概述
肉類剪切力儀（Meat Shear Force Tester），亦稱肉嫩度儀或沃?布剪切力測定儀（Warner-Bratzler Shear Force Tester），是一種依據沃?布剪切力法專門用于量化評估肉類及肉制品嫩度的專用檢測設備。嫩度是評價肉品食用品質的核心指標之一，指肉在咀嚼時對剪切、撕裂作用的抵抗能力，直接影響消費者對肉類的接受程度。該儀器采用標準沃?布（Warner?Bratzler）剪切刀以恒定速度切斷肌肉纖維，通過高精度力值傳感器記錄切割過程中的最大力值（峰值剪切力），將該數值作為肉樣嫩度的量化指標。剪切力值與肉的嫩度呈負相關：剪切力值越小，表明肉的嫩度越高；優質牛肉的峰值力通常在 20 N 到 60 N 之間。該儀器依據 NY/T 1180?2006《肉嫩度的測定 剪切力測定法》等農業行業標準設計，廣泛應用于肉類加工企業、肉牛養殖與育種單位、質量監督部門、商品檢驗機構、高等院校及科研院所等。
適用樣品
本儀器主要適用于以下類型的樣品及檢測場景：
畜禽肉：適用于豬肉、牛肉、羊肉、雞肉、鴨肉等畜禽肉的嫩度測定，包括不同部位（如背最長肌、腰大肌、腿肌等）的鮮肉、排酸肉、冷凍肉解凍后的樣品。
加工肉制品：適用于火腿、香腸、培根、肉干等加工肉制品的嫩度及質構特性評估。
其他食品：通過更換不同夾具，可擴展應用于魚糜凝膠強度、奶酪、果蔬硬度等其他食品物性學分析。
科研與育種：在畜禽育種中，嫩度是評價肉用動物生產性能的重要指標，為育種篩選提供量化依據。
適用行業：肉類加工企業、食品生產企業、質檢機構、海關檢驗檢疫部門、科研院所及高校食品科學實驗室。
測試原理
該儀器基于沃?布剪切力測試原理進行設計。嫩度是指肉在切割時所需的剪切力，即測試儀器的刀具切斷被測肉樣時所用的力。從力學角度看，剪切是物體受到兩個大小相等、方向相反但作用線緊貼的力，使物體受力處的兩個截面產生相對錯動，當力值達到一定程度時，物體即被切斷。測試過程中，按規定尺寸制備的標準化肉樣置于儀器的砧床上，專用沃?布剪切刀在驅動系統帶動下以恒定速度垂直向下運動，沿垂直于肌纖維的方向切割肉樣。刀具在切斷肌肉纖維的過程中，高精度力值傳感器實時記錄力值變化，系統自動捕捉并記錄切割過程中的最大力值（峰值剪切力），該值即為肉樣的嫩度值。嫩度值以牛頓（N）表示，剪切力越小，肉的嫩度越高。
測試標準
該儀器的設計、制造和使用嚴格遵循以下農業行業標準：
NY/T 1180?2006《肉嫩度的測定 剪切力測定法》：農業行業標準，由國家農業部發布。該標準規定了肉嫩度剪切力測定的術語和定義、原理、儀器與設備、試樣制備、測定步驟、結果計算與表述等要求。其中對沃?布剪切刀的具體尺寸做出了嚴格規定：刀具厚度為 3.0 mm ± 0.2 mm，刃口內角度為 60°，內三角切口高度 ≥ 35 mm，砧床口寬為 4.0 mm ± 0.2 mm。測定儀器的量程應 ≥ 0.0098 N，儀器精度應 ≤ 0.02%，剪切速度為 1 mm/s。該標準是肉嫩度測試的核心依據。
NY/T 2660?2014《肉牛生產性能測定技術規范》：農業行業標準，規定了肉牛主要生產性能測定的性狀與方法，適用于肉牛生產與經營中的性能測定。該標準將剪切力值列為肉質性狀的測定指標之一，進一步確立了剪切力測定法在肉牛育種中的應用地位。
NY/T 2793?2015《肉的食用品質客觀評價方法》：農業行業標準，規定了肉的食用品質指標的術語和定義、客觀評價方法，適用于生鮮豬肉、牛肉、羊肉和雞肉食用品質指標的客觀評價。該標準明確將剪切力定義為“指測試儀器的刀具切斷被測肉樣時所用的力，反映肉的嫩度”，并注明通常采用 Warner?Bratzler 剪切法。剪切力的單位是千克力（kgf）或牛頓（N）。
儀器特征
現代肉類剪切力儀普遍具備以下技術特征：
高精度測控系統：采用 PLC（可編程邏輯控制器）工業控制系統，配合精密滾珠絲桿和步進電機，確保施力過程的穩定性和測試結果的準確性。量程為 200 N（其他量程可選），力值分辨率達 0.01 N，精度為 ±0.5%，位移精度為 0.1 mm。
靈活速度調節：測試速度在 1?300 mm/min 范圍內無級調速，可根據不同樣品特性選擇適宜的測試速度。標準剪切速度為 1 mm/s（即 60 mm/min）。
專用沃?布剪切刀具：配備符合 NY/T 1180 標準的專用沃?布剪切刀，刀具厚度為 3.0 mm ± 0.2 mm，刃口內角度為 60°，內三角切口高度 ≥ 35 mm。砧床口寬為 4.0 mm ± 0.2 mm，確保測試的規范性和結果的可比性。
智能化操作平臺：配備 7 英寸 HMI 人機界面觸摸屏，操作直觀、簡單。可方便設置測試速度、樣品信息等參數，并實時顯示力?位移曲線。
自動進樣功能（可選）：可選配自動進樣測試裝置，一次性測量多個樣品，提高批量測試效率。
數據輸出功能：內置點陣式微型打印機，方便記錄測試結果。可選配計算機軟件，進行數據存儲、分析和報告生成。
安全保護機制：配置限位和過載保護裝置，確保測試過程安全穩定。
自動回位功能：測試結束后，刀具可按自設速度自動回位，提升批量測試效率。
技術參數
| 參數項目 | 技術規格 |
|---|---|
| 量程 | 200 N（其他可選） |
| 精度 | ±0.5% |
| 分辨率 | 0.01 N |
| 測試速度 | 1～300 mm/min（無級可調） |
| 位移精度 | 0.1 mm |
| 刀具厚度 | 3.0 mm ± 0.2 mm |
| 刃口內角度 | 60° |
| 內三角切口高度 | ≥35 mm |
| 砧床口寬 | 4.0 mm ± 0.2 mm |
| 控制系統 | PLC 工業控制系統 |
| 顯示系統 | 7 英寸 HMI 人機界面觸摸屏 |
| 數據輸出 | 內置點陣式微型打印機 |
| 安全保護 | 限位保護、過載保護 |
使用方法
依據 NY/T 1180?2006 標準規定，肉類剪切力儀的使用應遵循標準化操作流程：
1. 樣品制備
取肉樣（通常為背最長肌），剔除表面脂肪和結締組織。將肉樣切成厚度約為 2.54 cm 的肉塊，放入密封袋中排氣密封。將密封肉樣置于功率不低于 1500 W 的恒溫水浴鍋中加熱，用熱電偶測溫儀監測肉樣中心溫度，加熱至中心溫度達到 70 ℃ 時取出，冷卻至中心溫度為 0 ℃～4 ℃。
使用直徑 1.27 cm 的圓形鉆孔取樣器，沿與肌纖維平行的方向鉆切肉樣，孔樣長度不少于 2.5 cm。取樣位置應距離樣品邊緣不少于 5 mm，兩個取樣的邊緣間距不少于 5 mm，剔除有明顯缺陷的孔樣。每個肉樣至少制備 3 個測試樣塊，取樣后應立即測定。
2. 測試前準備
檢查儀器水平，確認刀具及砧床清潔無損傷。開啟電源預熱。在觸摸屏上設置測試速度（標準規定為 1 mm/s，即 60 mm/min），設置測試行程等參數。
3. 儀器校準
使用標準砝碼對力值傳感器進行校準，確保力值測量精度。測定儀器的準確度應使用國家法定計量單位認可的標準砝碼測試，測量值與檢測標準砝碼的準確值的誤差范圍應在 ±0.1% 以內。
4. 試樣安裝
將制備好的肉樣水平放置在砧床上，確保肌纖維方向與刀具切割方向垂直。肉樣應居中放置，避免偏斜。刀具空載運行所受到的剪切力應 ≤ 0.147 N。
5. 執行測試
啟動測試程序，沃?布剪切刀以設定速度垂直向下運動，沿垂直于肌纖維方向切割肉樣。儀器實時記錄力?位移曲線，自動捕捉并記錄切割過程中的最大力值（峰值剪切力），即嫩度值。
6. 結果記錄與計算
記錄每個試樣的峰值剪切力值，取至少 3 個樣塊測定結果的平均值作為該肉樣的嫩度值。嫩度值計算時應減去空載運行最大剪切力。剪切力以牛頓（N）表示，結果保留至小數點后兩位。同一肉樣有效肉樣數據的測量值允許的相對偏差值應 ≤ 15%。
7. 數據判定
將實測嫩度值與產品標準或企業內部標準進行比較，判定肉品嫩度等級。嫩度值越小表示肉的嫩度越好。
8. 測試結束
刀具自動回位，取下樣品，清理測試區域。
維護保養
日常清潔：每次測試后，用軟布或刷子清潔刀具、砧床及測試臺面，去除殘留的肉屑或油脂。禁止使用腐蝕性清潔劑。
刀具檢查：定期檢查沃?布剪切刀刃口有無磨損、變形或缺損，確保刀具尺寸符合標準要求（厚度 3.0 mm ± 0.2 mm）。如發現刀具磨損嚴重，應及時更換。
運動部件保養：定期檢查絲桿、導軌等運動部件，保持清潔并按需添加專用潤滑脂。
傳感器保護：避免超量程使用，嚴禁對力值傳感器施加沖擊載荷。
砧床檢查：定期檢查砧床口寬（標準為 4.0 mm ± 0.2 mm），如因磨損導致口寬變化，應及時更換砧床。
環境管理：儀器應置于清潔、干燥、無振動的環境中，避免陽光直射和溫度劇烈波動。建議環境溫度控制在 10?30 ℃，相對濕度 ≤ 80%。
定期校準：建議每年進行一次全面校準，由具備資質的計量機構執行。使用中如對測量結果產生疑問，應及時進行校準驗證。
校準方法與周期
校準方法：
力值校準：使用經計量溯源的標準砝碼，對力值傳感器進行多點校準（通常覆蓋測量范圍 0?200 N）。測定儀器的測量值與檢測標準砝碼的準確值的誤差范圍應在 ±0.1% 以內，儀器精度應 ≤ 0.02%。
速度校準：使用秒表和位移測量工具，測量刀具在一定時間內的實際移動距離，計算實際速度，確保其與設定值（標準要求 1 mm/s）誤差在允許范圍內。
位移精度校準：使用標準量塊對位移測量系統進行校準。
刀具尺寸校準：使用游標卡尺定期檢查刀具厚度、刃口角度等幾何尺寸，確保符合 NY/T 1180 標準要求。
校準周期：
建議周期為 12 個月，由具備資質的計量機構執行。
期間核查：建議每月使用標準砝碼進行力值快速核查，確保儀器持續處于正常工作狀態。
特殊情形：儀器經過維修、更換刀具、搬運或對測試結果產生疑問時，應及時進行校準。
常見故障與排除方法
故障一：測試結果重復性差。
排除：檢查樣品制備是否標準化（尺寸、加熱溫度、冷卻條件等）；確認肉樣放置方向是否一致（肌纖維方向與切割方向垂直）；檢查刀具是否磨損；檢查儀器是否在校準有效期內；確保同一肉樣測量值的相對偏差 ≤ 15%。
故障二：力值顯示異常或為零。
排除：檢查力值傳感器連接線是否松動；確認測試前是否執行了清零操作；檢查是否超量程使用導致傳感器損壞。
故障三：刀具運動卡頓或異響。
排除：立即停止使用。檢查絲桿和導軌是否有異物或缺乏潤滑，進行清潔和潤滑。如問題依舊，可能涉及機械部件磨損，需聯系專業維修。
故障四：刀具無法切斷肉樣。
排除：檢查刀具是否鋒利，有無缺口或磨損；檢查設定的行程是否足夠；檢查砧床口寬是否因磨損而變大。
故障五：儀器無法啟動或觸摸屏無響應。
排除：檢查電源連接。嘗試重啟儀器。若觸摸屏失靈，可能是內部連接問題或屏幕故障，需聯系廠家技術支持。
故障六：微型打印機不工作。
排除：檢查打印機連接線；檢查打印紙是否用盡或卡紙；重啟儀器和打印機。
重要提示：以上內容基于通用技術規范和行業標準。在實際應用中，應嚴格遵守 NY/T 1180?2006《肉嫩度的測定 剪切力測定法》、NY/T 2793?2015《肉的食用品質客觀評價方法》、NY/T 2660?2014《肉牛生產性能測定技術規范》 等相關標準的最新版本規定，并建立相應的標準操作規程。樣品制備的加熱溫度和時間是影響嫩度測定結果的關鍵因素，應嚴格按照標準要求執行。沃?布剪切刀的幾何尺寸直接影響測試結果，應定期檢查確認符合標準要求。所有測試儀器需處于有效的校準狀態，并由經過培訓的人員操作。測試結果的判定需嚴格依據產品對應的質量標準或企業內部標準。
參考資料
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