CN101571533B - 全功能食品质感性能测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测试设备，具体的说是一种食品质感性能测试设备。它由机械部分、电气控制部分、力传感器、位移传感器和计算机数据处理部分组成，主要用于包括TPA分析在内的各类食品质感性能的测试，同时也可用于药品、化妆品及其它小型试样的材料性能测试。本发明的机械部分相当于一台单柱万能材料试验机，加上不同的专用加载装置(探头)，可以实现对特定试样的拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、旋转等操作。其特征在于：(1)其旋转运动是通过工作台相对于机架的旋转运动来实现的；(2)试样加载部件除了能实现各种垂直等速运动外，还可以实现事先设定的垂直变速运动，这些变速运动不但可以按照特定的位移-时间函数或载荷-时间函数来进行，还可以模拟人类咀嚼过程中的下颌运动；(3)每个不同的加载装置(探头)上均有机器本身可以辨认的专用编码从而使机器具有自动选择分析程序功能和界面提醒功能。

Description

全功能食品质感性能测试仪

技术领域

本发明涉及一种测试设备，具体的说是一种食品质感性能测试设备。主要用于包括TPA分析在内的各类食品质感性能的测试，同时也可用于药品、化妆品及其它小型试样的材料性能测试。

背景技术

食物的质感性能是描述食品是否新鲜、半成品准备得是否精良以及人们食用时能否获得最大享受的一种质量属性。它是人类的触觉神经对来自食品和人体某个部位的相互接触所产生的物理激励的反应，是人们通过看、听、闻、触、尝等感觉对食品的结构性能、力学性能及外观性能主观判断的综合体现，它由人的感知所感觉并取决于食品的力学性能以及食品的破裂方式。消费者对食物质感性能的期待强烈地影响着各类食物的可接受性而且决定着人们购买那些食物的倾向和欲望。

常用的食品质感性能评价方法有两种：一是主观分析，即感官评价法，它通过所选定经过培训的人员组成评审组对需要评估的食品进行观察和品尝，然后根据自己的感受对食物质感性能的各个指标进行打分，其统计结果即成为该食品的质量控制依据。显然，这种方法不仅费时费力，其结果通常也受许多不确定的主观因素的影响。另一种是客观的方法，即仪器测定法，像测定工程材料的性能那样，根据食品材料的特性，采用一定的加载形式，得到合适的力或位移参数、或力与位移参数的组合，从而作为食品质感性能的指标判据。随着食品质感学研究的不断深入，人们总结出了一套描述食品质感性能的指标体系，尽管这些指标的实用性及与感官分析结果的相关性还有待进一步提高，但已得到食品研究领域和工业领域的普遍认可。表一给出了国际上常用的描述食品质感性能的指标及其物理定义和感官定义。

表一、常用食品质感性能指标体系

在食品质感性能仪器测定方面，目前常用的测试设备或装置基本上可分为以下几类：

(1)经验类或模仿类测试设备与装置它是根据实际生产中得到的经验或食品材料在实际中可能遇到的条件，设计的与质感性能相关的某一性能指标，这类设备品种繁杂，每种设备只能用于某一种或某一类特定产品的特定指标，测试指标单一且定义模糊，无法形成标准，但由于设备结构简单，使用方便，测量结果准确，仍广泛用于传统的食品生产和检测中。

(2)现有通用材料测试设备或装置完全按照材料工程中测定工程材料性能的基本思路和方法，测定如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等常用指标。虽然食品的质感性能取决于食品材料的力学性能，但二者不能划等号，并且，多数人并不看好其在定量描述食品在口腔中被感知方面的作用，因此，这些设备只能用于对食品材料学及其与食品质感学相互关系的研究上。

(3)综合性食品质感性能测试设备这类设备基本上按照材料试验的方法，但通过使用不同结构或形状的加载元件(探头)，与拉、压、剪、扭或旋转等运动进行组合，从而测得符合表一中定义的一些质感性能指标。这类仪器是当今国际上最流行的测试食品质感性能的设备(国内多翻译为质构仪或食品物性仪)，其代表产品有英国Stable Micro systems公司生产的TA-TXplusTexture Analyser、英国Lloyd-Instruments公司生产的TAPlus Texture Analyser、美国Brookfield公司的QTS-25 Texture Analyser、美国SI-Instruments公司的TMS-Pro Food Texture Analyser等，尤以英国Stable Micro systems公司的产品以其专业性备受业界推崇。这类产品测试精度和自动化程度均较高，但价格昂贵，对原材料、备用模具及附件的要求也很高，而且最重要的是其测量过程尚不能很好地模拟人类的咀嚼规律，其测试结果数据还不能完全满足食品质感性能评估的要求。尽管如此，由于仪器测量能有效克服感官分析中各种主观因素对评估结果的不利影响，具有耗时短、费用低、精度高、重复性好、可比性强等优点，易实现在线检测和在线监控，已逐渐成为国外新食品开发和食品质量控制不可或缺的重要手段。

本发明的目的是在吸收消化现有综合性食品质感性能测试设备优点的基础上，简化机构、增加功能，开发具有国际最新水平的、能满足工业生产与科学研究需要的食品质感性能测试系统。

发明内容：

(1)在食品质感性能的测试过程中，特别是测试某些液体或半固体食品的粘性时，通常将一已知形状和尺寸的搅拌叶片插入盛有样品的容器中并深入样品一定深度，测出叶片转速与剪切力之间的关系。在现有技术中，一般将盛装样品的容器放在工作台上静止不动，而由电机通过变速机构带动叶片旋转。但是由于装卡叶片的加载杆部分在做其它试验时需要做上下往复运动，这样一来，就使得加载杆部分的设计变得比较复杂。本发明拟将这两种运动分离开来，即加载杆部分只承担上下往复运动的功能，而在需要相对旋转运动时由放置容器的工作台完成，即保持装有搅拌风叶的加载杆部分静止不动，而由伺服电机通过传动机构带动样品工作台旋转。

(2)在食品质感性能的测试过程中，特别是在测试某些固体或半固体食品的综合质感性能指标时，通常要做一个称作TPA(Texture Profile Analysis)的试验，该试验需要对一个样品进行两次压缩。现有的技术中多采用常速直线往复运动，不能很好地重现食物在口腔中的受力条件，其测试结果也就不能很好地反映产品的真实质感性能。本发明拟采用变速直线运动，即按照不同人群在咀嚼过程中的实际下颌运动规律进行运动。这种运动规律可以嵌入控制程序中，也可以由操作者根据需要临时直观输入。这种运动规律包括根据实际测量获得的下颌运动以及根据需要设定的位移-时间函数和载荷-时间函数。

(3)在食品质感性能的测试过程中，对于不同的性能需要采用不同的加载装置(探头)。为了进一步提高测试设备的智能化水平，使得操作者不因选错加载装置或分析程序而浪费时间和造成其它损失，本发明在加载杆附近增加一个激光读码装置，而在每个不同的加载装置(探头)上均附有专用的编码。当因任务不同而更换不同的加载装置(探头)时，测试前，读码器将自动读码，并把信息直接传送给控制器，控制器自动调出相应的分析程序和工作界面，并通过声音提醒操作者，从而避免不必要的错误发生。

附图说明

图1给出了全功能食品质感仪运动机构的示意图；

图2给出了全功能食品质感仪的加载杆运动模式的示意图；

图3给出了全功能食品质感仪的分析程序选择功能和界面提醒功能的示意框图。

下面结合图例说明本发明的详细实施办法：

如图1所示，全功能食品质感仪的机械部分主要由电机1、传动机构2、加载杆3、试样固定工作台4、机架5和传动机构6等组成。电机1通过两个不同的离合器(图中未画出)分别与传动机构2和传动机构6连接，传动机构2通过丝杠螺母机构(或蜗轮蜗杆机构)带动加载杆3做直线运动，传动机构6直接带动试样固定工作台4做旋转运动。当加载杆3需要进行上下直线运动或上下往复直线运动时，电机1与传动机构2之间离合器处于闭合状态，电机1与传动机构6之间离合器处于断开状态，因而试样固定工作台4保持原始位置不变。当试样固定工作台4需要做旋转运动时，首先可使电机1与传动机构2之间离合器处于闭合状态，调节加载杆3的工作位置，然后使电机1与传动机构2之间的离合器断开，使电机1与传动机构6之间的离合器闭合，带动试样固定工作台4旋转，同时加载杆3的工作位置保持不变。工作结束后，使电机1与传动机构6之间的离合器断开，试样固定工作台4的旋转停止，同时使电机1与传动机构2之间的离合器闭合，带动加载杆3上升到的原始位置。。

如图2所示，根据试验的需要，全功能食品质感仪的加载杆可以选用不同的运动模式，而这些不同的试验模式均由数据处理部分通过控制电机的转速来实现。(a)加载杆按匀速运动模式。一般利用加载杆作拉伸、压缩或剪切试验时，要求加力杆作匀速直线运动；当需要作TPA试验时，加力杆可以按照图示运动曲线作两次往复直线运动；(b)加载杆按正弦曲线运动模式。这是简化了的下颌运动，当需要作TPA试验时，加力杆可以按照图示运动曲线作两次往复直线运动；(c)加载杆按实际下颌运动模式。这是最精确的模仿人类的咀嚼过程，当需要作精确的TPA试验时，加力杆可以按照图示运动曲线作两次往复直线运动；(d)加载杆先作一段匀速直线运动，然后保持在某个固定位置一段时间，最后回复到加载杆的初始位置的运动模式。因许多食品均是粘弹性的，有时它的应力松弛性能会极大地影响它的质感性能，此时就需要按图示模式测量它的应力松弛参量；(e)加载杆先作一段匀速直线运动，然后保持在某一常载荷一段时间，最后回复到加载杆的初始位置的运动模式。同(d)的原因一样，因为食品的粘弹性特征，有时需要按图示模式测量它的蠕变参量。

如图3所示，当新装上一个加载装置(探头)时，光学读码器首先读出加载装置(探头)上的编码并将信息传给数据处理系统。数据处理系统经过分析并预存编码系统进行比较，然后将结果用文字的形式显示在界面上(也可用语音的方式告诉操作者加载装置所适合的试验)，同时在界面上出现选择框并由操作者判断并确认其正确与否。如果加载装置(探头)选择错误，则更换为所需加载装置(探头)并重复上述操作；当确认加载装置(探头)选择正确时，合适的分析界面就自动出现，试验即可继续进行。

Claims (1)

1.一种全功能食品质感性能测试仪，它由机械部分、力敏传感器、位移传感器、激光读码器、计算机控制和数据处理部分组成，机械部分主要包括机架、工作台、加载杆、传动机构和伺服电机，其特征在于：

各种加载装置上印有条码，仪器相应位置设有激光读码器，仪器工作前，激光读码器自动读码并将加载装置的信息传给计算机；

计算机内置了各种加载装置的信息，它使运动控制和数据处理实现智能化；

工作台按照试验要求实现旋转运动；

加载杆既能实现垂直等速运动，也能实现垂直变速运动；

根据需要，加载杆的垂直变速运动方式包括以下三种：

(1)按照相关位移一时间函数运动；

(2)按照相关载荷一时间函数运动；

(3)模拟人类咀嚼过程中的下颌运动。

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