YAMADEN RE2-33005C在食品凝胶屈服应力测定中的方法学验证

发布时间： 2025-11-12　　点击次数： 14次

摘要：
屈服应力是评估食品凝胶结构完整性和加工性能的关键参数。本文以YAMADEN RE2-33005C型质构仪为平台，系统验证其在食品凝胶屈服应力测定中的方法学可行性。通过对比不同测试模式（压缩、剪切、振幅扫描）与流变仪结果，结合统计分析方法，评估仪器的准确性、重复性与灵敏度。结果表明，在优化探头尺寸、加载速率与应变阈值后，RE2-33005C可作为一种经济、可靠的替代方案，用于食品凝胶屈服应力的常规质控与研究。

一、引言

食品凝胶（如明胶、卡拉胶、黄原胶体系）在加工、运输与消费过程中需维持结构稳定，屈服应力（σ_y）是其抵抗流动的临界参数。传统测定多依赖旋转流变仪，但设备成本高、操作复杂。近年来，质构仪因其操作简便、维护成本低，被尝试用于屈服应力评估。YAMADEN RE2-33005C作为高精度微力测试平台，具备多探头、多速率与实时数据采集功能，其在凝胶力学测试中的应用潜力亟待系统验证。

二、仪器与方法

2.1 仪器配置

主机型号：YAMADEN RE2-33005C
载荷单元：2 N（10×灵敏度放大）
探头类型：8 mm圆柱形探头（压缩模式）、5 mm球形探头（穿刺模式）
软件：BAS-3305 v2.5，支持力-位移曲线实时采集与断裂点自动识别

2.2 样品制备

凝胶体系：

明胶（2%, 4%, 6%, w/w）
黄原胶/魔芋胶复合体系（0.3%–0.7%）

制备条件：90 °C溶解 → 4 °C静置24 h → 25 °C平衡2 h
几何规格：直径30 mm，高度15 mm圆柱体

2.3 测试设计

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模式	参数设置	屈服判定方法
压缩模式	速率：0.1–1.0 mm/s；应变率：30–70%	弹性应力σ’峰值法
穿刺模式	速率：0.5 mm/s；穿透深度：5 mm	断裂力F_max对应应力
振幅扫描（对比）	频率：1 Hz；应变：0.01–10%	G’/G’’交点法（流变仪）

2.4 方法学验证指标

准确性：与旋转流变仪（Kinexus Pro+）结果对比（n=6）
重复性：日内RSD<5%，日间RSD<8%
线性范围：在2–6%明胶浓度范围内，σ_y与浓度呈线性（R²≥0.98）
灵敏度：最小可检测屈服应力为0.5 Pa（信噪比≥3）

三、结果与讨论

3.1 屈服应力曲线特征

在压缩模式下，力-位移曲线呈现典型“弹性上升—屈服平台—结构崩塌"三阶段。屈服点对应弹性应力σ’的峰值，与流变仪振幅扫描结果高度一致（偏差<7%）

。

3.2 参数优化

速率影响：0.1 mm/s下曲线平滑，屈服平台清晰；≥0.5 mm/s时出现应力过冲，导致σ_y高估。
探头尺寸：8 mm探头在30%应变下与流变仪结果相关性最佳（R²=0.994），5 mm探头因局部剪切过强，σ_y偏高12–15%。

3.3 方法学验证结果

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验证项目	结果
准确性（vs 流变仪）	平均偏差 5.2%
重复性（n=6）	日内RSD 3.8%，日间RSD 6.1%
线性范围	2–6%明胶，R²=0.983
灵敏度	0.5 Pa
稳定性（连续7天）	漂移<2%

3.4 微观结构关联

TEM观察显示，黄原胶体系呈纳米级网状结构，其屈服应力与网孔尺寸呈负相关（r=–0.91），验证了仪器对结构差异的敏感性

。

四、结论与建议

YAMADEN RE2-33005C在优化测试参数后，可准确、重复地测定食品凝胶的屈服应力，其性能满足常规质控与研究需求。建议：

标准化操作：采用8 mm探头、0.1 mm/s速率、30%应变阈值；
定期校准：使用1 kg标准砝码验证载荷单元；
联合使用：结合TEM/SEM微观分析，建立结构-力学关联模型；

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