引言

凝膠——從餐桌上Q彈的果凍、軟糖，到實(shí)驗(yàn)室里的瓊脂培養(yǎng)基，再到藥品中的軟膠囊殼、醫(yī)用敷料——其質(zhì)地表現(xiàn)（彈性、硬度、粘性）直接決定了產(chǎn)品的品質(zhì)、口感與功能成敗。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，凝膠品質(zhì)的評(píng)價(jià)主要依賴感官判斷——“Q彈”“綿軟”“偏硬”等描述模糊且主觀，不同評(píng)價(jià)人員之間的結(jié)論往往大相徑庭。

質(zhì)構(gòu)儀（Texture Analyzer） 的出現(xiàn)，改變了這一局面。質(zhì)構(gòu)儀是一種專門用于評(píng)估凝膠類材料物理特性的檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)對(duì)凝膠樣品進(jìn)行壓縮、剪切、穿透等力學(xué)測(cè)試，獲取反映凝膠品質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)。質(zhì)構(gòu)儀可對(duì)樣品的物性概念做出數(shù)據(jù)化的表述，是國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的重要研究?jī)x器和研究手段，也是業(yè)內(nèi)**的物性（質(zhì)構(gòu)）標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)儀器。

質(zhì)構(gòu)儀可應(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。檢測(cè)不同食品的硬度、脆性、彈性、回彈力、粘合性、粘結(jié)力、粘稠度、彎曲能力、破裂/斷裂力、酥脆性、脆度、咀嚼性、膠粘性、拉伸強(qiáng)度、延展性等。

本文將從質(zhì)構(gòu)儀的檢測(cè)原理出發(fā)，系統(tǒng)解析其在凝膠品質(zhì)測(cè)定中的應(yīng)用——包括TPA全質(zhì)構(gòu)分析、穿刺測(cè)試等核心方法，以及在果凍、明膠、魚(yú)糜、藥用輔料等不同凝膠產(chǎn)品中的具體應(yīng)用。

一、質(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)凝膠品質(zhì)的基本原理

1. 核心檢測(cè)邏輯

質(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)凝膠品質(zhì)的核心邏輯是：模擬人的咀嚼或按壓動(dòng)作，通過(guò)探頭對(duì)凝膠樣品施加可控的力學(xué)作用，實(shí)時(shí)記錄力值變化與位移變化，從而將“口感”轉(zhuǎn)化為“數(shù)據(jù)”。

儀器由動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)探頭以設(shè)定的速度對(duì)凝膠樣品進(jìn)行壓縮、穿刺、剪切等力學(xué)測(cè)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(dòng)距離。測(cè)試過(guò)程中，儀器實(shí)時(shí)生成力-位移曲線（或稱力-時(shí)間曲線）。通過(guò)對(duì)特征曲線的分析，可以量化凝膠的硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、凝膠強(qiáng)度等多項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)。

2. 凝膠品質(zhì)的核心評(píng)價(jià)維度

質(zhì)構(gòu)儀對(duì)凝膠品質(zhì)的評(píng)價(jià)，通常圍繞以下幾個(gè)核心維度展開(kāi)：

這些參數(shù)共同構(gòu)成了凝膠品質(zhì)的“力學(xué)指紋圖譜”，為凝膠類產(chǎn)品的質(zhì)量控制、配方優(yōu)化和工藝改進(jìn)提供了多維度的數(shù)據(jù)支撐。

二、凝膠品質(zhì)測(cè)定的核心測(cè)試模式

1. TPA全質(zhì)構(gòu)分析——綜合評(píng)價(jià)凝膠的“全面體檢”

TPA（Texture Profile Analysis，質(zhì)地多面剖析法） 是質(zhì)構(gòu)儀最核心的測(cè)試模式。TPA通過(guò)模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動(dòng)，對(duì)凝膠樣品進(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(guò)軟件對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)得出硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等多種質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)。

TPA質(zhì)構(gòu)測(cè)試又被稱為兩次咀嚼測(cè)試（Two Bite Test） 。一次TPA測(cè)試可以同時(shí)得出硬度、彈性、粘附性、內(nèi)聚性、咀嚼性、膠著性、回復(fù)性等多達(dá)9項(xiàng)質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)。

TPA在凝膠品質(zhì)測(cè)定中的典型應(yīng)用：

• 凝膠軟糖：研究表明，質(zhì)構(gòu)儀TPA模式測(cè)定的硬度和彈性能很好地反映凝膠糖果的質(zhì)構(gòu)特性

• 混合多糖凝膠：采用TPA質(zhì)構(gòu)測(cè)試法和感官評(píng)價(jià)法測(cè)定不同混合多糖凝膠的品質(zhì)，建立綜合評(píng)價(jià)模型

• 淀粉凝膠：研究測(cè)試速度、測(cè)試距離、停留時(shí)間等條件對(duì)凝膠質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定結(jié)果的影響

2. 穿刺測(cè)試——凝膠強(qiáng)度的“專項(xiàng)檢測(cè)”

穿刺測(cè)試（又稱一次下壓法） 是凝膠強(qiáng)度測(cè)定的核心方法。使用圓柱形或球形探頭以恒定速度穿刺凝膠樣品，記錄凝膠破裂時(shí)的破斷力與破斷距離，計(jì)算凝膠強(qiáng)度。

魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度測(cè)定是目前穿刺測(cè)試應(yīng)用廣泛的領(lǐng)域之一。根據(jù)GB/T 36187-2024《冷凍魚(yú)糜》 的規(guī)定，魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度的測(cè)定采用球形探頭穿刺法——使用直徑5mm的球形探頭，以60mm/min的測(cè)試速度穿刺凝膠試樣，測(cè)得破斷力和破斷距離，二者乘積即為魚(yú)糜的凝膠強(qiáng)度。

凝膠強(qiáng)度 = 破斷力（g）× 破斷距離（cm）

穿刺測(cè)試在其他凝膠產(chǎn)品中的應(yīng)用：

• 明膠凝膠強(qiáng)度（Bloom值） ：采用12.7mm圓柱探頭，在10℃±0.1℃條件下，以0.5mm/s速度穿刺4mm深度

• 果凍、瓊脂：通過(guò)穿刺測(cè)試量化產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度

• 藥用軟膏、凝膠劑：依據(jù)2025版《中國(guó)藥典》0634通則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)

3. 壓縮測(cè)試——凝膠“軟硬度”的直接測(cè)量

壓縮測(cè)試是將凝膠樣品置于上下壓板之間，以恒定速度壓縮至預(yù)設(shè)形變量（如凝膠高度的50%），記錄壓縮過(guò)程中的力值變化。這一模式特別適用于評(píng)價(jià)凝膠的硬度和彈性。

壓縮測(cè)試的參數(shù)設(shè)置直接影響測(cè)定結(jié)果。研究表明，測(cè)試距離和測(cè)試速度是影響凝膠硬度測(cè)定結(jié)果的關(guān)鍵因素。典型的壓縮測(cè)試參數(shù)包括：測(cè)前速度1mm/s、測(cè)試速度5mm/s、測(cè)后速度5mm/s、壓縮比50%。

三、凝膠品質(zhì)測(cè)定中的標(biāo)準(zhǔn)體系

1. 食品領(lǐng)域的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 36187-2024《冷凍魚(yú)糜》 是目前國(guó)內(nèi)魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用球形探頭穿刺法，使用直徑5mm的球形探頭，測(cè)試速度60mm/min，通過(guò)測(cè)定破斷力和破斷距離計(jì)算凝膠強(qiáng)度。該標(biāo)準(zhǔn)是魚(yú)糜產(chǎn)品等級(jí)判定的法定檢測(cè)方法。

GB 6783-2013《食品添加劑明膠》 規(guī)定了明膠凝膠強(qiáng)度（Bloom值）的測(cè)定方法。明膠凝膠強(qiáng)度是評(píng)價(jià)明膠品質(zhì)的核心指標(biāo)，采用12.7mm圓柱探頭，在10℃±0.1℃條件下測(cè)定。Brookfield CTX質(zhì)構(gòu)儀和CT3質(zhì)構(gòu)儀是國(guó)標(biāo)GB 6783指定的Bloom明膠強(qiáng)度測(cè)試儀器。

2. 藥品領(lǐng)域的藥典標(biāo)準(zhǔn)

2025年版《中國(guó)藥典》四部通則0634《凝膠強(qiáng)度測(cè)定法》 的正式實(shí)施，標(biāo)志著藥用凝膠類產(chǎn)品（如軟膏、貼劑、凝膠劑等）的質(zhì)量控制正式邁入標(biāo)準(zhǔn)化、可量化、可追溯的新階段。

通則0634明確規(guī)定：凝膠強(qiáng)度測(cè)試儀應(yīng)具備力值測(cè)量誤差≤±1%、分辨率≥0.001N，位移速度控制精度≤±0.5%。這一標(biāo)準(zhǔn)為藥用輔料（如卡波姆、海藻酸鈉、泊洛沙姆等）的凝膠強(qiáng)度評(píng)價(jià)提供了統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)。

3. 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

ISO 9665:2020 是凝膠強(qiáng)度測(cè)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。AOAC和BS 757等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同樣將質(zhì)構(gòu)儀指定為明膠強(qiáng)度測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)儀器。歐洲藥典EP 8.0也明確收錄了凝膠強(qiáng)度的測(cè)定方法。

四、質(zhì)構(gòu)儀在凝膠品質(zhì)測(cè)定中的典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 食品凝膠產(chǎn)品

果凍與布丁：凝膠強(qiáng)度測(cè)定常用于評(píng)估如果凍、布丁等產(chǎn)品的質(zhì)地和穩(wěn)定性，確保口感一致性和保質(zhì)期。通過(guò)TPA全質(zhì)構(gòu)分析，可以同時(shí)獲取果凍的硬度、彈性、內(nèi)聚性等多項(xiàng)品質(zhì)參數(shù)。

凝膠軟糖：TPA質(zhì)構(gòu)分析是一種客觀可行、經(jīng)濟(jì)有效的分析方法，特別適合于凝膠糖果等具有彈性的咀嚼類食品。研究表明，質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的硬度和彈性能很好地反映凝膠糖果的質(zhì)構(gòu)特性。

明膠制品：明膠廣泛應(yīng)用于食品（軟糖、果凍、乳制品）領(lǐng)域。其質(zhì)構(gòu)性能（如凝膠強(qiáng)度）直接影響產(chǎn)品的成型性和口感。

魚(yú)糜制品：魚(yú)丸、蟹棒等魚(yú)糜制品的彈性是決定產(chǎn)品質(zhì)量的核心指標(biāo)。通過(guò)質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定魚(yú)糜的凝膠強(qiáng)度，可以科學(xué)評(píng)價(jià)其加工性能和產(chǎn)品品質(zhì)。

2. 藥用輔料與藥品

軟膠囊：凝膠強(qiáng)度直接影響軟膠囊囊殼的機(jī)械性能和藥物釋放行為。2025版藥典0634通則的正式實(shí)施，標(biāo)志著軟膠囊質(zhì)量控制從傳統(tǒng)的“外觀合格”判斷轉(zhuǎn)向“性能量化”的新階段。

藥用輔料：卡波姆、海藻酸鈉、泊洛沙姆等藥用輔料的凝膠強(qiáng)度，直接影響制劑的成型性、穩(wěn)定性和臨床應(yīng)用效果。質(zhì)構(gòu)儀為這些輔料的品質(zhì)評(píng)價(jià)提供了標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)手段。

軟膏、凝膠劑：對(duì)于軟膏類凝膠產(chǎn)品，質(zhì)構(gòu)儀可以量化其硬度、粘附性、鋪展性等關(guān)鍵質(zhì)構(gòu)參數(shù)，為處方優(yōu)化和工藝控制提供數(shù)據(jù)支撐。

3. 化妝品與日化產(chǎn)品

凝膠類化妝品（如面膜凝膠、護(hù)膚啫喱等）的質(zhì)地直接影響消費(fèi)者的使用體驗(yàn)。質(zhì)構(gòu)儀可以量化其硬度、彈性、粘附性等參數(shù)，為配方優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

五、凝膠品質(zhì)測(cè)定的關(guān)鍵影響因素

1. 測(cè)試條件的影響

凝膠品質(zhì)的測(cè)定結(jié)果受測(cè)試條件的顯著影響。研究表明，測(cè)試距離和測(cè)試速度對(duì)凝膠硬度測(cè)定結(jié)果有顯著影響；測(cè)試距離對(duì)凝膠膠凝性測(cè)定結(jié)果有顯著影響。

樣品尺寸同樣至關(guān)重要。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。因此，凝膠品質(zhì)測(cè)定中樣品的尺寸必須嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)才具有可比性。

2. 探頭選擇

不同探頭適用于不同的凝膠測(cè)試場(chǎng)景：

• 球形探頭（P/5S） ：適用于魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度測(cè)定

• 圓柱探頭（12.7mm） ：適用于明膠Bloom值測(cè)定

• 平底圓柱探頭：適用于TPA全質(zhì)構(gòu)分析

3. 溫度控制

溫度對(duì)凝膠的力學(xué)性能具有根本性影響。明膠凝膠強(qiáng)度測(cè)定要求在10℃±0.1℃條件下進(jìn)行。溫度波動(dòng)0.5℃即可導(dǎo)致Bloom值變化5%-8%。因此，凝膠品質(zhì)測(cè)定中溫度的精確控制是確保數(shù)據(jù)可靠性的關(guān)鍵。

六、西奧機(jī)電的凝膠品質(zhì)測(cè)定解決方案

濟(jì)南西奧機(jī)電有限公司（CELTEC西奧）作為專業(yè)的材料測(cè)試儀器制造商，長(zhǎng)期致力于為食品、制藥、化妝品等行業(yè)提供精準(zhǔn)的測(cè)試解決方案。其GST系列凝膠強(qiáng)度測(cè)試儀與TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀，為凝膠類產(chǎn)品的品質(zhì)測(cè)定提供了從標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試到智能數(shù)據(jù)分析的完整解決方案。

多模式測(cè)試能力：儀器支持TPA全質(zhì)構(gòu)分析、穿刺測(cè)試、壓縮測(cè)試、拉伸測(cè)試等多種測(cè)試模式，可覆蓋食品凝膠（如果凍、明膠、魚(yú)糜）、藥用輔料（如卡波姆、海藻酸鈉）、化妝品凝膠等不同產(chǎn)品的品質(zhì)檢測(cè)需求。

高精度力學(xué)測(cè)量：采用高精度力量感應(yīng)元，力值測(cè)量精度優(yōu)于0.5% F.S. ，位移分辨率達(dá)0.01mm。能夠精準(zhǔn)捕捉凝膠在穿刺或壓縮過(guò)程中的微小力學(xué)響應(yīng)，確保硬度、彈性、凝膠強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試流程：儀器內(nèi)置GB/T 36187-2024《冷凍魚(yú)糜》 、GB 6783-2013《食品添加劑明膠》 、2025版《中國(guó)藥典》0634通則等標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試模板。一鍵調(diào)用即可執(zhí)行符合標(biāo)準(zhǔn)要求的完整測(cè)試流程，有效降低人為操作誤差。

力-位移曲線實(shí)時(shí)分析：測(cè)試過(guò)程中實(shí)時(shí)采集并顯示力-位移曲線，自動(dòng)計(jì)算硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、凝膠強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)。多條測(cè)試曲線可疊加對(duì)比，直觀評(píng)估不同配方或不同批次產(chǎn)品之間的品質(zhì)差異。

數(shù)據(jù)合規(guī)與可追溯：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、藥品GMP及FDA 21 CFR Part 11的數(shù)據(jù)完整性要求。

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。

七、結(jié)語(yǔ)

質(zhì)構(gòu)儀在凝膠品質(zhì)測(cè)定中的應(yīng)用，本質(zhì)上是在回答一個(gè)核心問(wèn)題：凝膠的“口感”與“性能”，能否用客觀、可量化的數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)？

答案已經(jīng)非常明確——可以。通過(guò)TPA全質(zhì)構(gòu)分析，我們可以同時(shí)獲取凝膠的硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等9項(xiàng)質(zhì)構(gòu)參數(shù)；通過(guò)穿刺測(cè)試，我們可以精確量化魚(yú)糜的凝膠強(qiáng)度（破斷力×破斷距離）；通過(guò)壓縮測(cè)試，我們可以評(píng)價(jià)凝膠的柔韌性與抗壓性能。

從GB/T 36187-2024《冷凍魚(yú)糜》到GB 6783-2013《食品添加劑明膠》，從2025版《中國(guó)藥典》0634通則到ISO 9665:2020國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)——質(zhì)構(gòu)儀已成為凝膠品質(zhì)測(cè)定中重要的標(biāo)準(zhǔn)化工具。它將凝膠從“手感”轉(zhuǎn)化為“數(shù)據(jù)”，從“經(jīng)驗(yàn)判斷”升級(jí)為“科學(xué)評(píng)價(jià)”，為凝膠類產(chǎn)品的質(zhì)量控制、配方優(yōu)化和工藝改進(jìn)提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

濟(jì)南西奧機(jī)電有限公司（CELTEC西奧）致力于為食品、制藥、化妝品等行業(yè)提供符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的高精度凝膠品質(zhì)測(cè)定解決方案，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)提升與工藝優(yōu)化。