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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: 18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 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 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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