引言

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

質構儀（Texture Analyzer） 的出現(xiàn)，改變了這一局面。質構儀是一種專門用于評估凝膠類材料物理特性的檢測技術，通過對凝膠樣品進行壓縮、剪切、穿透等力學測試，獲取反映凝膠品質的關鍵參數(shù)。質構儀可對樣品的物性概念做出數(shù)據(jù)化的表述，是國內(nèi)外研究機構的重要研究儀器和研究手段，也是業(yè)內(nèi)**的物性（質構）標準檢測儀器。

質構儀可應用于肉制品、糧油食品、面食、谷物、糖果、果蔬、凝膠、果醬等食品的物性學分析。檢測不同食品的硬度、脆性、彈性、回彈力、粘合性、粘結力、粘稠度、彎曲能力、破裂/斷裂力、酥脆性、脆度、咀嚼性、膠粘性、拉伸強度、延展性等。

本文將從質構儀的檢測原理出發(fā)，系統(tǒng)解析其在凝膠品質測定中的應用——包括TPA全質構分析、穿刺測試等核心方法，以及在果凍、明膠、魚糜、藥用輔料等不同凝膠產(chǎn)品中的具體應用。

一、質構儀檢測凝膠品質的基本原理

1. 核心檢測邏輯

質構儀檢測凝膠品質的核心邏輯是：模擬人的咀嚼或按壓動作，通過探頭對凝膠樣品施加可控的力學作用，實時記錄力值變化與位移變化，從而將“口感”轉化為“數(shù)據(jù)”。

儀器由動力系統(tǒng)驅動探頭以設定的速度對凝膠樣品進行壓縮、穿刺、剪切等力學測試，高精度力量感應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（或稱力-時間曲線）。通過對特征曲線的分析，可以量化凝膠的硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、凝膠強度等多項品質指標。

2. 凝膠品質的核心評價維度

質構儀對凝膠品質的評價，通常圍繞以下幾個核心維度展開：

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

二、凝膠品質測定的核心測試模式

1. TPA全質構分析——綜合評價凝膠的“全面體檢”

TPA（Texture Profile Analysis，質地多面剖析法） 是質構儀最核心的測試模式。TPA通過模擬人口腔的咀嚼運動，對凝膠樣品進行兩次壓縮——第一次壓縮模擬牙齒咬合，返回后實施第二次壓縮——通過軟件對輸出數(shù)據(jù)進行分析，同時得出硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等多種質構特性參數(shù)。

TPA質構測試又被稱為兩次咀嚼測試（Two Bite Test） 。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、膠著性、回復性等多達9項質構特性參數(shù)。

TPA在凝膠品質測定中的典型應用：

• 凝膠軟糖：研究表明，質構儀TPA模式測定的硬度和彈性能很好地反映凝膠糖果的質構特性

• 混合多糖凝膠：采用TPA質構測試法和感官評價法測定不同混合多糖凝膠的品質，建立綜合評價模型

• 淀粉凝膠：研究測試速度、測試距離、停留時間等條件對凝膠質構特性測定結果的影響

2. 穿刺測試——凝膠強度的“專項檢測”

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

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

凝膠強度 = 破斷力（g）× 破斷距離（cm）

穿刺測試在其他凝膠產(chǎn)品中的應用：

• 明膠凝膠強度（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：通過穿刺測試量化產(chǎn)品的凝膠強度

• 藥用軟膏、凝膠劑：依據(jù)2025版《中國藥典》0634通則進行標準化檢測

3. 壓縮測試——凝膠“軟硬度”的直接測量

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

壓縮測試的參數(shù)設置直接影響測定結果。研究表明，測試距離和測試速度是影響凝膠硬度測定結果的關鍵因素。典型的壓縮測試參數(shù)包括：測前速度1mm/s、測試速度5mm/s、測后速度5mm/s、壓縮比50%。

三、凝膠品質測定中的標準體系

1. 食品領域的國家標準

GB/T 36187-2024《冷凍魚糜》 是目前國內(nèi)魚糜凝膠強度檢測的標準。標準規(guī)定采用球形探頭穿刺法，使用直徑5mm的球形探頭，測試速度60mm/min，通過測定破斷力和破斷距離計算凝膠強度。該標準是魚糜產(chǎn)品等級判定的法定檢測方法。

GB 6783-2013《食品添加劑明膠》 規(guī)定了明膠凝膠強度（Bloom值）的測定方法。明膠凝膠強度是評價明膠品質的核心指標，采用12.7mm圓柱探頭，在10℃±0.1℃條件下測定。Brookfield CTX質構儀和CT3質構儀是國標GB 6783指定的Bloom明膠強度測試儀器。

2. 藥品領域的藥典標準

2025年版《中國藥典》四部通則0634《凝膠強度測定法》 的正式實施，標志著藥用凝膠類產(chǎn)品（如軟膏、貼劑、凝膠劑等）的質量控制正式邁入標準化、可量化、可追溯的新階段。

通則0634明確規(guī)定：凝膠強度測試儀應具備力值測量誤差≤±1%、分辨率≥0.001N，位移速度控制精度≤±0.5%。這一標準為藥用輔料（如卡波姆、海藻酸鈉、泊洛沙姆等）的凝膠強度評價提供了統(tǒng)一的技術依據(jù)。

3. 國際標準

ISO 9665:2020 是凝膠強度測定的國際標準。AOAC和BS 757等國際標準同樣將質構儀指定為明膠強度測試的標準儀器。歐洲藥典EP 8.0也明確收錄了凝膠強度的測定方法。

四、質構儀在凝膠品質測定中的典型應用場景

1. 食品凝膠產(chǎn)品

果凍與布丁：凝膠強度測定常用于評估如果凍、布丁等產(chǎn)品的質地和穩(wěn)定性，確保口感一致性和保質期。通過TPA全質構分析，可以同時獲取果凍的硬度、彈性、內(nèi)聚性等多項品質參數(shù)。

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

明膠制品：明膠廣泛應用于食品（軟糖、果凍、乳制品）領域。其質構性能（如凝膠強度）直接影響產(chǎn)品的成型性和口感。

魚糜制品：魚丸、蟹棒等魚糜制品的彈性是決定產(chǎn)品質量的核心指標。通過質構儀測定魚糜的凝膠強度，可以科學評價其加工性能和產(chǎn)品品質。

2. 藥用輔料與藥品

軟膠囊：凝膠強度直接影響軟膠囊囊殼的機械性能和藥物釋放行為。2025版藥典0634通則的正式實施，標志著軟膠囊質量控制從傳統(tǒng)的“外觀合格”判斷轉向“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度，直接影響制劑的成型性、穩(wěn)定性和臨床應用效果。質構儀為這些輔料的品質評價提供了標準化的檢測手段。

軟膏、凝膠劑：對于軟膏類凝膠產(chǎn)品，質構儀可以量化其硬度、粘附性、鋪展性等關鍵質構參數(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、護膚啫喱等）的質地直接影響消費者的使用體驗。質構儀可以量化其硬度、彈性、粘附性等參數(shù)，為配方優(yōu)化提供科學依據(jù)。

五、凝膠品質測定的關鍵影響因素

1. 測試條件的影響

凝膠品質的測定結果受測試條件的顯著影響。研究表明，測試距離和測試速度對凝膠硬度測定結果有顯著影響；測試距離對凝膠膠凝性測定結果有顯著影響。

樣品尺寸同樣至關重要。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，凝膠品質測定中樣品的尺寸必須嚴格標準化，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試場景：

• 球形探頭（P/5S） ：適用于魚糜凝膠強度測定

• 圓柱探頭（12.7mm） ：適用于明膠Bloom值測定

• 平底圓柱探頭：適用于TPA全質構分析

3. 溫度控制

溫度對凝膠的力學性能具有根本性影響。明膠凝膠強度測定要求在10℃±0.1℃條件下進行。溫度波動0.5℃即可導致Bloom值變化5%-8%。因此，凝膠品質測定中溫度的精確控制是確保數(shù)據(jù)可靠性的關鍵。

六、西奧機電的凝膠品質測定解決方案

濟南西奧機電有限公司（CELTEC西奧）作為專業(yè)的材料測試儀器制造商，長期致力于為食品、制藥、化妝品等行業(yè)提供精準的測試解決方案。其GST系列凝膠強度測試儀與TEX系列質構分析儀，為凝膠類產(chǎn)品的品質測定提供了從標準化測試到智能數(shù)據(jù)分析的完整解決方案。

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

高精度力學測量：采用高精度力量感應元，力值測量精度優(yōu)于0.5% F.S. ，位移分辨率達0.01mm。能夠精準捕捉凝膠在穿刺或壓縮過程中的微小力學響應，確保硬度、彈性、凝膠強度等數(shù)據(jù)的準確性和可重復性。

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

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，自動計算硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、凝膠強度等關鍵參數(shù)。多條測試曲線可疊加對比，直觀評估不同配方或不同批次產(chǎn)品之間的品質差異。

數(shù)據(jù)合規(guī)與可追溯：測試數(shù)據(jù)自動記錄存儲，支持導出為報告，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。

西奧機電的材料測試解決方案還廣泛應用于包裝材料測試、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等領域，并可針對特殊測試需求提供定制化服務和自動化改造方案。

七、結語

質構儀在凝膠品質測定中的應用，本質上是在回答一個核心問題：凝膠的“口感”與“性能”，能否用客觀、可量化的數(shù)據(jù)來表達？

答案已經(jīng)非常明確——可以。通過TPA全質構分析，我們可以同時獲取凝膠的硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等9項質構參數(shù)；通過穿刺測試，我們可以精確量化魚糜的凝膠強度（破斷力×破斷距離）；通過壓縮測試，我們可以評價凝膠的柔韌性與抗壓性能。

從GB/T 36187-2024《冷凍魚糜》到GB 6783-2013《食品添加劑明膠》，從2025版《中國藥典》0634通則到ISO 9665:2020國際標準——質構儀已成為凝膠品質測定中重要的標準化工具。它將凝膠從“手感”轉化為“數(shù)據(jù)”，從“經(jīng)驗判斷”升級為“科學評價”，為凝膠類產(chǎn)品的質量控制、配方優(yōu)化和工藝改進提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎。

濟南西奧機電有限公司（CELTEC西奧）致力于為食品、制藥、化妝品等行業(yè)提供符合國家標準的高精度凝膠品質測定解決方案，助力企業(yè)以精準的量化數(shù)據(jù)驅動產(chǎn)品品質提升與工藝優(yōu)化。