YAMADEN RE2-33005C在食品凝膠屈服應力測定中的方法學驗證

發布時間： 2025-11-12　　點擊次數： 37次

摘要：
屈服應力是評估食品凝膠結構完整性和加工性能的關鍵參數。本文以YAMADEN RE2-33005C型質構儀為平臺，系統驗證其在食品凝膠屈服應力測定中的方法學可行性。通過對比不同測試模式（壓縮、剪切、振幅掃描）與流變儀結果，結合統計分析方法，評估儀器的準確性、重復性與靈敏度。結果表明，在優化探頭尺寸、加載速率與應變閾值后，RE2-33005C可作為一種經濟、可靠的替代方案，用于食品凝膠屈服應力的常規質控與研究。

一、引言

食品凝膠（如明膠、卡拉膠、黃原膠體系）在加工、運輸與消費過程中需維持結構穩定，屈服應力（σ_y）是其抵抗流動的臨界參數。傳統測定多依賴旋轉流變儀，但設備成本高、操作復雜。近年來，質構儀因其操作簡便、維護成本低，被嘗試用于屈服應力評估。YAMADEN RE2-33005C作為高精度微力測試平臺，具備多探頭、多速率與實時數據采集功能，其在凝膠力學測試中的應用潛力亟待系統驗證。

二、儀器與方法

2.1 儀器配置

主機型號：YAMADEN RE2-33005C
載荷單元：2 N（10×靈敏度放大）
探頭類型：8 mm圓柱形探頭（壓縮模式）、5 mm球形探頭（穿刺模式）
軟件：BAS-3305 v2.5，支持力-位移曲線實時采集與斷裂點自動識別

2.2 樣品制備

凝膠體系：

明膠（2%, 4%, 6%, w/w）
黃原膠/魔芋膠復合體系（0.3%–0.7%）

制備條件：90 °C溶解 → 4 °C靜置24 h → 25 °C平衡2 h
幾何規格：直徑30 mm，高度15 mm圓柱體

2.3 測試設計

表格

復制

模式	參數設置	屈服判定方法
壓縮模式	速率：0.1–1.0 mm/s；應變率：30–70%	彈性應力σ’峰值法
穿刺模式	速率：0.5 mm/s；穿透深度：5 mm	斷裂力F_max對應應力
振幅掃描（對比）	頻率：1 Hz；應變：0.01–10%	G’/G’’交點法（流變儀）

2.4 方法學驗證指標

準確性：與旋轉流變儀（Kinexus Pro+）結果對比（n=6）
重復性：日內RSD<5%，日間RSD<8%
線性范圍：在2–6%明膠濃度范圍內，σ_y與濃度呈線性（R2≥0.98）
靈敏度：最小可檢測屈服應力為0.5 Pa（信噪比≥3）

三、結果與討論

3.1 屈服應力曲線特征

在壓縮模式下，力-位移曲線呈現典型“彈性上升—屈服平臺—結構崩塌"三階段。屈服點對應彈性應力σ’的峰值，與流變儀振幅掃描結果高度一致（偏差<7%）

。

3.2 參數優化

速率影響：0.1 mm/s下曲線平滑，屈服平臺清晰；≥0.5 mm/s時出現應力過沖，導致σ_y高估。
探頭尺寸：8 mm探頭在30%應變下與流變儀結果相關性最佳（R2=0.994），5 mm探頭因局部剪切過強，σ_y偏高12–15%。

3.3 方法學驗證結果

表格

復制

驗證項目	結果
準確性（vs 流變儀）	平均偏差 5.2%
重復性（n=6）	日內RSD 3.8%，日間RSD 6.1%
線性范圍	2–6%明膠，R2=0.983
靈敏度	0.5 Pa
穩定性（連續7天）	漂移<2%

3.4 微觀結構關聯

TEM觀察顯示，黃原膠體系呈納米級網狀結構，其屈服應力與網孔尺寸呈負相關（r=–0.91），驗證了儀器對結構差異的敏感性

。

四、結論與建議

YAMADEN RE2-33005C在優化測試參數后，可準確、重復地測定食品凝膠的屈服應力，其性能滿足常規質控與研究需求。建議：

標準化操作：采用8 mm探頭、0.1 mm/s速率、30%應變閾值；
定期校準：使用1 kg標準砝碼驗證載荷單元；
聯合使用：結合TEM/SEM微觀分析，建立結構-力學關聯模型；

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