質(zhì)構(gòu)儀TPA測試模式：兩次壓縮模擬口腔咀嚼的科學原理

在食品、藥品及日化產(chǎn)品的品質(zhì)評價中，“口感"“質(zhì)地"“硬度"等感官屬性長期依賴品評師的主觀判斷。而TPA（Texture Profile Analysis，質(zhì)地剖面分析） 的出現(xiàn)，將這種模糊的感官體驗轉(zhuǎn)化為可量化、可追溯的精確數(shù)據(jù)。TPA測試又被稱為“兩次咀嚼測試"（Two Bite Test），其核心邏輯是通過模擬人口腔的咀嚼運動，對樣品進行兩次壓縮，從而在一次實驗中同時獲取多種質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)。

一、TPA的起源與核心定義

TPA由Szczeniak等人于1963年確立，是一種通過質(zhì)構(gòu)儀探頭模擬人口腔咀嚼運動對樣品進行兩次壓縮，獲取硬度、彈性、粘附性、內(nèi)聚性、咀嚼性等多種質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)的分析方法。該方法將樣品的質(zhì)地感官知覺與其力學性質(zhì)、幾何特性結(jié)合起來進行定義，從而使質(zhì)地的感官評價信息可以用客觀的方法相互溝通或傳遞，可以彌補感官評價的不足。

TPA的三大核心價值在于：它能夠在同一實驗中獲得多種質(zhì)構(gòu)參數(shù)；測試結(jié)果客觀、可重復；且能與感官評價建立相關(guān)性模型，用儀器數(shù)據(jù)預測主觀口感。

二、測試過程：從兩次壓縮到力-時間曲線

TPA的測試過程由探頭的標準化運動軌跡完成。質(zhì)構(gòu)儀使用特定探頭（通常為圓柱形探頭）模擬人口腔的咀嚼運動，對樣品進行兩次壓縮。完整的運動軌跡分為五個階段：

第一階段：探頭下降與接觸。探頭從起始位置開始，以預設的測前速度向下移動，直至接觸到樣品表面。

第二階段：第一次壓縮。探頭達到觸發(fā)力后，以測試速度對樣品進行壓縮，直至達到設定的壓縮距離或壓縮比例（通常為30%-75%）。

第三階段：第一次回撤。探頭返回到壓縮的觸發(fā)點（即接觸樣品的位置），模擬口腔中第一次咬合后的短暫放松。

第四階段：第二次壓縮。在規(guī)定的停留時間后（通常1-5秒），探頭再次以相同的測試速度壓縮樣品，壓縮同樣的距離。

第五階段：最終回撤。探頭以測后速度返回起始位置。

第一次壓縮模擬第一次咬合，停留階段模擬咀嚼間隙，第二次壓縮模擬第二次咀嚼。從兩次壓縮的力-時間曲線中，可以提取出硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等多個質(zhì)構(gòu)參數(shù)。

三、TPA核心質(zhì)構(gòu)參數(shù)的科學定義

TPA的價值在于它能夠從一條力-時間曲線中同時提取多個與感官評價高度相關(guān)的質(zhì)構(gòu)參數(shù)。

硬度（Hardness） ：第一次壓縮過程中的峰值力，是描述與食品變形或穿透產(chǎn)品所需的力有關(guān)的機械質(zhì)地特性，直接反映樣品抵抗變形的能力。硬度是直接影響咀嚼性、膠著性及凝聚性的核心指標。

彈性（Springiness） ：樣品在第一次壓縮后，在第二次壓縮前恢復的高度與原始高度的比值。它反映樣品在外力去除后恢復到原來形狀的程度。兩次壓縮之間的停隔時間對彈性的測定很重要，停隔時間越長，恢復的高度越大。

內(nèi)聚性（Cohesiveness） ：第二次壓縮曲線與第一次壓縮曲線正面積之比（A2/A1），反映樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的結(jié)合力。內(nèi)聚性高的樣品在咀嚼時不易散開。凝聚力是內(nèi)聚性的另一種表述。

咀嚼性（Chewiness） ：咀嚼性被定義為膠著性 × 彈性，即（A2/A1 × 硬度）× 彈性。可以解釋為咀嚼固體食物所需的能量。這個參數(shù)主要用在固體、半固體的口感描述上。

膠著性（Gumminess） ：定義為硬度 × 內(nèi)聚性（A2/A1 × 硬度），主要用于描述半固態(tài)樣品的黏性特性。半固體食品的一個特點就是具有低硬度、高凝聚力，因此這項指標用于描述半固體食品的口感。

粘附性（Adhesiveness） ：第一次壓縮曲線達到零點到第二次壓縮曲線開始之間的曲線的負面積（A3面積），反映探頭由于測試樣品的粘著作用所消耗的功。在食品領域可以解釋為“黏牙"性口感。

回復性（Resilience） ：定義為下壓時形變目標之前的面積與形變目標之后的面積比值（A5/A4），是一種測量樣品如何恢復變形的指標，包括速度和力量兩方面。

四、TPA數(shù)據(jù)與感官評價的相關(guān)性

TPA的建立初衷就是作為食品質(zhì)構(gòu)的感官評價和儀器分析間的橋梁。研究證實，TPA實驗的硬度、咀嚼性與感官評定的硬度、彈性、脆性、咀嚼性之間存在顯著相關(guān)性。TPA測試的質(zhì)構(gòu)參數(shù)與感官評價參數(shù)高度相關(guān)。通過TPA測試，質(zhì)構(gòu)儀可以準確檢測食品樣品隨時間變化的位置和重量從而給出樣品的物性特征。

五、影響TPA測試結(jié)果的關(guān)鍵因素

TPA測試的質(zhì)構(gòu)參數(shù)和樣品的外形尺寸、壓縮探頭與樣品尺寸的比值、壓縮的程度、變形速率、壓縮次數(shù)、兩次壓縮之間的停留間隔以及試驗重復的次數(shù)都有關(guān)系，所以所有的TPA測試結(jié)果里都必須注明測試條件。TPA測定模式下，樣品質(zhì)構(gòu)特性的測定結(jié)果受測試條件影響顯著，主要涉及溫度、測前速率、壓縮變形量、測試速率、兩次壓縮過程的時間間隔等。其中，樣品規(guī)格是最容易被忽視的因素——在取樣直徑不變的情況下，樣品高度越小，硬度越大；在取樣高度基本一致的情況下，取樣直徑越大，彈性越大。

常見問題解答

問：TPA測試與普通壓縮測試有什么區(qū)別？

答：普通壓縮測試僅對樣品進行一次壓縮，只能獲取硬度等單一參數(shù)。TPA通過兩次壓縮模擬人口腔的咀嚼過程，從一條力-時間曲線中同時獲取硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、回復性等多個質(zhì)構(gòu)參數(shù)，全面反映樣品的質(zhì)地特性。

問：TPA測試中“硬度"和“咀嚼性"這兩個參數(shù)有什么區(qū)別？

答：硬度是第一次壓縮時的峰值力，反映樣品“有多硬"；咀嚼性是一個綜合參數(shù)——膠著性×彈性（即A2/A1×硬度×彈性），反映將樣品咀嚼至可吞咽狀態(tài)所需的能量。硬度相同的兩個樣品，咀嚼性可能不同——一個可能一咬就散（內(nèi)聚性低），另一個則韌性十足（內(nèi)聚性高）。

問：TPA測試結(jié)果為什么要注明測試條件？

答：TPA測試的質(zhì)構(gòu)參數(shù)和樣品的外形尺寸、壓縮探頭與樣品尺寸的比值、壓縮的程度、變形速率、壓縮次數(shù)、兩次壓縮之間的停留間隔以及試驗重復的次數(shù)都有關(guān)系。同一樣品在不同測試條件下可能得到不同的質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)，因此注明測試條件是確保數(shù)據(jù)可比性的基礎。

問：TPA測試的參數(shù)設置一般包括哪些？

答：主要包括：測前速度、測試速度、測后速度、壓縮距離或壓縮比例（軟膠囊通常30%-50%，香腸等通常75%）、觸發(fā)力、兩次壓縮之間的停留時間（通常1-5秒）、探頭類型和尺寸等。壓縮程度對硬度、彈性、內(nèi)聚性等多個TPA參數(shù)有顯著影響，壓縮速率對彈性和內(nèi)聚性影響顯著。

問：濟南西奧機電的質(zhì)構(gòu)分析儀是否支持TPA測試模式？

答：濟南西奧機電的TEX系列質(zhì)構(gòu)分析儀支持完整的TPA質(zhì)地剖面分析測試模式，可一鍵獲取硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等全維度質(zhì)構(gòu)參數(shù)，適用于食品、藥品、化妝品等各類樣品的質(zhì)構(gòu)特性分析。

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