质构仪是检测凝胶强度的核心工具。它通过模拟或标准化的人为力学作用（如穿刺、挤压、切割等），对凝胶样品施加可控的力或形变，并精确记录下力-时间或力-形变曲线。凝胶强度通常定义为凝胶抵抗外力破坏的能力，在质构曲线上有明确的体现。

以下是使用质构仪检测凝胶强度的关键步骤和要点：

📊 1. 探头选择

• 圆柱形探头： 最常用，尤其是用于穿刺测试。直径选择很关键：

• 小直径 (如 2-5mm): 灵敏度高，适合较软的凝胶，能更好地分辨细微差别。但可能更容易受样品局部不均匀性影响。

• 大直径 (如 10-25mm): 受力面积大，测得的是更“整体”的强度，受局部不均匀性影响小，适合较硬的凝胶。常用直径有5mm, 10mm, 12.7mm(0.5英寸)等。5mm 圆柱探头是凝胶强度测试的行业标准之一 (如 Bloom 强度测试的改进方法)。

• 球形探头： 有时用于穿刺，与圆柱形类似，但初始接触点是点接触。

• 锥形探头： 较少用于单纯强度测试，更多用于测定屈服点或稠度。

• 压盘/平板探头： 主要用于压缩测试（单次或TPA质地剖面分析）。在压缩模式下，强度可能与探头面积、压缩形变率相关。

📈 2. 测试模式选择

• 穿刺测试： 最常用、最直接测定凝胶强度的方法。 探头以恒定速度向下穿刺凝胶样品，直至达到设定的深度或穿透样品。凝胶强度通常定义为探头穿透凝胶过程中所遇到的最大阻力（峰值力）。

• 单次压缩测试： 探头以恒定速度压缩凝胶样品至设定的形变率（如 30%, 50%, 70%），记录压缩过程中的力值。峰值力或在特定形变下的力值可反映凝胶强度。需要注意样品与容器壁的摩擦效应（最好使用直径大于探头的容器，或样品足够大）。

• 质地剖面分析： 进行两次压缩循环，主要获取多个质地参数（硬度/强度、弹性、粘聚性、咀嚼性等）。其中第一次压缩的峰值力通常就定义为凝胶的硬度/强度。

🔧 3. 参数设置 (以穿刺测试为例)

• 测试前速度： 探头接近样品表面的速度 (如 1.0 - 2.0 mm/s)。

• 测试速度： 探头进行穿刺/压缩时的速度 (如 0.5 - 2.0 mm/s)。速度会影响测得的力值，必须保持恒定才能进行有效比较。标准方法（如 Bloom 测试）有严格规定。

• 测试后速度： 探头离开样品或返回起始点的速度 (如 1.0 - 10.0 mm/s)。

• 触发力： 探头接触样品表面并开始记录数据的临界力值 (如 5g)。设置过低可能记录到虚假信号，过高可能错过初始接触点。

• 目标模式：

• 目标形变/深度： 穿刺或压缩达到设定的深度 (如 4mm, 10mm, 或样品厚度的百分比)。

• 目标力： 穿刺或压缩达到设定的最大力值（较少用于单纯强度测试）。

• 数据采集率： 足够高以捕捉力值峰值（如 200-500 点/秒）。

🧪 4. 样品制备 (至关重要！)

• 均匀性： 凝胶必须制备均匀，无气泡、分层或明显缺陷。搅拌、脱气、静置条件需严格一致。

• 形状与尺寸：

• 穿刺测试： 通常将凝胶注入圆柱形容器（如培养皿、烧杯、专用样品杯）中，形成平整表面。容器直径应显著大于探头直径（至少3倍以上），避免边界效应。凝胶高度/厚度需足够且一致（通常推荐 20mm - 40mm，至少大于穿刺深度）。

• 压缩测试： 可以是圆柱体、立方体等规则形状，或填充在较大平底容器中形成平整表面。样品高度需一致。

• 温度： 严格控制温度！ 凝胶强度通常对温度非常敏感。测试前需将凝胶在设定温度（通常是冷藏温度如 4-10°C，或室温如 25°C）下恒温足够长时间（如 2-24小时，取决于凝胶类型和标准），并在恒温环境下进行测试（质构仪配温控附件或快速在恒温室操作）。

• 表面处理： 确保与探头接触的表面平整光滑。必要时可小心切平或用刮刀抹平。

🔁 5. 测试过程

• 将恒温好的样品平稳放置在质构仪基座上。

• 启动测试程序。

• 探头按设定参数下降、穿刺/压缩样品、返回。

• 仪器软件实时记录力-时间/力-形变曲线。

📉 6. 数据分析

• 凝胶强度定义： 在穿刺或第一次压缩曲线中，力值达到的最大峰值（通常称为“硬度”或“峰值力”）即为凝胶强度。

• 单位： 克、牛顿、千克力等。

• 结果报告：

• 单个样品的峰值力。

• 同批次多个重复样品的平均值和标准偏差（变异系数CV%）。 重复次数通常不少于5-6次，以保证统计可靠性。

• 明确标注： 探头类型、直径、测试模式、测试速度、目标形变/深度、触发力、测试温度等所有关键参数。不同参数设置下的结果无法直接比较！

🎯 关键要点总结

1. 标准化是关键： 要获得可重复、可比较的结果，样品制备、测试参数（探头、速度、形变、温度）必须严格保持一致。 遵循已有的标准方法（如国标、行标、AOAC、ISO等）是最佳实践。

2. 穿刺测试是首选： 对于多数凝胶（特别是透明质酸、果胶、明胶、琼脂、卡拉胶等形成的凝胶），圆柱探头穿刺测试是测量强度的最常用和最直接方法。

3. 峰值力即强度： 在典型的穿刺或第一次压缩曲线上，最大峰值力就是凝胶强度的量化指标。

4. 温度控制至关重要： 务必在恒定的、指定的温度下进行样品平衡和测试。

5. 重复性与统计： 进行足够数量的重复测试，并报告平均值和变异系数，以评估结果的可靠性。

6. 全面报告参数： 结果报告中必须包含所有影响结果的测试条件细节。

⚠ 常见问题

• 结果波动大： 通常由样品不均匀、温度不一致、表面不平整、探头未对准中心、触发力设置不当或重复次数不足引起。

• 探头选择困惑： 如果不确定，从标准方法推荐的探头（如5mm圆柱探头）开始。若凝胶非常软可选更小直径，非常硬可选更大直径或压盘压缩。

• 压缩 vs 穿刺： 压缩测试可能更接近某些应用场景（如口腔咀嚼），但更容易受样品几何形状和边界摩擦影响。穿刺测试更能反映凝胶内部结构的均一抵抗能力。

通过严谨地按照上述步骤操作，质构仪可以提供非常准确和可重复的凝胶强度数据，这对于产品研发、质量控制、工艺优化和科学研究都至关重要。