求。

西奧機電的材料測試解決方案還廣泛應用于包裝材料測試、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構分析等領域，并可針對特殊測試需求提供定制化服務和自動化改造方案。

七、結語

質構儀的數(shù)據(jù)分析，本質上是從一條力-位移曲線中提取有意義的質構參數(shù)，并將這些參數(shù)轉化為產(chǎn)品品質的評價依據(jù)。

從硬度到彈性，從內聚性到咀嚼性——每一個TPA參數(shù)都有明確的物理定義和感官對應。理解這些參數(shù)的含義與計算方法，是正確解讀質構儀數(shù)據(jù)的前提；而掌握數(shù)據(jù)分析的完整流程——曲線檢查、參數(shù)提取、統(tǒng)計對比、報告生成——則是將數(shù)據(jù)轉化為決策的關鍵一步。

值得注意的是，TPA數(shù)據(jù)并非孤立存在的數(shù)字。樣品的尺寸規(guī)格、測試速度、壓縮比例、環(huán)境溫度——任何一個條件的變化，都可能使同一批樣品的測試結果產(chǎn)生顯著差異。只有在標準化條件下獲得的數(shù)據(jù)，才具有真正的比較意義和實用價值。

濟南西奧機電有限公司（CELTEC西奧）TEX系列質構分析儀，以智能參數(shù)自動提取、力-位移曲線實時顯示、多曲線疊加對比、高精度數(shù)據(jù)采集為核心優(yōu)勢，為食品、制藥、包裝等行業(yè)用戶提供了從測試到數(shù)據(jù)分析的一站式解決方案，助力企業(yè)以精準的量化數(shù)據(jù)驅動產(chǎn)品品質提升與工藝優(yōu)化。

本文依據(jù)TPA全質構分析原理及相關技術資料撰寫，僅供參考。具體數(shù)據(jù)分析請以儀器操作規(guī)程及軟件說明為準。