引言

果凍作為凝膠類休閑食品的典型代表，以其晶瑩的外觀、爽滑的口感和豐富的口味深受消費(fèi)者喜愛。然而，消費(fèi)者對果凍最直觀的評價(jià)——“Q彈”“爽脆”“綿軟”——長期以來卻是一個(gè)難以量化的模糊概念。同一款果凍，不同評價(jià)人員可能給出截然不同的“彈性好壞”判斷；不同批次的果凍，口感一致性也難以通過人工品嘗來精準(zhǔn)把控。

質(zhì)構(gòu)分析儀（Texture Analyzer） 的出現(xiàn)，為果凍的品質(zhì)評價(jià)提供了科學(xué)的量化工具。質(zhì)構(gòu)儀作為物性分析儀器，在食品領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，具有客觀、指標(biāo)量化、重現(xiàn)性好等特點(diǎn)，可用于測定果凍的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性等指標(biāo)，通過測定果凍質(zhì)構(gòu)的變化來反映不同膠凝劑對果凍品質(zhì)的影響。

其中，TPA（Texture Profile Analysis，質(zhì)地多面剖析法） 是質(zhì)構(gòu)儀最核心的測試模式。它通過模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動，對果凍樣品進(jìn)行兩次壓縮，從力-時(shí)間曲線中提取硬度、彈性、咀嚼性等多個(gè)質(zhì)構(gòu)參數(shù)，一次測試即可完整呈現(xiàn)果凍的“質(zhì)地全貌”。本文將從TPA測試的力學(xué)原理出發(fā)，系統(tǒng)解析硬度、彈性與咀嚼性三大核心參數(shù)如何揭示果凍的質(zhì)地密碼。

一、TPA測試：模擬“咬一口→再咬一口”的咀嚼過程

1. TPA的力學(xué)邏輯

TPA（Texture Profile Analysis）由Szczeniak等人于1963年確立，其核心邏輯是通過探頭對樣品進(jìn)行兩次壓縮來模擬口腔的咀嚼運(yùn)動——第一次壓縮模擬牙齒咬合，探頭返回后經(jīng)過短暫停留，進(jìn)行第二次壓縮。整個(gè)過程如同消費(fèi)者吃果凍時(shí)“咬一口→松開→再嚼一下”的真實(shí)體驗(yàn)。

在測試中，儀器驅(qū)動探頭以設(shè)定的速度對果凍樣品施加壓縮載荷，高精度力值傳感器和位移傳感器同步記錄力值與位移的變化，最終生成一條完整的力-時(shí)間曲線。從這條曲線中，可以同時(shí)提取硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、回復(fù)性等多個(gè)質(zhì)構(gòu)參數(shù)。

2. 典型測試參數(shù)設(shè)置

根據(jù)行業(yè)實(shí)踐和學(xué)術(shù)研究，果凍TPA測試的典型參數(shù)設(shè)置如下：

在實(shí)際研究中，豆腐柴果凍的質(zhì)構(gòu)測定采用樣品大小為2cm×2cm×2cm的正方體，測試前速度、測試中速度、測試后速度均為1.0mm/s，壓縮形變量為50%，距離為5mm，觸發(fā)力為8g，時(shí)間間隔為3s，記錄果凍的硬度、彈性、咀嚼性等質(zhì)構(gòu)指標(biāo)，每個(gè)樣品做3次測試后取平均值。

二、硬度：果凍抵抗變形的“初始防線”

1. 硬度的力學(xué)定義

在TPA測試中，硬度（Hardness）被定義為第一次壓縮周期中出現(xiàn)的最大峰值力。簡單來說，硬度反映的是“將果凍壓下去需要多大的力”——數(shù)值越大，果凍越“硬”；數(shù)值越小，果凍越“軟”。

從力-位移曲線的形態(tài)來看，硬度對應(yīng)的是第一次壓縮曲線的峰值點(diǎn)。當(dāng)探頭以恒定速度下壓果凍時(shí)，力值隨著探頭深入而上升，直至果凍結(jié)構(gòu)達(dá)到其抵抗極限，力值達(dá)到最大值——這個(gè)最大值即為硬度。

2. 硬度對果凍品質(zhì)的意義

硬度是果凍質(zhì)地的“第一指標(biāo)”，直接影響消費(fèi)者的第一口體驗(yàn)：

• 硬度過低：果凍缺乏結(jié)構(gòu)支撐，易坍塌、出水，貨架期縮短

• 硬度過高：口感僵硬，缺乏“入口即化”的細(xì)膩感，消費(fèi)者反饋“像橡皮”

以山茱萸果凍的配方優(yōu)化研究為例，最佳配方條件下制得的果凍硬度為356.60 g，感官評分達(dá)到86.80分，符合GB/T 19883-2018要求。這一數(shù)據(jù)為果凍硬度的“理想?yún)^(qū)間”提供了參考。

3. 凝膠強(qiáng)度與硬度的協(xié)同評價(jià)

果凍的硬度與凝膠強(qiáng)度之間存在密切的量化關(guān)聯(lián)。根據(jù)GB 19883-2018的要求，明膠基果凍的凝膠強(qiáng)度需≥150g（以直徑12.7mm探頭穿透10mm深度時(shí)的最大破斷力計(jì)），卡拉膠基果凍需≥120g。

某品牌芒果味果凍因卡拉膠添加量不足（0.8% vs 標(biāo)準(zhǔn)1.2%），凝膠強(qiáng)度僅105g，在30℃環(huán)境下儲存7天后，出水率達(dá)8%，導(dǎo)致終端投訴率上升25%。這一案例說明，硬度與凝膠強(qiáng)度的量化數(shù)據(jù)，可以提前預(yù)警產(chǎn)品在儲運(yùn)過程中的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

三、彈性：果凍“Q彈”的核心密碼

1. 彈性的力學(xué)定義

在TPA測試中，彈性（Springiness）被定義為第二次壓縮的測量時(shí)間（T?）與第一次壓縮的測量時(shí)間（T?）的比值，即：

彈性 = T? / T?

彈性值越接近1，說明果凍在第一次壓縮后恢復(fù)到原始高度的能力越強(qiáng)——即“Q彈”程度越高。從力-時(shí)間曲線上看，彈性反映的是第二次壓縮曲線與第一次壓縮曲線在時(shí)間軸上的相對位置關(guān)系：恢復(fù)能力好的果凍，第二次壓縮的起始位置更接近原始高度。

2. 彈性對果凍品質(zhì)的意義

彈性是消費(fèi)者評價(jià)果凍“好不好吃”的最核心指標(biāo)之一：

• 彈性良好：果凍受壓后迅速回彈，口感爽滑、富有彈性，消費(fèi)者滿意度高

• 彈性不足：果凍受壓后凹陷不回彈，口感“綿軟?？凇保狈Α癚彈”感

在山茱萸果凍的研究中，最佳配方條件下制得的果凍彈性為0.92 mm，這一數(shù)據(jù)為果凍彈性的品質(zhì)評價(jià)提供了量化參考。

3. 膠體配比對彈性的影響

果凍的彈性高度依賴于膠凝劑的種類和配比。研究表明，隨著復(fù)配膠和檸檬酸添加量的增加，果凍的彈性和咀嚼性呈先上升后下降的趨勢，且復(fù)配膠對果凍彈性的影響更為顯著。某企業(yè)通過調(diào)整卡拉膠與魔芋膠的配比（從8:2調(diào)整至7:3），剪切模量從1500Pa降至1200Pa，損耗角正切從0.3增至0.4，消費(fèi)者盲測反饋“口感更Q彈，無粘牙感”，市場銷量提升30%。

四、咀嚼性：果凍“嚼勁”的綜合表達(dá)

1. 咀嚼性的力學(xué)定義

在TPA測試中，咀嚼性（Chewiness）被定義為硬度×內(nèi)聚性×彈性的乘積：

咀嚼性 = 硬度 × 內(nèi)聚性 × 彈性

咀嚼性綜合反映了將果凍咀嚼至可吞咽狀態(tài)所需的總能量——它同時(shí)考慮了果凍的“硬度”（咬下去費(fèi)不費(fèi)勁）、“內(nèi)聚性”（內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊不緊實(shí)）和“彈性”（能不能回彈）三個(gè)維度。

2. 咀嚼性對果凍品質(zhì)的意義

咀嚼性是果凍質(zhì)地的“終*綜合評價(jià)”：

• 咀嚼性適中：果凍既有適當(dāng)?shù)囊?，又能順利嚼碎吞咽，口感層次豐富

• 咀嚼性過高：果凍過于“筋道”，需要費(fèi)力咀嚼，影響食用舒適度

• 咀嚼性過低：果凍一咬即碎、缺乏嚼勁，口感單薄

在山茱萸果凍的研究中，最佳配方條件下制得的果凍咀嚼性為354.62 g，這一數(shù)據(jù)為果凍咀嚼性的品質(zhì)評價(jià)提供了量化*桿。

3. 膠體濃度與咀嚼性的關(guān)系

研究表明，果凍的咀嚼性和硬度隨著復(fù)配膠添加量的增加呈先增大后減少的趨勢。這意味著，膠體添加量并非越高越好——過高的膠體濃度會使果凍過硬過韌，反而降低食用體驗(yàn)。通過質(zhì)構(gòu)儀TPA測試，研發(fā)人員可以精準(zhǔn)確定“軟硬適中、Q彈可口”的最佳膠體添加量。

五、從力-位移曲線到口感特征：TPA數(shù)據(jù)的解讀邏輯

1. 曲線與口感的對應(yīng)關(guān)系

果凍TPA測試的核心產(chǎn)出是力-時(shí)間曲線。這條曲線上的每一個(gè)特征，都對應(yīng)著消費(fèi)者口中的一種口感體驗(yàn)：

2. 數(shù)據(jù)驅(qū)動的配方優(yōu)化

TPA數(shù)據(jù)為果凍配方優(yōu)化提供了精準(zhǔn)的量化依據(jù)。在大米肽果凍的響應(yīng)面法優(yōu)化研究中，以感官評價(jià)和質(zhì)構(gòu)特性為考察指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化配方，最終得到最佳配方條件下果凍硬度為451.23 g、彈性為0.98 mm、黏性為338.47 g、咀嚼性為325.46 mJ，感官綜合評分為93分。

這一案例清晰地展示了TPA數(shù)據(jù)如何與感官評價(jià)形成“數(shù)據(jù)-感官”的關(guān)聯(lián)模型——研發(fā)人員不再需要依賴“品嘗-調(diào)整-再品嘗”的循環(huán)來優(yōu)化配方，而是可以直接參考硬度、彈性、咀嚼性的量化數(shù)據(jù)做出精準(zhǔn)決策。

3. 批次一致性的量化驗(yàn)證

在果凍生產(chǎn)線上，TPA測試可作為過程控制工具。某品牌果凍通過質(zhì)構(gòu)儀測試發(fā)現(xiàn)批次間彈性差異達(dá)15%，追溯至原料批次波動后，通過調(diào)整復(fù)配膠比例使產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)穩(wěn)定性提升30%。這一案例說明，TPA數(shù)據(jù)的批次間對比，可以精準(zhǔn)識別工藝波動的來源，實(shí)現(xiàn)從“被動檢驗(yàn)”到“主動預(yù)防”的質(zhì)控升級。

六、西奧機(jī)電的果凍質(zhì)構(gòu)檢測解決方案

濟(jì)南西奧機(jī)電有限公司（CELTEC西奧）的GST-01凝膠強(qiáng)度測試儀與TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀，嚴(yán)格依據(jù)GB/T 19883-2018《果凍》 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，為果凍類食品的質(zhì)地檢測提供了從硬度到彈性、從咀嚼性到凝膠強(qiáng)度的全維度解決方案。

TPA全質(zhì)構(gòu)分析能力：GST-01和TEX系列均支持TPA全質(zhì)構(gòu)分析模式，一次測試即可同時(shí)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)。儀器內(nèi)置GB/T 19883-2018標(biāo)準(zhǔn)算法模塊，可自動計(jì)算凝膠強(qiáng)度、剪切模量等多項(xiàng)參數(shù)。

穿透-剪切雙模式檢測：GST-01通過穿透模式量化果凍的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（采用12.7mm探頭以1mm/s速率穿透樣品至10mm深度，記錄最大破斷力），通過剪切模式模擬咀嚼形變過程（以10rpm速率施加剪切力，記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線，計(jì)算剪切模量與損耗角正切）。

高精度力學(xué)測量：采用高精度力量感應(yīng)元，力值測量精度優(yōu)于0.5%F.S.，位移分辨率達(dá)0.01mm。測試速度1~100mm/min無級可調(diào)，全覆蓋TPA測試對速度的多樣化需求。

力-位移曲線實(shí)時(shí)分析：測試過程中實(shí)時(shí)采集并顯示力-時(shí)間曲線，系統(tǒng)自動標(biāo)記硬度峰值、彈性時(shí)間比、咀嚼性計(jì)算值等關(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果凍之間的質(zhì)地差異。

數(shù)據(jù)合規(guī)與可追溯：支持多級用戶權(quán)限管理與審計(jì)追蹤功能，測試數(shù)據(jù)自動記錄存儲，支持導(dǎo)出為報(bào)告，滿足食品生產(chǎn)SC審核和ISO 22000、HACCP等食品安全體系認(rèn)證的數(shù)據(jù)管理要求。

七、結(jié)語

果凍的“Q彈”口感，曾經(jīng)只能通過“咬一口”來判斷。質(zhì)構(gòu)儀TPA測試的出現(xiàn)，將這一主觀感受轉(zhuǎn)化為硬度（峰值力）、彈性（時(shí)間比T?/T?）、咀嚼性（硬度×內(nèi)聚性×彈性） 三大客觀、可量化的力學(xué)數(shù)據(jù)。

硬度回答的是“咬下去費(fèi)不費(fèi)勁”——山茱萸果凍的356.60g，大米肽果凍的451.23g，每一個(gè)數(shù)值都對應(yīng)著一種特定的口感體驗(yàn)。彈性回答的是“彈不彈、回不回彈”——0.92mm或0.98mm的彈性值，量化了果凍從“綿軟?？凇钡健癚彈爽滑”的品質(zhì)飛躍。咀嚼性回答的是“嚼起來費(fèi)不費(fèi)勁”——354.62g或325.46mJ的咀嚼性數(shù)據(jù)，綜合了硬度、內(nèi)聚性和彈性的全部信息。

從膠體配比的優(yōu)化（卡拉膠:魔芋膠從8:2調(diào)整至7:3，彈性顯著提升），到批次一致性的驗(yàn)證（彈性差異15%追溯至原料波動），再到配方研發(fā)的數(shù)據(jù)驅(qū)動（響應(yīng)面法優(yōu)化配方）——TPA測試的應(yīng)用貫穿果凍從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線的全鏈條。而GB/T 19883-2018標(biāo)準(zhǔn)中凝膠強(qiáng)度≥150g（明膠基）或≥120g（卡拉膠基）的要求，則為果凍的量化質(zhì)控提供了明確的合規(guī)基準(zhǔn)。

濟(jì)南西奧機(jī)電有限公司（CELTEC西奧）GST-01凝膠強(qiáng)度測試儀與TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀，以TPA全質(zhì)構(gòu)分析、穿透-剪切雙模式檢測、高精度力學(xué)測量、力-位移曲線實(shí)時(shí)分析為核心優(yōu)勢，為果凍及凝膠類食品企業(yè)提供了從原料篩選、配方優(yōu)化到成品放行的全鏈條質(zhì)構(gòu)檢測解決方案，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。