TA-3000质构仪应用之食品TPA测试

　　食品质构是影响消费者口感体验和品质评价的重要物理特性之一。食品入口前、入口后以及咀嚼过程中产生的硬、软、脆、黏、弹等感觉，都与食品的质构特性密切相关。

　　传统食品质构评价主要依靠感官评价，由专业人员通过视觉、触觉和口感对产品进行判断。这种方法能够反映消费者的实际感受，但容易受到个体差异、评价环境和人员经验等因素影响。

　　TPA测试则通过质构仪对食品进行两次连续压缩，将部分与食品质构相关的感官特征转化为可量化的仪器测试数据。通过分析测试曲线，可以获得硬度、粘附性、弹性、凝聚性、胶着性、咀嚼性和回复性等多个质构参数，在质构分析研究方面应用广泛。

　　本文以济南赛成电子科技有限公司TA-3000质构仪为例，介绍TPA测试的基本原理、主要参数、测试流程以及数据分析方法，为食品及相关行业的质构测试提供参考。

一、TPA测试方法介绍

1、TPA定义

TPA（texture profile analysis）：质地剖面分析，又被称为两次咀嚼测试。主要是通过质构仪探头模拟人口腔的咀嚼运动，对样品进行两次压缩，测试与微机连接，通过界面输出质地测试曲线，通过软件可以分析出以下质构特性参数：硬度(Hardness)、粘着性（Adhesiveness）、弹性（Springiness）、粘聚性（Cohesiveness）、胶着性（Gumminess）、咀嚼性（Chewiness）、回复性（Resilience）

2、测试原理

　　TPA测试原理：测量头从起始位置开始，先以一定速率压向测试样品，接触到样品的表面后再以测试速率对样品进行压缩一定的距离，然后返回到压缩的触发点，停留一段时间后继续向下压缩同样的距离，然后以测后速率返回到测量头测前的位置。

　　第一次压缩：质构仪的探头垂直压下，施加一定压力进入食品，模拟牙齿咬合，破坏样品结构，记录力-时间曲线的第一峰值，这一过程可以测量食品的硬度、脆性和初始弹性等参数。

　　第二次压缩：在首次压缩后，探头会再次反弹，并进行第二次压缩，模拟舌头将食物推向上颚进行的再次咀嚼，记录第二峰值，这个过程帮助测量食品的回弹性、粘性以及二次弹性等信息。

　　通过对比两次压缩过程中的力值变化、面积积分及恢复情况，可计算出包括硬度、弹性、内聚性、咀嚼性等在内的多项质构参数。

3、TPA测试视频示例

4、TPA完整测试流程

　　进行TPA测试时，样品状态、探头类型和测试参数都会对结果产生影响。因此，在实际测试中应根据样品特性建立并固定测试方法。

Step 1：准备测试样品

　　根据产品特性准备具有代表性的测试样品。

　　对于同一组实验，应尽可能保持样品尺寸、形状、温度、含水量及其他关键条件一致，以降低样品差异对测试结果的影响。

Step 2：选择测试探头

　　根据食品类型和测试目的选择合适的测试探头。

　　不同直径、形状和材质的探头会产生不同的接触面积和受力状态，因此应根据实际测试需求选择。

Step 3：安装探头并调整位置

　　将测试探头安装到TA-3000力值传感器上，并调整探头与样品之间的位置。

　　确保探头能够按照设定方向稳定运动，避免偏心接触影响测试结果。

Step 4：设置TPA测试参数

　　根据测试方法设置：

• 测试速度
• 压缩程度
• 触发力
• 两次压缩间隔时间
• 返回速度
• 测试循环次数
• 数据采集参数

　　不同食品的硬度、弹性及结构差异较大，因此不建议所有样品采用完全相同的测试参数。

Step 5：开始TPA测试

　　启动测试程序后，仪器自动完成第一次压缩、返回、间隔以及第二次压缩。

　　整个过程中，传感器持续采集力值和位移数据。

Step 6：获得TPA测试曲线

　　测试完成后，软件生成相应的力-时间或力-位移曲线。

　　通过曲线可以直观观察样品两次压缩过程中的受力变化。

Step 7：计算质构参数

　　根据测试曲线和预设计算方法，软件可以自动计算硬度、粘附性、弹性、凝聚性、胶着性、咀嚼性及回复性等参数。

Step 8：进行重复测试和数据分析

　　为了评价测试结果的稳定性，通常需要对多个平行样品进行测试，并根据实验要求计算平均值、标准偏差、RSD等统计指标。

5、TPA测试曲线分析及参数计算

• 脆性：压缩过程中并不一定都产生破裂，在第一次压缩过程中若是产生破裂现象，曲线中出现一个明显的峰，此峰值就定义为脆性。在TPA质构图谱中的第一次压缩曲线中若是出现两个峰，则第一个峰定义为脆性，第二个定义为硬度；若是只有一个峰值，则定义为硬度，无脆性值。脆性(Fracturability)=H1
• 硬度：是第一次压缩时的最大峰值，多数食品的硬度值出现在最大变形处，有些食品压缩到最大变形处并不出现应力峰。硬度(Hardness)=H2
• 粘附性：第一次压缩曲线达到零点到第二次压缩曲线开始之间的曲线的负面积(图中的面积A3)，反映的是探头由于测试样品的粘着作用所消耗的功。粘附性(Adhesion)=A3
• 凝聚性：表示测试样品经过第一次压缩变形后所表现出来的第二次压缩的相对抵抗能力，在曲线上表现为两次压缩所做正功之比。凝聚性(Cohesiveness) = (A4 + A5) / (A1 + A2)
• 弹性：样品经过第一次压缩以后能够再恢复的程度。两次压缩测试之间的停隔时间对弹性的测定很重要，停隔时间越长，恢复的高度越大。弹性是用第二次压缩中所检测到的样品恢复高度（T4）和第一次的压缩变形量（T1）之比值来表示。弹性(Springiness) = T4 / T1
• 胶粘性：只用于描述半固态测试样品的黏性特性，数值上用硬度和凝聚性的乘积表示。胶粘性(Gumminess)=H2* (A4+A5)/(A1+A2)
• 咀嚼性：只用于描述固态测试样品，数值上用胶粘性和弹性的乘积表示。测试样品不可能既是固态又是半固态，所以不能同时用咀嚼性和胶粘性来描述某一测试样品的质构特性。咀嚼性(Chewiness)=H2* (A4+A5)/(A1+A2)* T4/T1
• 回复性：表示样品在第一次压缩过程中回弹的能力，是第一次压缩循环过程中返回时样品所释放的弹性能与压缩时探头的耗能之比，在曲线上用A2和A1的比值来表示。回复性(Resilience)=A2/A1
• 粘连性：样品在同压力探头分离前减压过程中的延展距离。粘连性(Adhesive)=T3

二、TPA测试仪器介绍

　　本文示例试验中所用仪器为济南赛成电子科技有限公司自主研发的TA-3000质构仪，TA-3000是一款专业用于肉类、果蔬、医药、食品、化工、生物材料等领域的物性测试仪。

　　该仪器主要技术特点如下：

• 10寸平板电脑操作，windows界面，人机接口时尚、便捷；
• 主机自带30多种测试模式，满足多种行业应用；
• 高精度进口力值传感器，测力系统精度高，重复性好；
• 精密滚珠丝杠多轴定位技术，可实现无级调速功能，运动驱动系统平稳且运行精度高；
• 传感器超量程保护；运动机构限位保护、过载保护、自动回位以及掉电记忆等智能配置，保证用户与仪器本身的安全；
• 试验数据实时显示，试验曲线实时展示，可导出单一测试曲线，也可多条曲线叠加进行数据对比分析；
• 符合GMP用户多级权限，审计追踪、电子签名；
• 具备 ISP 在线控制、升级功能；

三、TPA测试应用价值

　　从食品研发到生产质量控制，TPA测试可以帮助企业建立更加客观的质构评价体系。

• 在配方研发阶段，可以比较不同原料和配方对硬度、弹性、凝聚性等指标的影响；
• 在工艺优化阶段，可以通过质构参数变化分析加工温度、时间及工艺条件对产品质构的影响；
• 在质量控制阶段，可以通过建立企业内部质构指标，对不同批次产品进行一致性评价；
• 在感官评价对比研究中，还可以将仪器测试结果与感官评价进行相关性分析，为产品优化提供数据支持；

　　通过标准化的TPA测试方法，食品企业可以将传统的“软、硬、脆、黏、弹”等感官描述转化为更加具体的仪器测试数据，从而为产品研发和质量控制提供更加客观的参考。