面包是否松軟、薯片是否酥脆、酸奶是否順滑、果凍是否Q彈——這些消費者對食品最直觀的“口感”判斷，在食品工業(yè)中卻長期是一個難以量化的模糊概念。傳統(tǒng)感官評價依賴人的味覺和觸覺，主觀性強、重復(fù)性差、難以標(biāo)準(zhǔn)化。

質(zhì)構(gòu)分析儀（Texture Analyzer，又稱物性測試儀） 的出現(xiàn)，改變了這一局面。它用儀器的手段對食品進行感官評價，把模糊的口感描述量化，分析物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。質(zhì)構(gòu)儀所反映的主要是與力學(xué)特性有關(guān)的食品質(zhì)地特性，其結(jié)果具有較高的靈敏性與客觀性。

本文將系統(tǒng)解析質(zhì)構(gòu)分析儀如何通過力學(xué)測試，將食品的“口感”轉(zhuǎn)化為客觀、可量化、可追溯的數(shù)據(jù)，幫助食品研發(fā)、品控人員真正讀懂食品的“物理特性密碼”。

一、質(zhì)構(gòu)儀的工作原理：用力學(xué)語言翻譯“口感”

1. 核心邏輯：模擬人的口腔動作

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，實時記錄力值變化，從而將“口感”轉(zhuǎn)化為“數(shù)據(jù)”。

儀器由動力系統(tǒng)、力量感應(yīng)模塊、檢測探頭及分析軟件組成。在動力系統(tǒng)的驅(qū)動下，探頭以設(shè)定的速度對樣品進行壓縮、穿刺、剪切等力學(xué)測試。高精度力量感應(yīng)模塊實時記錄受力數(shù)據(jù)，位移傳感器同步記錄探頭移動距離。測試過程中，儀器實時生成力-位移曲線（或力-時間曲線），通過對特征曲線的分析，可以量化食品的硬度、彈性、脆性、咀嚼性、粘附性等數(shù)十項物性指標(biāo)。

2. 從“模糊口感”到“精準(zhǔn)數(shù)據(jù)”

質(zhì)構(gòu)儀可以將人咀嚼食品的感覺用圖形和具體的數(shù)據(jù)表示出來，依據(jù)食品物性學(xué)的基本原理，獲得一系列樣品的物性參數(shù)。它把樣品的質(zhì)地感官知覺與其力學(xué)性質(zhì)、幾何特性結(jié)合起來進行定義，從而使質(zhì)地的感官評價信息可以用客觀的方法相互溝通或傳遞。

簡而言之：質(zhì)構(gòu)儀是食品物理特性的“翻譯官”——把消費者口中的“軟”“硬”“彈”“脆”翻譯成硬度值、彈性系數(shù)、咀嚼能量等客觀數(shù)據(jù)。

二、TPA全質(zhì)構(gòu)分析：一次測試，多項參數(shù)

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） 。該方法由Szczeniak等人于1963年確立，通過質(zhì)構(gòu)儀探頭模擬人口腔的咀嚼運動，對樣品進行兩次壓縮——模擬“咬一口→松開→再咬一口”的過程。

1. TPA測試的運動軌跡

在TPA測試中，探頭從起始位置開始，以設(shè)定的速度壓向測試樣品，接觸到樣品表面后以測試速率對樣品進行壓縮一定的距離，然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，最后以測后速率返回到起始位置。

2. TPA可獲取的核心參數(shù)

一次TPA測試可以同時得出硬度、彈性、粘附性、內(nèi)聚性、咀嚼性、回復(fù)性等多種質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)：

3. TPA與感官評價的相關(guān)性

研究表明，質(zhì)構(gòu)儀得出的硬度、彈性、咀嚼性與感官評定指標(biāo)有很好的正相關(guān)性。這意味著，研發(fā)人員可以用客觀的儀器數(shù)據(jù)預(yù)測消費者的主觀感受，實現(xiàn)從“經(jīng)驗判斷”到“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的研發(fā)升級。

三、質(zhì)構(gòu)儀解析的食品物理特性

質(zhì)構(gòu)儀能夠分析的食品物理特性極為豐富，涵蓋了從固態(tài)到半固態(tài)、從脆性到韌性的全部力學(xué)維度：

硬度與強度類：硬度、抗壓強度、拉伸強度、穿透強度、破裂強度、斷裂強度——反映食品抵抗變形的能力。

彈性與回復(fù)類：彈性、回復(fù)性、恢復(fù)度——反映食品受壓后恢復(fù)原狀的能力。

脆性與韌性類：脆性、酥脆性、咀嚼性——反映食品在受力過程中的斷裂行為。

粘附與內(nèi)聚類：粘附性、內(nèi)聚性、膠粘性——反映食品的“粘手”程度和內(nèi)部結(jié)合強度。

延展與彎曲類：延展性、彎曲能力——反映食品的可塑性。

這些參數(shù)共同構(gòu)成了食品的“力學(xué)指紋圖譜” ——不同食品具有獨特的質(zhì)構(gòu)特征，通過質(zhì)構(gòu)儀可以清晰區(qū)分和量化。

四、典型應(yīng)用領(lǐng)域

質(zhì)構(gòu)儀的應(yīng)用覆蓋了從原料到成品的全鏈條：

1. 面制品與烘焙食品

面包、蛋糕、饅頭、面條等面制品的硬度、彈性、咀嚼性是評價其品質(zhì)的核心指標(biāo)。質(zhì)構(gòu)儀可以量化面包的老化速度、面條的筋道感、饅頭的蓬松度。AACC 74-09和AACC 16-50是面包和面條硬度測試的國際標(biāo)準(zhǔn)方法。

2. 肉制品與水產(chǎn)品

肉制品的嫩度、咀嚼性、彈性直接影響消費者的口感體驗。質(zhì)構(gòu)儀可以評價肉丸的緊實度、火腿的彈性、魚糜的凝膠強度。GB/T 36187-2018《冷凍魚糜》等標(biāo)準(zhǔn)已將質(zhì)構(gòu)儀列為魚糜凝膠強度的推薦檢測方法。

3. 果蔬產(chǎn)品

質(zhì)構(gòu)儀可以評價水果的硬度、脆度、果皮破裂力。不同產(chǎn)地、不同品種、不同成熟度的果蔬具有不同的質(zhì)構(gòu)特征。通過質(zhì)構(gòu)儀可以辨別不同產(chǎn)地、不同品種的果蔬差異。

4. 乳制品與凝膠食品

酸奶、奶酪、果凍、布丁等半固態(tài)食品的硬度、粘附性、涂抹性是關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)。質(zhì)構(gòu)儀可以量化酸奶的稠度、奶酪的涂抹性、果凍的Q彈程度。

5. 糖果與休閑食品

糖果的硬度、脆性、咀嚼性直接影響消費者的“口感”評價。研究表明，質(zhì)構(gòu)儀得出的硬度、彈性、咀嚼性與感官評定指標(biāo)有很好的正相關(guān)性，可以用于預(yù)測軟糖的硬度和彈性。

6. 食品包裝材料

質(zhì)構(gòu)儀不僅可以分析食品本身，還可以分析包裝材料的力學(xué)特性——如薄膜的拉伸強度、密封強度、撕裂強度等。

五、影響質(zhì)構(gòu)測試結(jié)果的關(guān)鍵因素

質(zhì)構(gòu)儀測試結(jié)果的可靠性，高度依賴于測試條件的標(biāo)準(zhǔn)化。研究表明，在TPA測定模式下，樣品質(zhì)構(gòu)特性的測定結(jié)果受測試條件影響顯著。

1. 取樣規(guī)格——最容易被忽視的因素

取樣規(guī)格對樣品質(zhì)構(gòu)特性的影響極為顯著：

• 硬度：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。

• 彈性：在取樣高度基本一致的情況下，取樣直徑越大，彈性越大。

結(jié)論：樣品的尺寸必須嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化。同一研究或同一批次檢測中，樣品尺寸必須保持一致。

2. 測試參數(shù)

測試速度、壓縮比例、觸發(fā)力、兩次壓縮間隔時間等參數(shù)的變化，都會顯著影響TPA測定結(jié)果。只有測試條件相同，測定結(jié)果才具有可比性。

3. 探頭選擇

不同探頭適用于不同的食品類型。對于軟質(zhì)食品（如果凍、酸奶），推薦使用較大直徑的平底探頭；對于硬質(zhì)食品（如餅干、硬糖），推薦使用較小直徑的探頭或穿刺探頭。

4. 環(huán)境條件

溫度和濕度對食品的力學(xué)性能有顯著影響。建議在恒溫恒濕條件下進行測試，并在報告中記錄環(huán)境條件。

六、西奧機電的食品質(zhì)構(gòu)分析解決方案

濟南西奧機電有限公司（CELTEC西奧）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。其TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀在食品物理特性解析方面具備以下核心優(yōu)勢：

多模式測試能力：TEX系列支持TPA全質(zhì)構(gòu)分析、單次壓縮測試、穿刺測試、拉伸測試、剪切測試等多種模式。一次TPA測試可同時獲取硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、回復(fù)性等全部質(zhì)構(gòu)參數(shù)，全面解析食品的物理特性。

高精度力學(xué)測量：采用高精度力量感應(yīng)元，多量程可選（0.5kg、5kg、10kg、50kg等），力值測量精度優(yōu)于0.5%F.S. ，位移分辨率達(dá)0.01mm。能夠精準(zhǔn)捕捉食品在壓縮、穿刺過程中的微小力學(xué)響應(yīng)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

標(biāo)準(zhǔn)化測試流程：儀器內(nèi)置面包TPA、面條TPA、凝膠強度、片劑硬度等多種標(biāo)準(zhǔn)化測試模板，參考AACC 74-09、GB/T 36187-2018等國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)方法。一鍵調(diào)用即可執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化測試流程，大幅降低方案設(shè)計的門檻。

力-位移曲線實時分析：測試過程中實時采集并顯示力-位移曲線（或力-時間曲線）。系統(tǒng)自動計算硬度（峰值力）、彈性（時間比/高度比）、咀嚼性（硬度×內(nèi)聚性×彈性）等關(guān)鍵參數(shù)。多條曲線可疊加對比，直觀評估不同配方或不同批次產(chǎn)品之間的質(zhì)構(gòu)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)出為報告。配套軟件可滿足食品生產(chǎn)SC審核、ISO質(zhì)量管理體系的數(shù)據(jù)管理要求。

西奧機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。

七、結(jié)語

食品的物理特性——硬度、彈性、脆性、咀嚼性、粘附性——曾經(jīng)只能通過主觀的感官評價來描述。質(zhì)構(gòu)分析儀的出現(xiàn)，將“口感”從模糊的形容詞轉(zhuǎn)化為客觀的力學(xué)數(shù)據(jù)，為食品的研發(fā)、生產(chǎn)和質(zhì)量控制提供了科學(xué)的量化工具。

通過TPA全質(zhì)構(gòu)分析，一次測試即可獲取多項質(zhì)構(gòu)參數(shù)，全面解析食品的物理特性。從面包的松軟度到肉丸的彈性，從果蔬的脆度到酸奶的稠度——質(zhì)構(gòu)儀正在將“口感”從“憑感覺”升級為“靠數(shù)據(jù)”。

而取樣規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化、測試參數(shù)的統(tǒng)一、探頭的正確選擇——每一個環(huán)節(jié)的規(guī)范執(zhí)行，都是確保質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)可靠、可比較的前提。只有在標(biāo)準(zhǔn)化條件下獲得的數(shù)據(jù)，才具有真正的科學(xué)價值和實用意義。

濟南西奧機電有限公司（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、標(biāo)準(zhǔn)化測試流程、力-位移曲線實時分析為核心優(yōu)勢，為食品行業(yè)提供了從配方研發(fā)、工藝優(yōu)化到成品放行的全鏈條質(zhì)構(gòu)分析解決方案，助力企業(yè)以精準(zhǔn)的量化數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品品質(zhì)持續(xù)提升。

本文依據(jù)TPA全質(zhì)構(gòu)分析原理、質(zhì)構(gòu)儀技術(shù)原理及相關(guān)學(xué)術(shù)研究成果撰寫，僅供參考。具體測試操作請以儀器操作規(guī)程及產(chǎn)品特性為準(zhǔn)。