2026年质构仪可以测什么参数：从硬度到咀嚼性的完整参数体系解析

“这块面包太硬了”“这个酸奶不够浓稠”“这块牛排很嫩”——这些日常感官描述在食品研发和质量控制中面临根本性困境：不同评价人员对同一“硬度”的判断可能相差甚远，同一评价人员在不同状态下的感受也难以复现。食品工业需要一套客观、精确、可量化的参数体系，将“口感”转化为数字。

质构仪（Texture Analyzer）正是实现这一转化的核心工具。它通过模拟人类口腔咀嚼、切割、挤压等动作，记录力、位移与时间的关系，计算出数十项质构特性参数。这些参数不仅可重复性高，而且与消费者的感官评价高度相关。

那么，质构仪究竟可以测哪些参数？这些参数各自代表什么物理意义？对应什么样的感官体验？本文将以天津润泽仪器有限公司生产的质构仪为技术载体，系统梳理质构仪可测量的全部参数体系，从基础力学参数到高级粘弹性参数，逐一解读其定义、计算方法和应用场景。

第一部分：质构剖面分析参数——参数体系

质构剖面分析（TPA，Texture Profile Analysis）是质构仪、应用的测试模式。它通过两次连续压缩模拟人类两次咀嚼动作，从一条力-时间曲线中提取多达八项质构参数。

1.1 硬度（Hardness）

定义：第一次压缩过程中的最大力值，单位通常为牛顿（N）或克力（gf）。

物理意义：样品抵抗压缩变形所能承受的最大力。硬度值越高，表示样品越“硬”。

感官对应：牙齿压迫样品所需的力量。例如，硬糖的硬度远高于软糖；老化面包的硬度高于新鲜面包。

典型应用：面包、蛋糕的老化程度评估；药片的抗压强度；凝胶制品的硬度控制。

数据示例：新鲜面包的硬度约为5–10 N；老化7天的面包硬度可升至15–25 N。

1.2 脆性（Fracturability）

定义：在第一次压缩过程中，样品出现破裂点时的力值。单位与硬度相同。

物理意义：样品在压缩过程中发生断裂的临界力值。并非所有样品都有脆性峰——只有脆性材料（如饼干、脆皮面包、巧克力）才会在力-时间曲线上呈现明显的破裂点。

感官对应：样品是否“一咬即断”。脆性值越低，样品越易咬断。

典型应用：饼干的酥脆性评价；涂层或包衣的破裂强度；巧克力脆性控制。

与硬度的区别：硬度反映的是整体抗压能力，脆性反映的是断裂发生的难易程度。一块硬糖硬度高但脆性也高（咬断时干脆利落）；一块年糕硬度中等但脆性极低（咬不断、拉丝）。

1.3 粘附性（Adhesiveness）

定义：第一次压缩后探头回程过程中，力-时间曲线与基线之间的负面积（即探头脱离样品所需的功），单位为牛顿·秒（N·s）或克力·秒（gf·s）。

物理意义：克服样品与探头表面之间的粘附力所需要的能量。粘附性值越大，表示样品越“粘”。

感官对应：样品与口腔表面（如牙齿、上颚）分离的困难程度。例如，太妃糖、年糕、糯米制品具有高粘附性。

典型应用：口香糖、太妃糖的粘性评价；米饭的粘性（决定寿司品质）；面团的粘性控制。

注意事项：粘附性测试对探头材质和表面状态敏感，建议使用不锈钢探头并进行标准化清洁。

1.4 弹性（Springiness）

定义：第二次压缩开始前样品的恢复高度与第一次压缩高度的比值，无量纲（范围0–1）。

物理意义：样品在第一次压缩后恢复原始形状的能力。弹性越接近1，表示样品几乎回弹；弹性接近0，表示样品被压缩后几乎不恢复。

感官对应：样品被压下去后能否“弹回来”。例如，海绵蛋糕的弹性（0.7–0.9）远高于苏打饼干（0.1–0.2）。

典型应用：海绵蛋糕、面包的弹性评价；果冻、凝胶制品的回弹特性；肉丸、鱼丸的弹性控制。

计算注意：弹性计算依赖于两次压缩之间的等待时间。等待时间过短，样品尚未恢复；等待时间过长，样品可能发生不可逆变形。标准等待时间通常为1–5秒。

1.5 内聚性（Cohesiveness）

定义：第二次压缩正面积与第一次压缩正面积的比值，无量纲（范围0–1）。

物理意义：样品内部结构抵抗压缩破坏的能力。内聚性越高，表示样品在压缩过程中越能保持完整；内聚性越低，表示样品越容易碎裂或松散。

感官对应：样品咀嚼时的“整体感”。例如，奶酪的内聚性较高（咀嚼时成团），饼干的内聚性较低（咀嚼时散成碎屑）。

典型应用：奶酪的品质评价；肉制品的凝胶强度；面团的内聚性控制。

与弹性的区别：弹性反映的是形状恢复能力，内聚性反映的是结构保持能力。一块年糕弹性高（压下去会弹回）、内聚性也高（不易散）；一块酥饼弹性低、内聚性也低。

1.6 咀嚼性（Chewiness）

定义：硬度 × 内聚性 × 弹性，单位与硬度相同（N或gf）。

物理意义：将固体样品咀嚼至可吞咽状态所需的总能量。咀嚼性是硬度、内聚性和弹性的综合体现。

感官对应：咀嚼一口食物所需的努力和次数。例如，牛肉干的咀嚼性（>50 N）远高于豆腐（<5 N）。

典型应用：肉制品的口感综合评价；糖果、巧克力的咀嚼体验；宠物食品的适口性评价。

适用样品：仅适用于固体样品。对于半固体（如果酱、酸奶），咀嚼性无定义。

1.7 回复性（Resilience）

定义：第一次回程前段面积（从峰值到探头返回过程中力值降为零的区间）与第一次压缩前段面积（从起点到峰值点的区间）的比值，无量纲。

物理意义：样品在压缩过程中储存的弹性势能中，有多少在卸载过程中被释放。回复性反映了样品弹性恢复的速度和程度。

感官对应：样品被压下去的瞬间“弹手”的感觉。新鲜面包的回复性（0.3–0.4）高于老化面包（0.1–0.2）。

与弹性的区别：弹性测量的是高度恢复比例（涉及时间因素），回复性测量的是能量释放比例（与速率相关）。

1.8 TPA参数汇总表

第二部分：单次压缩参数

TPA中的单次压缩部分可以独立出来，专门研究样品的抗压强度和变形行为。单次压缩测试输出的参数与压缩模式密切相关。

2.1 压缩强度（Compression Strength）

定义：在压缩测试中，样品破裂或达到预设形变量时的力值，单位N。

测试模式：

• 限制性压缩：压缩至固定位移，测量该时刻的力值

• 破坏性压缩：持续压缩至样品破裂，记录破裂点的力值与位移

典型应用：

• 药片硬度测试：药片破碎前的最大力值

• 水果抗压强度：评估运输过程中的抗损伤能力

• 泡沫材料压缩强度：包装材料的缓冲性能评价

2.2 压缩模量（Compression Modulus）

定义：在力-位移曲线的线性弹性段，应力与应变的比值，单位为帕斯卡（Pa）或牛顿每平方毫米（N/mm²）。

物理意义：材料在弹性变形阶段的“刚度”。模量越高，材料越“硬挺”。

典型应用：凝胶制品的弹性模量；海绵材料的刚度评价；生物组织的力学特性表征。

2.3 破裂点参数（Yield Point / Rupture Point）

定义：样品从弹性变形过渡到塑性变形或破裂的临界点，包括破裂力、破裂位移、破裂能量。

典型应用：

• 果蔬表皮破裂强度：评估新鲜度和货架期

• 涂层附着力：涂层在压缩下破裂的临界条件

• 包装膜破裂强度：封口强度评价

第三部分：剪切测试参数

剪切测试使用Warner-Bratzler刀片或V型剪切刀以恒定速度切断样品，最直接地模拟了门齿咬断食物的过程。

3.1 最大剪切力（Maximum Shear Force，Fmax）

定义：刀片穿透样品全过程中记录到的峰值力，单位N。

物理意义：样品抵抗切断的最大阻力。最大剪切力越高，表示样品越“难咬断”。

感官对应：肉制品的嫩度——嫩度越高，最大剪切力越低。

典型应用：

• 肉制品嫩度分级：牛肉、猪肉、鸡肉的剪切力测定

• 蔬菜纤维韧性：芦笋、芹菜的老嫩程度评价

• 烤肠、火腿肠的质构评价

分级参考（牛肉）：Fmax < 40 N 为嫩；40–60 N 为中等；> 60 N 为老韧。

3.2 剪切功（Shear Work）

定义：力-位移曲线下的总面积，从刀片接触样品开始到穿透结束，单位N·mm。

物理意义：切断样品所需的总能量。剪切功综合考虑了切断过程中的力值和位移，比最大剪切力更能全面反映“切断难度”。

典型应用：与感官评价中的“嚼劲”高度相关；不同配方肉制品的综合比较。

3.3 初始剪切模量（Initial Shear Modulus）

定义：力-位移曲线起始线性段的斜率，单位N/mm。

物理意义：样品在剪切初始阶段的刚度。初始模量高表示样品表面“硬脆”，刀片接触后迅速达到峰值。

典型应用：烤肠表皮脆度评价；香肠肠衣的破裂特性。

第四部分：穿刺测试参数

穿刺测试使用小直径探头（针形或圆锥形，直径通常2–8 mm）垂直刺入样品，记录穿透全过程的力-位移曲线。

4.1 表皮破裂力（Skin Break Force）

定义：探头穿透样品表皮时记录到的力值峰值，单位N。

物理意义：样品表皮的机械强度。表皮破裂力越高，表示表皮越“韧”或“厚”。

感官对应：水果咬破皮时所需的力；香肠肠衣的咬破难度。

典型应用：

• 番茄、葡萄、蓝莓等浆果的表皮强度（影响采后储运）

• 香肠、火腿肠的肠衣破裂特性

• 胶囊外壳的穿刺力（制药行业）

4.2 果肉硬度（Flesh Firmness）

定义：探头穿透表皮后，进入果肉或内芯区域的平均力值或最小力值，单位N。

物理意义：样品内部的平均强度。果肉硬度高表示内部结构致密。

典型应用：

• 苹果、梨、桃等水果的成熟度判定

• 果酱、果冻的凝胶强度

• 奶酪内部硬度评价

4.3 穿刺功（Puncture Work）

定义：从探头接触样品到穿透至目标深度过程中，力-位移曲线下的总面积，单位N·mm。

物理意义：穿透样品所需的总能量，综合反映了表皮和内部的整体阻力。

第五部分：拉伸测试参数

拉伸测试通过专用夹具固定样品两端，探头向上移动施加拉伸载荷，直至样品断裂。

5.1 抗拉强度（Tensile Strength）

定义：样品断裂瞬间的最大力值除以样品的原始横截面积，单位为帕斯卡（Pa）或牛顿每平方毫米（N/mm²）。

物理意义：材料抵抗拉伸断裂的能力。抗拉强度越高，材料越“韧”。

典型应用：

• 面条、面团的筋力评价

• 薄膜、胶带的拉伸性能

• 奶酪的拉丝性（如马苏里拉奶酪）

5.2 断裂伸长率（Elongation at Break）

定义：样品断裂时的长度相对于原始长度的增长百分比，无量纲（%）。

物理意义：材料的延展性。断裂伸长率越高，材料越“有弹性”或“可拉伸”。

典型应用：

• 面团的可塑性评价

• 薄膜的延展性能

• 胶粘剂的柔韧性

5.3 拉伸功（Tensile Work）

定义：拉伸过程中力-位移曲线下的总面积，单位N·mm。

物理意义：将样品拉伸至断裂所需的总能量，综合反映了强度和延展性。

第六部分：松弛与蠕变参数——粘弹性表征

对于粘弹性材料（如凝胶、面团、奶酪），松弛和蠕变测试提供了描述其时间依赖性力学行为的参数。

6.1 应力松弛参数

测试方法：将样品压缩至固定形变并保持不动，记录力值随时间衰减的曲线。

松弛时间常数（Relaxation Time Constant，τ）：

• 定义：力值衰减至初始值的1/e（约36.8%）所需的时间，单位秒

• 物理意义：材料内部应力重新分布的速度。τ越大，应力衰减越慢，材料越接近“弹性体”；τ越小，应力衰减越快，材料越接近“粘性体”

残余应力（Residual Stress）：

• 定义：松弛过程结束后（通常600秒）剩余的力值，单位N

• 物理意义：材料在长期压缩下的结构保持能力

典型应用：

• 密封材料的压缩变形评估

• 水凝胶的粘弹性表征

• 面团醒发过程中的应力变化

6.2 蠕变参数

测试方法：对样品施加恒定的力值，记录形变随时间增加的曲线。

蠕变柔量（Creep Compliance）：

• 定义：形变与施加应力的比值随时间的变化，单位1/Pa

• 物理意义：材料在恒定载荷下的变形能力

零剪切粘度（Zero-shear Viscosity）：

• 定义：蠕变曲线线性段的斜率，单位Pa·s

• 物理意义：材料在极低剪切速率下的流动阻力

典型应用：

• 黄油、涂抹酱的铺展性评价

• 牙膏、化妆品乳液的稠度

• 胶粘剂的持粘性

第七部分：特殊测试参数

7.1 三点弯曲参数

测试方法：将样品放在两个支撑点上，探头从上方在样品中点施加压缩载荷，直至样品断裂。

弯曲强度（Bending Strength）：

• 定义：样品断裂时的最大力值，单位N

• 典型应用：饼干、面条、巧克力棒的脆性评价

断裂挠度（Deflection at Break）：

• 定义：样品断裂时中点的垂直位移，单位mm

• 典型应用：评估材料的柔韧性

7.2 反挤压参数

测试方法：使用圆盘或球形探头压缩容器中的半固体样品（如果酱、酸奶），样品从探头与容器壁之间的间隙被挤出。

稠度（Consistency）：

• 定义：压缩过程中的平均力值或峰值力值，单位N

• 典型应用：酸奶、果酱的流动特性评价

粘性（Viscosity Index）：

• 定义：探头回程过程中的负面积

• 典型应用：评估半固体样品的“拉丝”程度

第八部分：天津润泽质构仪参数测量能力

天津润泽仪器有限公司生产的质构仪（TMS-Pro系列及TMS-Research系列）具备上述全部参数的测量能力。其技术规格如下：

天津润泽质构仪配套软件自动识别曲线特征点并计算上述参数，用户无需手动测量或计算。软件支持参数自定义——用户可根据样品特性，选择输出哪些参数，并设定参数的计算区间和基线修正方式。

质构仪可测量的参数体系远超一般用户的想象。从TPA的硬度、弹性、内聚性、咀嚼性，到剪切测试的最大剪切力，再到粘弹性表征的松弛时间常数，每一项参数都对应着特定的物理意义和感官体验。

理解这些参数的定义、计算方法和适用场景，是正确使用质构仪的前提。在实际应用中，并非参数越多越好——应根据样品特性和测试目的，选择代表性和区分能力的参数组合。例如，评价面包老化，硬度和弹性是最核心的指标；评价肉制品嫩度，最大剪切力最为直接；评价凝胶制品，压缩模量和破裂点是关键。

天津润泽仪器有限公司生产的质构仪，覆盖了从基础TPA到高级粘弹性测试的完整参数体系，用户可根据研发或质控需求，灵活选择需要输出的参数类型。质构参数的本质，是将“好吃”“好嚼”“好咬”这些模糊的感官描述，转化为精确、可追溯、可比较的数字语言——这正是食品科学与工程迈向精准化的重要一步。