引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)評價直接關(guān)系到育種篩選、采收決策、儲運管理和加工利用的全鏈條。長期以來，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)評價主要依賴感官品嘗——咬一口判斷酥脆、捏一下判斷硬度、看一看判斷成熟度。然而，感官評價主觀性強、重復(fù)性差、難以標(biāo)準(zhǔn)化，無法為育種和加工提供精準(zhǔn)的量化依據(jù)。

質(zhì)構(gòu)分析儀（Texture Analyzer） 通過模擬口腔咀嚼、牙齒切割、手指按壓等力學(xué)動作，將農(nóng)產(chǎn)品的硬度、彈性、脆性、咀嚼性等感官品質(zhì)轉(zhuǎn)化為力-位移曲線上的精確數(shù)據(jù)。其測定結(jié)果具有較高的靈敏性與客觀性，可對結(jié)果進行準(zhǔn)確的數(shù)量化處理，從而避免人為因素對品質(zhì)評價結(jié)果的主觀影響。近年來，質(zhì)構(gòu)儀在果蔬、谷物、肉類、茶葉等農(nóng)產(chǎn)品檢測中的應(yīng)用日益廣泛，正在成為農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)評價的核心工具。

本文系統(tǒng)梳理質(zhì)構(gòu)儀在農(nóng)產(chǎn)品檢測中的核心原理、分品類檢測方案、標(biāo)準(zhǔn)化路徑與儀器配置，為農(nóng)產(chǎn)品育種、采收、儲運和加工提供完整的技術(shù)參考。

一、質(zhì)構(gòu)儀檢測的核心原理

1.1 TPA全質(zhì)構(gòu)分析——模擬口腔咀嚼的綜合評價

TPA（Texture Profile Analysis，質(zhì)地多面剖析法） 通過模擬口腔咀嚼，對樣品進行兩次壓縮，從力-時間曲線中提取硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、回復(fù)性、黏附性等多項質(zhì)構(gòu)參數(shù)。TPA是質(zhì)構(gòu)儀最核心的測試模式，適用于大多數(shù)固態(tài)和半固態(tài)農(nóng)產(chǎn)品樣品。

以冬棗為例，研究者使用TMS-Touch儀器對來自三個主產(chǎn)區(qū)的1150個冬棗進行TPA分析，獲得斷裂性、硬度、黏附力、黏附性、內(nèi)聚性、彈性、膠著性和咀嚼性八項指標(biāo)，并建立了冬棗質(zhì)地綜合評價模型。結(jié)果表明，綜合評分較高的冬棗通常表現(xiàn)出更高的彈性和咀嚼性，但黏附力和黏附性較低。82%的質(zhì)地指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平（P<0.01），其中咀嚼性與彈性的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.8692。

1.2 穿刺測試——評價表皮硬度與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

穿刺測試使用球形或圓柱形探頭刺入樣品表面，記錄穿刺過程中的力值變化，主要用于評價農(nóng)產(chǎn)品的表皮硬度、內(nèi)部緊實度和脆性。

研究表明，穿刺法檢測荔枝果皮質(zhì)地的最佳參數(shù)設(shè)置為穿刺深度4mm、測試速度0.5mm/s、觸發(fā)力0.38N。利用主成分分析從20個指標(biāo)中提取到5個因子，累計方差貢獻率為86.26%，載荷值高的各重要指標(biāo)（如果肉硬度、果肉咀嚼性和果肉擠壓做功）可用于區(qū)分不同荔枝果實的質(zhì)地特征。

1.3 剪切測試——評價嫩度與韌性

剪切測試使用標(biāo)準(zhǔn)化刀具切割樣品，記錄切割過程中的最大力值（剪切力峰值）。剪切力越低，樣品越嫩。該模式廣泛應(yīng)用于肉類嫩度、茶葉新梢嫩度等檢測。

二、分品類農(nóng)產(chǎn)品檢測方案

2.1 果蔬類——從表皮硬度到內(nèi)部質(zhì)地的全維度評價

蘋果、梨、桃等大體積水果：推薦使用P/36R柱形探頭進行壓縮測試，測定果肉硬度和內(nèi)部緊密性。對于整果抗壓強度測試，推薦P/100圓柱形探頭；表皮穿刺測試推薦P/2N針形探頭；果肉硬度測試推薦P/36R圓柱形探頭。

葡萄、圣女果、冬棗等小型水果：推薦使用穿刺探頭測量表皮硬度和內(nèi)部嫩度。研究表明，P/2探頭適合分析棗果質(zhì)地品質(zhì)；貫入速度為2mm/s時能較好地反映不同類型棗果質(zhì)地特性；選擇果實中部進行穿刺，能更真實、準(zhǔn)確地反映不同類型棗果的質(zhì)地特性。

節(jié)瓜等瓜類蔬菜：研究表明，TPA模式的最佳參數(shù)為觸發(fā)力15g、形變量50%、壓縮速度3mm/s。穿刺模式的最佳參數(shù)為穿刺深度12mm時，果肉硬度和果皮韌性分別達(dá)到最大值682.51g和1.82mm。TPA模式測得的果肉硬度與彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。

榴蓮等特色熱帶水果：TEX質(zhì)構(gòu)分析儀配備的P/36R圓柱探頭以2mm/s恒速刺入果肉，同步采集三項關(guān)鍵數(shù)據(jù)——穿透阻力峰值（適熟榴蓮典型值為9.2±1.5N）、彈性恢復(fù)率（優(yōu)質(zhì)果肉彈性系數(shù)達(dá)68%-75%）、黏聚性指數(shù)（與果肉拉絲長度呈正相關(guān)，R2=0.83）。創(chuàng)新開發(fā)的薄壁環(huán)形探頭（直徑12mm） 將果肉損傷面積控制在3mm2以內(nèi)，實現(xiàn)非破壞性檢測。

2.2 谷物類——單粒硬度與加工品質(zhì)的量化評價

小麥麥粒硬度：麥粒硬度是衡量小麥品質(zhì)的核心指標(biāo)之一，硬度高的麥粒通常蛋白質(zhì)含量更高，適合制作高筋面粉。主流檢測方法包括壓力測試法（采用標(biāo)準(zhǔn)探頭以恒定速率施壓，記錄破碎瞬間的最大力值）、研磨時間法（AACC 55-10）、顆粒指數(shù)法（GB/T 21304）等。主要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)包括LS/T 6111-2015《糧油檢驗 小麥硬度測定 硬度指數(shù)法》 和ISO 21415-1:2006小麥硬度測定規(guī)范。

裸燕麥籽粒硬度：研究表明，質(zhì)構(gòu)儀比單粒谷物特性測定儀更適于裸燕麥硬度檢測，最佳取值位置為0.3mm位移處。研究確立了裸燕麥籽粒硬度的評價標(biāo)準(zhǔn)：軟質(zhì)≤24.4N，24.4N＜中間型＜29.3N。

2.3 肉類——嫩度分級與新鮮度評估

嫩度檢測：依據(jù)NY/T 1180-2006《肉嫩度的測定 剪切力法》 ，使用沃納-布拉茲勒剪切刀具（WBS刀具） 切割標(biāo)準(zhǔn)肉樣，以剪切力峰值作為嫩度值。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定空載剪切力應(yīng)≤0.147N，若超標(biāo)需清潔刀口或重新校準(zhǔn)。

TPA全質(zhì)構(gòu)分析：一次測試獲取硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、回復(fù)性等多項參數(shù)。研究表明，豬肉彈性與感官評價的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.961。

2.4 茶葉——嫩度評價與加工品質(zhì)控制

茶樹新梢嫩度：使用質(zhì)構(gòu)儀測定新梢各節(jié)莖的剪切力，取最大剪切力表示新梢的嫩度，剪切力越小嫩度越高。研究表明，新梢老化主要表現(xiàn)在第3~5節(jié)莖，第1~2節(jié)莖的嫩度變化相對較??；新梢嫩度與成熟度、空間位置、采摘時間、品種有一定的相關(guān)性。

加工過程質(zhì)地變化：針形綠茶加工過程中，茶葉容重呈先增后減的趨勢，峰值出現(xiàn)在揉捻葉（含水量56%~58%），TPA測試和應(yīng)力應(yīng)變拉伸測試可量化加工過程中質(zhì)構(gòu)特性的變化規(guī)律。

三、檢測方案的標(biāo)準(zhǔn)化路徑

3.1 樣品制備的標(biāo)準(zhǔn)化

樣品尺寸：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。同一研究或同一批次檢測中，樣品尺寸必須嚴(yán)格保持一致。

穿刺部位：對于水果類樣品，選擇果實中部進行穿刺能更真實地反映質(zhì)地特性。

環(huán)境平衡：測試前將樣品在23℃±2℃、50%±5%RH標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中平衡不少于24小時。農(nóng)產(chǎn)品對濕度極為敏感，環(huán)境濕度的波動會顯著改變其力學(xué)性能。

3.2 測試參數(shù)的一致性

觸發(fā)力：不同觸發(fā)力對表皮硬度影響顯著。研究表明，觸發(fā)力為15g時節(jié)瓜果皮硬度達(dá)到最大值944.63g。

測試速度：3mm/s的壓縮速度下節(jié)瓜的TPA硬度、黏附性、咀嚼性和回復(fù)性測量值均達(dá)到最大值。

形變量：形變量30%時，節(jié)瓜的黏附性、膠著性和咀嚼性達(dá)到最大值；形變量50%時，TPA硬度達(dá)到最大值。

3.3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

四、西奧機電TEX系列質(zhì)構(gòu)儀的全品類檢測方案

濟南西奧機電有限公司的TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀及果蔬硬度測試儀，以多探頭兼容和全品類適配能力為核心，為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)檢測提供了從標(biāo)準(zhǔn)方法到探頭選型的完整解決方案。

4.1 核心技術(shù)與探頭配置

TEX系列支持圓柱形、球形、針形、錐形、切刀等多種探頭快速更換，適配壓縮、拉伸、剪切、穿刺、TPA、凝膠強度等10種以上測試模式。力值精度≤±0.5% F.S.，力解析精度達(dá)0.01N，檢測速度0.1-500mm/min可調(diào)，速度精度≤±0.1%。

果蔬硬度測試儀專為果蔬品質(zhì)檢測設(shè)計，配備穿刺探頭（測量葡萄、圣女果等小型水果的表皮硬度和內(nèi)部嫩度）、柱形探頭（測量蘋果、土豆等大體積果蔬的硬度和內(nèi)部緊密性）、三點折斷裝置（分析黃瓜等果蔬的脆度特性）。量程0-200N，可選10、50、100、500N等規(guī)格。

4.2 農(nóng)產(chǎn)品檢測的典型應(yīng)用

果蔬育種研究：不同品種果蔬的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)分析與篩選。采收期確定：通過果實硬度監(jiān)測確定最佳采收時間。儲運工藝優(yōu)化：儲藏和運輸過程中果蔬品質(zhì)變化監(jiān)測。食品加工企業(yè)：原料進貨檢驗和加工工藝優(yōu)化。質(zhì)量檢測機構(gòu)：果蔬產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督檢驗工作。

4.3 定制化服務(wù)能力

濟南西奧機電基于豐富的材料測試經(jīng)驗，為農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)客戶提供專業(yè)的定制解決方案：專用探頭定制——針對特殊形狀、大小的果蔬樣品，設(shè)計制造專用測試探頭；測試方案開發(fā)——根據(jù)客戶具體需求，開發(fā)個性化的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)分析測試方案；技術(shù)培訓(xùn)支持——提供專業(yè)的操作培訓(xùn)和檢測方法指導(dǎo)服務(wù)；數(shù)據(jù)分析服務(wù)——協(xié)助客戶建立標(biāo)準(zhǔn)化的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測數(shù)據(jù)庫。

五、結(jié)語

質(zhì)構(gòu)儀的全品類農(nóng)產(chǎn)品檢測方案，正在將農(nóng)產(chǎn)品的“口感”從主觀經(jīng)驗升級為客觀數(shù)據(jù)。

TPA全質(zhì)構(gòu)分析綜合評價硬度、彈性、咀嚼性等多項參數(shù)；穿刺測試評價表皮硬度與內(nèi)部結(jié)構(gòu)；剪切測試評價嫩度與韌性。三種核心測試模式，配合圓柱形、球形、針形、切刀等多樣化探頭，一臺儀器即可覆蓋果蔬、谷物、肉類、茶葉等全品類農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)檢測需求。

從冬棗1150個樣品建立質(zhì)地綜合評價模型，到荔枝20個指標(biāo)主成分分析累計方差貢獻率86.26%；從小麥硬度指數(shù)法的標(biāo)準(zhǔn)化檢測，到茶樹新梢剪切力評價嫩度——質(zhì)構(gòu)儀的應(yīng)用貫穿農(nóng)產(chǎn)品從育種到加工的全鏈條。

濟南西奧機電有限公司（CELTEC西奧）TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀，以多探頭快速更換系統(tǒng)、0.01N力值解析精度、0.1-500mm/min寬范圍調(diào)速、非標(biāo)定制能力為核心優(yōu)勢，為農(nóng)產(chǎn)品育種、采收、儲運和加工提供了從標(biāo)準(zhǔn)適配到探頭選型的一站式質(zhì)構(gòu)檢測解決方案，助力農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)以精準(zhǔn)的量化數(shù)據(jù)驅(qū)動品質(zhì)升級。