质构仪如何量化果冻、明胶、鱼糜等产品的硬度、弹性与咀嚼性

引言

凝胶——从餐桌上Q弹的果冻、软糖，到实验室里的琼脂培养基，再到药品中的软胶囊壳、医用敷料——其质地表现（弹性、硬度、粘性）直接决定了产品的品质、口感与功能成败。然而，长期以来，凝胶品质的评价主要依赖感官判断——“Q弹"“绵软"“偏硬"等描述模糊且主观，不同评价人员之间的结论往往大相径庭。

质构仪（Texture Analyzer） 的出现，改变了这一局面。质构仪是一种专门用于评估凝胶类材料物理特性的检测技术，通过对凝胶样品进行压缩、剪切、穿透等力学测试，获取反映凝胶品质的关键参数。质构仪可对样品的物性概念做出数据化的表述，是国内外研究机构的重要研究仪器和研究手段，也是业内**的物性（质构）标准检测仪器。

质构仪可应用于肉制品、粮油食品、面食、谷物、糖果、果蔬、凝胶、果酱等食品的物性学分析。检测不同食品的硬度、脆性、弹性、回弹力、粘合性、粘结力、粘稠度、弯曲能力、破裂/断裂力、酥脆性、脆度、咀嚼性、胶粘性、拉伸强度、延展性等。

本文将从质构仪的检测原理出发，系统解析其在凝胶品质测定中的应用——包括TPA全质构分析、穿刺测试等核心方法，以及在果冻、明胶、鱼糜、药用辅料等不同凝胶产品中的具体应用。

一、质构仪检测凝胶品质的基本原理

1. 核心检测逻辑

质构仪检测凝胶品质的核心逻辑是：模拟人的咀嚼或按压动作，通过探头对凝胶样品施加可控的力学作用，实时记录力值变化与位移变化，从而将“口感"转化为“数据"。

仪器由动力系统驱动探头以设定的速度对凝胶样品进行压缩、穿刺、剪切等力学测试，高精度力量感应模块实时记录受力数据，位移传感器同步记录探头移动距离。测试过程中，仪器实时生成力-位移曲线（或称力-时间曲线）。通过对特征曲线的分析，可以量化凝胶的硬度、弹性、内聚性、咀嚼性、凝胶强度等多项品质指标。

2. 凝胶品质的核心评价维度

质构仪对凝胶品质的评价，通常围绕以下几个核心维度展开：

这些参数共同构成了凝胶品质的“力学指纹图谱"，为凝胶类产品的质量控制、配方优化和工艺改进提供了多维度的数据支撑。

二、凝胶品质测定的核心测试模式

1. TPA全质构分析——综合评价凝胶的“全面体检"

TPA（Texture Profile Analysis，质地多面剖析法） 是质构仪最核心的测试模式。TPA通过模拟人口腔的咀嚼运动，对凝胶样品进行两次压缩——第一次压缩模拟牙齿咬合，返回后实施第二次压缩——通过软件对输出数据进行分析，同时得出硬度、弹性、内聚性、咀嚼性等多种质构特性参数。

TPA质构测试又被称为两次咀嚼测试（Two Bite Test） 。一次TPA测试可以同时得出硬度、弹性、粘附性、内聚性、咀嚼性、胶着性、回复性等多达9项质构特性参数。

TPA在凝胶品质测定中的典型应用：

• 凝胶软糖：研究表明，质构仪TPA模式测定的硬度和弹性能很好地反映凝胶糖果的质构特性

• 混合多糖凝胶：采用TPA质构测试法和感官评价法测定不同混合多糖凝胶的品质，建立综合评价模型

• 淀粉凝胶：研究测试速度、测试距离、停留时间等条件对凝胶质构特性测定结果的影响

2. 穿刺测试——凝胶强度的“专项检测"

穿刺测试（又称一次下压法） 是凝胶强度测定的核心方法。使用圆柱形或球形探头以恒定速度穿刺凝胶样品，记录凝胶破裂时的破断力与破断距离，计算凝胶强度。

鱼糜凝胶强度测定是目前穿刺测试应用广泛的领域之一。根据GB/T 36187-2024《冷冻鱼糜》 的规定，鱼糜凝胶强度的测定采用球形探头穿刺法——使用直径5mm的球形探头，以60mm/min的测试速度穿刺凝胶试样，测得破断力和破断距离，二者乘积即为鱼糜的凝胶强度。

凝胶强度 = 破断力（g）× 破断距离（cm）

穿刺测试在其他凝胶产品中的应用：

• 明胶凝胶强度（Bloom值） ：采用12.7mm圆柱探头，在10℃±0.1℃条件下，以0.5mm/s速度穿刺4mm深度

• 果冻、琼脂：通过穿刺测试量化产品的凝胶强度

• 药用软膏、凝胶剂：依据2025版《中国药典》0634通则进行标准化检测

3. 压缩测试——凝胶“软硬度"的直接测量

压缩测试是将凝胶样品置于上下压板之间，以恒定速度压缩至预设形变量（如凝胶高度的50%），记录压缩过程中的力值变化。这一模式特别适用于评价凝胶的硬度和弹性。

压缩测试的参数设置直接影响测定结果。研究表明，测试距离和测试速度是影响凝胶硬度测定结果的关键因素。典型的压缩测试参数包括：测前速度1mm/s、测试速度5mm/s、测后速度5mm/s、压缩比50%。

三、凝胶品质测定中的标准体系

1. 食品领域的国家标准

GB/T 36187-2024《冷冻鱼糜》 是目前国内鱼糜凝胶强度检测的标准。标准规定采用球形探头穿刺法，使用直径5mm的球形探头，测试速度60mm/min，通过测定破断力和破断距离计算凝胶强度。该标准是鱼糜产品等级判定的法定检测方法。

GB 6783-2013《食品添加剂明胶》 规定了明胶凝胶强度（Bloom值）的测定方法。明胶凝胶强度是评价明胶品质的核心指标，采用12.7mm圆柱探头，在10℃±0.1℃条件下测定。Brookfield CTX质构仪和CT3质构仪是国标GB 6783指定的Bloom明胶强度测试仪器。

2. 药品领域的药典标准

2025年版《中国药典》四部通则0634《凝胶强度测定法》 的正式实施，标志着药用凝胶类产品（如软膏、贴剂、凝胶剂等）的质量控制正式迈入标准化、可量化、可追溯的新阶段。

通则0634明确规定：凝胶强度测试仪应具备力值测量误差≤±1%、分辨率≥0.001N，位移速度控制精度≤±0.5%。这一标准为药用辅料（如卡波姆、海藻酸钠、泊洛沙姆等）的凝胶强度评价提供了统一的技术依据。

3. 国际标准

ISO 9665:2020 是凝胶强度测定的国际标准。AOAC和BS 757等国际标准同样将质构仪指定为明胶强度测试的标准仪器。欧洲药典EP 8.0也明确收录了凝胶强度的测定方法。

四、质构仪在凝胶品质测定中的典型应用场景

1. 食品凝胶产品

果冻与布丁：凝胶强度测定常用于评估如果冻、布丁等产品的质地和稳定性，确保口感一致性和保质期。通过TPA全质构分析，可以同时获取果冻的硬度、弹性、内聚性等多项品质参数。

凝胶软糖：TPA质构分析是一种客观可行、经济有效的分析方法，特别适合于凝胶糖果等具有弹性的咀嚼类食品。研究表明，质构仪测定的硬度和弹性能很好地反映凝胶糖果的质构特性。

明胶制品：明胶广泛应用于食品（软糖、果冻、乳制品）领域。其质构性能（如凝胶强度）直接影响产品的成型性和口感。

鱼糜制品：鱼丸、蟹棒等鱼糜制品的弹性是决定产品质量的核心指标。通过质构仪测定鱼糜的凝胶强度，可以科学评价其加工性能和产品品质。

2. 药用辅料与药品

软胶囊：凝胶强度直接影响软胶囊囊壳的机械性能和药物释放行为。2025版药典0634通则的正式实施，标志着软胶囊质量控制从传统的“外观合格"判断转向“性能量化"的新阶段。

药用辅料：卡波姆、海藻酸钠、泊洛沙姆等药用辅料的凝胶强度，直接影响制剂的成型性、稳定性和临床应用效果。质构仪为这些辅料的品质评价提供了标准化的检测手段。

软膏、凝胶剂：对于软膏类凝胶产品，质构仪可以量化其硬度、粘附性、铺展性等关键质构参数，为处方优化和工艺控制提供数据支撑。

3. 化妆品与日化产品

凝胶类化妆品（如面膜凝胶、护肤啫喱等）的质地直接影响消费者的使用体验。质构仪可以量化其硬度、弹性、粘附性等参数，为配方优化提供科学依据。

五、凝胶品质测定的关键影响因素

1. 测试条件的影响

凝胶品质的测定结果受测试条件的显著影响。研究表明，测试距离和测试速度对凝胶硬度测定结果有显著影响；测试距离对凝胶胶凝性测定结果有显著影响。

样品尺寸同样至关重要。在取样直径不变的情况下，硬度随取样高度的减小而显著增大。因此，凝胶品质测定中样品的尺寸必须严格标准化，数据才具有可比性。

2. 探头选择

不同探头适用于不同的凝胶测试场景：

• 球形探头（P/5S） ：适用于鱼糜凝胶强度测定

• 圆柱探头（12.7mm） ：适用于明胶Bloom值测定

• 平底圆柱探头：适用于TPA全质构分析

3. 温度控制

温度对凝胶的力学性能具有根本性影响。明胶凝胶强度测定要求在10℃±0.1℃条件下进行。温度波动0.5℃即可导致Bloom值变化5%-8%。因此，凝胶品质测定中温度的精确控制是确保数据可靠性的关键。

六、西奥机电的凝胶品质测定解决方案

济南西奥机电有限公司（CELTEC西奥）作为专业的材料测试仪器制造商，长期致力于为食品、制药、化妆品等行业提供精准的测试解决方案。其GST系列凝胶强度测试仪与TEX系列质构分析仪，为凝胶类产品的品质测定提供了从标准化测试到智能数据分析的完整解决方案。

多模式测试能力：仪器支持TPA全质构分析、穿刺测试、压缩测试、拉伸测试等多种测试模式，可覆盖食品凝胶（如果冻、明胶、鱼糜）、药用辅料（如卡波姆、海藻酸钠）、化妆品凝胶等不同产品的品质检测需求。

高精度力学测量：采用高精度力量感应元，力值测量精度优于0.5% F.S. ，位移分辨率达0.01mm。能够精准捕捉凝胶在穿刺或压缩过程中的微小力学响应，确保硬度、弹性、凝胶强度等数据的准确性和可重复性。

标准化测试流程：仪器内置GB/T 36187-2024《冷冻鱼糜》 、GB 6783-2013《食品添加剂明胶》 、2025版《中国药典》0634通则等标准的测试模板。一键调用即可执行符合标准要求的完整测试流程，有效降低人为操作误差。

力-位移曲线实时分析：测试过程中实时采集并显示力-位移曲线，自动计算硬度、弹性、内聚性、咀嚼性、凝胶强度等关键参数。多条测试曲线可叠加对比，直观评估不同配方或不同批次产品之间的品质差异。

数据合规与可追溯：测试数据自动记录存储，支持导出为报告，满足食品生产SC审核、药品GMP及FDA 21 CFR Part 11的数据完整性要求。

西奥机电的材料测试解决方案还广泛应用于包装材料测试、医疗器械材料及包装测试、药品测试、胶粘剂测试、纺织品测试、纸张和纸板容器测试等领域，并可针对特殊测试需求提供定制化服务和自动化改造方案。

七、结语

质构仪在凝胶品质测定中的应用，本质上是在回答一个核心问题：凝胶的“口感"与“性能"，能否用客观、可量化的数据来表达？

答案已经非常明确——可以。通过TPA全质构分析，我们可以同时获取凝胶的硬度、弹性、内聚性、咀嚼性等9项质构参数；通过穿刺测试，我们可以精确量化鱼糜的凝胶强度（破断力×破断距离）；通过压缩测试，我们可以评价凝胶的柔韧性与抗压性能。

从GB/T 36187-2024《冷冻鱼糜》到GB 6783-2013《食品添加剂明胶》，从2025版《中国药典》0634通则到ISO 9665:2020国际标准——质构仪已成为凝胶品质测定中重要的标准化工具。它将凝胶从“手感"转化为“数据"，从“经验判断"升级为“科学评价"，为凝胶类产品的质量控制、配方优化和工艺改进提供了坚实的数据基础。

济南西奥机电有限公司（CELTEC西奥）致力于为食品、制药、化妆品等行业提供符合国家标准的高精度凝胶品质测定解决方案，助力企业以精准的量化数据驱动产品品质提升与工艺优化。