引言

巧克力威化餅干是典型的多層復(fù)合烘焙食品——外層是巧克力涂層，中間是疏松多孔的威化餅層，內(nèi)層是巧克力或果仁夾心。消費(fèi)者咬下一口時(shí)感受到的“酥脆"“層次感"“一咬即斷"，本質(zhì)上是一系列力學(xué)斷裂事件的綜合反映。

然而，傳統(tǒng)上巧克力威化餅干的品質(zhì)評(píng)價(jià)高度依賴感官品嘗。評(píng)價(jià)人員用牙咬、用手掰，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷“夠不夠脆"“夾心是否適中"。這種方法主觀性強(qiáng)、重復(fù)性差，同一款產(chǎn)品在不同評(píng)價(jià)人員之間的結(jié)論可能大相徑庭。

質(zhì)構(gòu)分析儀（Texture Analyzer） 的出現(xiàn)，為巧克力威化餅干的品質(zhì)評(píng)價(jià)提供了科學(xué)工具。質(zhì)構(gòu)儀通過模擬牙齒切割威化餅干的過程，將“酥脆"“硬度"“斷裂強(qiáng)度"等感官描述轉(zhuǎn)化為力-位移曲線上的精確數(shù)據(jù)。質(zhì)構(gòu)儀可對(duì)樣品的物性概念作出數(shù)據(jù)化的表述，可使用統(tǒng)一的測(cè)試方法，通過探頭以穩(wěn)定速度進(jìn)行下壓，其測(cè)定結(jié)果具有較高的靈敏性與客觀性，并可對(duì)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)量化處理，以量化的指標(biāo)來客觀全面地評(píng)價(jià)成品，從而避免人為因素對(duì)食品品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的主觀影響。

對(duì)于巧克力威化餅干而言，抗剪切性——即餅干在受到剪切力時(shí)抵抗斷裂的能力——是評(píng)價(jià)其酥脆品質(zhì)和工藝質(zhì)量的核心力學(xué)維度。本文將從剪切測(cè)試的力學(xué)原理出發(fā)，系統(tǒng)解析巧克力威化餅干抗剪切性的評(píng)估方法、曲線解讀與工藝創(chuàng)新應(yīng)用。

一、巧克力威化餅干的結(jié)構(gòu)特性與剪切力學(xué)的關(guān)聯(lián)

1. 多層復(fù)合結(jié)構(gòu)：剪切力的“多層回應(yīng)"

巧克力威化餅干的結(jié)構(gòu)可以概括為“三層復(fù)合"——外層巧克力涂層、中間威化餅層、內(nèi)層夾心。每一層在剪切力作用下的力學(xué)響應(yīng)各不相同：

巧克力涂層：力學(xué)響應(yīng)以脆性斷裂為主，斷裂力值較高但斷裂位移短，表現(xiàn)為“硬而脆"的剪切特征。

威化餅層：威化餅干烘烤制成多孔狀的片狀結(jié)構(gòu)。多孔結(jié)構(gòu)使其力學(xué)響應(yīng)表現(xiàn)為“酥脆"——在剪切力作用下，氣孔壁逐層破裂，力值曲線呈現(xiàn)鋸齒狀波動(dòng)。

巧克力或果仁夾心：夾心層的力學(xué)響應(yīng)取決于其組成。威化巧克力內(nèi)部為巧克力，而花生夾心巧克力內(nèi)部是葡萄糖漿和花生仁，因而威化巧克力內(nèi)部結(jié)構(gòu)較堅(jiān)硬。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，威化巧克力硬度變化梯度較大，口感較差；而花生夾心巧克力硬度適中，口感較好。

2. 水分活度對(duì)威化餅干酥脆性的影響

巧克力威化餅干的多孔結(jié)構(gòu)使其對(duì)水分極為敏感。當(dāng)水活度升高到0.3以上時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)威化餅傾向于逐漸損失其可感知的松脆性，此松脆性損失為連續(xù)性的（隨水合連續(xù)變化）。這意味著，威化餅干在儲(chǔ)存過程中的吸潮行為會(huì)直接改變其抗剪切性——吸潮后威化餅層變軟，剪切力曲線峰值下降、斷裂位移延長。

二、質(zhì)構(gòu)儀剪切測(cè)試的原理與參數(shù)設(shè)置

1. 剪切測(cè)試的力學(xué)原理

剪切測(cè)試是質(zhì)構(gòu)儀的核心測(cè)試模式之一。剪切試驗(yàn)利用刀片狀探頭橫向切割樣品，測(cè)定剪切力、剪切強(qiáng)度、剪切功等參數(shù)。對(duì)于巧克力威化餅干，剪切測(cè)試模擬的是牙齒切割餅干的過程——探頭以恒定速度向下移動(dòng)，對(duì)餅干施加剪切力，直至餅干斷裂。

從力-位移曲線中可以提取豐富的力學(xué)信息：切刀探頭在向下移動(dòng)觸碰到樣品時(shí)，首先會(huì)對(duì)樣品表面產(chǎn)生一個(gè)較小破裂，此時(shí)曲線上出現(xiàn)一個(gè)較小的峰，此峰值可以表征餅干的脆性；探頭持續(xù)下壓，繼續(xù)對(duì)樣品進(jìn)行剪切，直至將餅干產(chǎn)品切斷，此時(shí)出現(xiàn)最大峰，峰值表示使餅干斷裂所需要的力，也就是餅干的硬度。

2. 典型測(cè)試參數(shù)設(shè)置

根據(jù)行業(yè)實(shí)踐和學(xué)術(shù)研究，巧克力威化餅干剪切測(cè)試的典型參數(shù)如下：

在威化巧克力的硬度測(cè)試研究中，采用TA1質(zhì)構(gòu)儀，探頭為FG/2，測(cè)試前速度1.0mm/s，測(cè)試速度0.5mm/s，測(cè)試距離15mm。

3. 測(cè)試注意事項(xiàng)

樣品制備的標(biāo)準(zhǔn)化：巧克力威化餅干應(yīng)切割成統(tǒng)一尺寸的樣品，確保每次測(cè)試的受力面積一致。切割時(shí)應(yīng)使用鋒利的刀具，避免擠壓導(dǎo)致樣品結(jié)構(gòu)破壞。

測(cè)試方向的統(tǒng)一：由于威化餅干的多孔結(jié)構(gòu)具有方向性，探頭切割方向應(yīng)與餅干表面垂直，確保每次測(cè)試的受力方向一致。

環(huán)境條件的控制：測(cè)試應(yīng)在恒定溫濕度條件下進(jìn)行，建議23℃±2℃、50%±5%RH。威化餅干對(duì)濕度極為敏感，環(huán)境濕度的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)顯著差異。

三、力-位移曲線的解讀：從曲線到品質(zhì)

1. 曲線的三段式結(jié)構(gòu)與品質(zhì)對(duì)應(yīng)

巧克力威化餅干的剪切力-位移曲線通常呈現(xiàn)以下特征：

第一階段：表面破裂。探頭接觸餅干表面，首先對(duì)表面產(chǎn)生一個(gè)較小破裂，曲線上出現(xiàn)一個(gè)較小的峰，此峰值表征餅干的脆性。峰值越高，表面越脆；峰值越低，表面韌性越強(qiáng)。

第二階段：威化層剪切。探頭持續(xù)下壓，對(duì)威化餅層進(jìn)行剪切。威化餅層的多孔結(jié)構(gòu)使力值曲線呈現(xiàn)鋸齒狀波動(dòng)——?dú)饪妆谥饘悠屏训牧W(xué)事件在曲線上形成密集的微小波動(dòng)。

第三階段：夾心層斷裂與穿透。探頭到達(dá)夾心層時(shí)，力值出現(xiàn)新的變化。夾心層的硬度決定了這一階段的力值特征——夾心較硬時(shí)力值繼續(xù)上升，夾心較軟時(shí)力值可能出現(xiàn)下降。最終，探頭將餅干切斷，出現(xiàn)最大峰值，峰值表示使餅干斷裂所需要的力，即餅干的硬度或斷裂強(qiáng)度。

2. 關(guān)鍵參數(shù)的提取與工程意義

破裂距離表明樣品的脆性，顯示樣品能抗多長距離后被破壞；斜率表明樣品的硬度。斷裂距離越短，說明餅干越脆——一咬即斷；斷裂距離越長，說明餅干韌性越強(qiáng)。

3. 威化巧克力與花生夾心巧克力的曲線對(duì)比

在實(shí)際測(cè)試中，威化巧克力和花生夾心巧克力的剪切力曲線呈現(xiàn)出顯著差異。威化巧克力表層為較軟的威化餅層，故其硬度值比表面層為巧克力的花生夾心巧克力小得多。但從曲線形態(tài)來看，威化巧克力的硬度變化梯度較大，說明各層之間的力學(xué)差異顯著，口感層次豐富但一致性差；而花生夾心巧克力硬度適中，口感較好。

這一對(duì)比說明，剪切力曲線不僅反映單一數(shù)值，更反映了餅干各層之間的力學(xué)協(xié)調(diào)性——理想的巧克力威化餅干應(yīng)具有適中的斷裂強(qiáng)度和合理的硬度梯度，才能實(shí)現(xiàn)“外脆內(nèi)酥、層次分明"的感官體驗(yàn)。

四、抗剪切性評(píng)估在工藝創(chuàng)新中的應(yīng)用

1. 配方優(yōu)化：從經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

威化餅干餅皮工藝的研究表明，以餅干硬度和感官為指標(biāo)，探討面粉筋度、淀粉種類、棕櫚油的投放量、焙烤溫度和焙烤時(shí)間對(duì)威化餅皮的影響，可以確定最佳配方參數(shù)。

通過剪切測(cè)試獲取的斷裂強(qiáng)度和脆性指數(shù)數(shù)據(jù)，研發(fā)人員可以精準(zhǔn)量化不同配方參數(shù)對(duì)餅干抗剪切性的影響，實(shí)現(xiàn)從“經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)"到“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)"的配方優(yōu)化。

2. 焙烤工藝的量化控制

焙烤溫度和時(shí)間的控制直接影響威化餅層的多孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。研究表明，烘烤溫度為上模135℃、下模140℃，烘烤時(shí)間為8min時(shí)，所得產(chǎn)品最佳，色澤白，口感酥松自然但餅身不至于過脆，餅皮中間結(jié)晶層結(jié)晶明顯。

通過剪切測(cè)試量化不同焙烤條件下的斷裂強(qiáng)度和脆性指數(shù)，可以精準(zhǔn)確定“酥而不碎"的最佳工藝窗口。

3. 夾心配方的力學(xué)匹配

巧克力威化餅干的夾心層不僅影響口感，還影響整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)協(xié)調(diào)性。夾心層的硬度應(yīng)與威化餅層和巧克力涂層相匹配——夾心過軟會(huì)導(dǎo)致餅干在咬下時(shí)“塌陷"，夾心過硬則會(huì)導(dǎo)致餅干難以咬斷。

通過剪切測(cè)試獲取各層的力學(xué)數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化夾心配方，實(shí)現(xiàn)“三層協(xié)調(diào)斷裂"的理想口感。

4. 貨架期品質(zhì)監(jiān)控

巧克力威化餅干在儲(chǔ)存過程中，威化餅層因吸潮而逐漸軟化，抗剪切性下降。通過定期剪切測(cè)試追蹤斷裂強(qiáng)度和脆性指數(shù)的變化趨勢(shì)，可以精準(zhǔn)評(píng)估產(chǎn)品的貨架期品質(zhì)衰減速度，為保質(zhì)期設(shè)定和包裝改進(jìn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

五、西奧機(jī)電的巧克力威化餅干質(zhì)構(gòu)檢測(cè)解決方案

濟(jì)南西奧機(jī)電有限公司（CELTEC西奧）的TEX-FP餅干酥脆度測(cè)定儀與TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀，專為巧克力威化餅干等烘焙食品的抗剪切性、酥脆性和斷裂強(qiáng)度檢測(cè)而設(shè)計(jì)。

剪切測(cè)試能力：TEX系列配備華納-布拉茨勒切刀等標(biāo)準(zhǔn)剪切探頭，可對(duì)巧克力威化餅干進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的剪切測(cè)試。測(cè)試速度0.1-500mm/min無級(jí)可調(diào)，覆蓋0.5-1.0mm/s的推薦速度范圍。

三點(diǎn)彎曲測(cè)試能力：配備三點(diǎn)彎曲測(cè)試裝置，將樣品放置于兩個(gè)支點(diǎn)中央，探頭從中心點(diǎn)下壓直至斷裂，適用于餅干、巧克力等的斷裂強(qiáng)度與酥脆性測(cè)試。可量化破裂強(qiáng)度、破裂距離和斜率，評(píng)估餅干的硬度和脆裂性。

高精度力學(xué)測(cè)量：力值解析精度0.001N，系統(tǒng)精度優(yōu)于0.5%，位移精度0.01mm。能夠精準(zhǔn)捕捉剪切力曲線上每一個(gè)脆性破裂峰和威化層的鋸齒化細(xì)節(jié)。

力-位移曲線實(shí)時(shí)分析：測(cè)試過程中實(shí)時(shí)顯示力-位移曲線，自動(dòng)提取最大剪切力（斷裂強(qiáng)度）、脆性峰值、斷裂距離、剪切功等關(guān)鍵參數(shù)。多條曲線可疊加對(duì)比，直觀評(píng)估不同配方或不同批次巧克力威化餅干之間的抗剪切性能差異。

數(shù)據(jù)合規(guī)與可追溯：支持三級(jí)別多用戶權(quán)限管理與審計(jì)追蹤功能，測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄存儲(chǔ)，支持導(dǎo)出為報(bào)告，滿足食品生產(chǎn)SC審核和ISO質(zhì)量管理體系的數(shù)據(jù)管理要求。

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

六、結(jié)語

巧克力威化餅干的“酥脆"與“一咬即斷"，曾經(jīng)只能通過“咬一口"來判斷。質(zhì)構(gòu)儀剪切測(cè)試的出現(xiàn)，將這一主觀感受轉(zhuǎn)化為力-位移曲線上的精確數(shù)據(jù)——第一個(gè)小峰反映表面脆性，最大峰值反映斷裂強(qiáng)度，曲線的鋸齒化程度反映威化層的酥脆性，曲線下面積反映斷裂所需的總能量。

從威化巧克力硬度變化梯度較大、口感較差的案例，到花生夾心巧克力硬度適中、口感較好的對(duì)比——剪切力曲線不僅揭示了單一數(shù)值的高低，更反映了餅干各層之間的力學(xué)協(xié)調(diào)性。而水活度升高至0.3以上導(dǎo)致威化餅松脆性逐漸損失的研究發(fā)現(xiàn)，則為貨架期品質(zhì)監(jiān)控提供了關(guān)鍵的量化閾值。

從配方優(yōu)化（面粉筋度、淀粉種類、棕櫚油添加量的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)確定），到焙烤工藝的精準(zhǔn)控制（上模135℃、下模140℃、8分鐘的量化窗口），再到夾心配方的力學(xué)匹配——質(zhì)構(gòu)儀剪切測(cè)試的應(yīng)用貫穿巧克力威化餅干從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到生產(chǎn)線質(zhì)控的全鏈條。

濟(jì)南西奧機(jī)電有限公司（CELTEC西奧）TEX-FP餅干酥脆度測(cè)定儀與TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀，以剪切測(cè)試、三點(diǎn)彎曲測(cè)試、高精度力學(xué)測(cè)量、力-位移曲線實(shí)時(shí)分析為核心優(yōu)勢(shì)，為巧克力威化餅干及烘焙食品企業(yè)提供了從品質(zhì)評(píng)估到工藝創(chuàng)新的全鏈條質(zhì)構(gòu)檢測(cè)解決方案，助力企業(yè)以精準(zhǔn)的量化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品品質(zhì)持續(xù)提升。