概述

貝類肌肉剪切力測試儀是一種依據沃?布（Warner?Bratzler）剪切力測定原理，專門用于量化評估扇貝、蛤蜊、貽貝等雙殼類軟體動物肌肉嫩度及質構特性的專用食品物性分析設備。剪切力是測試儀器刀具切斷被測肌肉樣品時所用的力，該值能客觀反映貝類肌肉的嫩度水平：剪切力值越小，肌肉越嫩；剪切力值越大，肌肉越老韌。貝類肌肉的硬度和彈性等指標是評價貝類新鮮度與食用品質的核心依據——新鮮貝類通常具有更高的硬度和彈性，而腐敗后組織會逐漸軟化。通過對扇貝閉殼肌等貝類肌肉進行TPA全質構分析，可測定硬度、彈性、內聚性、咀嚼性等多個參數，綜合評估貝肉口感。該儀器廣泛應用于水產養殖企業、貝類加工廠、食品質量監督部門、商品檢驗機構、高等院校及科研院所，為貝類育種篩選、養殖工藝優化、加工技術改進及品質分級提供量化數據支持。

適用樣品

該測試儀主要適用于以下類型的樣品及檢測場景：

• 扇貝：適用于扇貝閉殼肌（貝柱）的剪切力測定及TPA全質構分析。研究表明，隨著實驗壓力增加，貝肉硬度呈現先降低后增加的趨勢，彈性則呈現先升高后降低的趨勢，內聚性隨壓力增大而增大，咀嚼性與硬度呈正相關。通過對扇貝柱質構分析（TPA）測定方法的研究，可以得出適宜的壓縮程度和壓縮速率參數。

• 蛤蜊與貽貝：適用于蛤蜊腹足肌肉、貽貝閉殼肌等的嫩度及質構特性評估。冷藏期間貝類的剪切力、彈性等指標會發生規律性變化，可用于監測貝類品質隨時間的變化趨勢。

• 鮑魚：適用于鮑魚腹足肌肉的彈性、硬度、剪切力及咀嚼性評估。鮑魚的嫩度是評價其食用品質和商業價值的重要指標，不同養殖條件和加工方法對鮑魚肌肉的質構特性有顯著影響。

• 其他貝類及水產品：通過更換不同夾具，可擴展應用于牡蠣、象拔蚌等其他貝類的肌肉剪切力測定。剪切的測試原理同樣適用于測試魚肉，衡量魚肉的咀嚼難度和新鮮度。冷凍魚糜的強度測定、魚皮明膠的強度測試也可在本儀器平臺上擴展實現。

• 科研與育種：在貝類育種中，肌肉嫩度是評價貝類品質的重要指標。本發明還涉及使用X光無損檢測貝類肌肉量，作為肌肉研究的指標，服務于貝類肌肉研究和育種技術領域。

測試原理

該儀器基于沃?布（Warner?Bratzler，簡稱WBS）剪切力測試原理進行設計。嫩度是指肌肉樣品在切割時所需的剪切力，即測試儀器的刀具切斷被測樣品時所用的力。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。對水產品魚肉類嫩度進行測試時，通常采用剪切模式，利用V型切刀在垂直方向上切割樣品，達到設定的高度，產生的剪切力用于表征樣品的嫩度。

測試過程：按規定尺寸制備的標準化貝類肌肉樣品置于儀器的砧床上，專用剪切刀在驅動系統帶動下以恒定速度（標準剪切速度為1mm/s，即60mm/min）垂直向下運動，沿垂直于肌纖維的方向切割樣品。刀具在切斷肌肉組織的過程中，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），將該峰值力值作為樣品的嫩度值。嫩度值以牛頓（N）表示，剪切力越小，產品的嫩度越高。

測試模式：該儀器支持以下測試模式：

• 剪切力峰值測試（嫩度測試）：直接測定刀具切斷樣品時的最大力值。水產品中魚肉類嫩度是口感的重要參數，嫩度測試一般采用剪切模式，利用V型切刀在垂直方向上切割樣品，設定好下壓距離，達到設定的高度，產生的剪切力用于表征樣品的嫩度。樣品制備通常采用圓柱形，直徑25mm，高度15mm，測試條件為達到預載后25mm，測試速度1mm/s。

• 全質構測試（TPA模式）：通過兩次壓縮循環，模擬牙齒咀嚼過程，同時獲得硬度、彈性、內聚性、咀嚼性、回復性等多個質構參數。對于水產品，TPA模式可實現全質構測試，通過二次壓縮并計算各類數據，得出樣品的硬度、彈性、咀嚼性等參數。研究表明，取樣的具體位置對硬度和彈性有顯著影響，綜合各項指標可有效評估貝肉口感。

• 凝膠強度測試：適用于魚糜、明膠類產品的凝膠強度測定，采用球形或柱形探頭，垂直方向上穿過樣品表面，達到設定距離，產生的力與距離等參數用于表征強度。

• 穿刺測試：適用于魚皮明膠等產品的穿刺強度測定，刺入特定深度后記錄最大力值。

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，并參考水產品質構檢測的相關技術規范：

• NY/T 1180?2006《肉嫩度的測定 剪切力測定法》：中華人民共和國農業行業標準，由農業部于2006年7月10日發布，2006年10月1日正式實施，由全國畜牧業標準化技術委員會歸口。該標準規定了肌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3.0mm±0.2mm，刃口內角度為60°，內三角切口高度≥35mm，砧床口寬為4.0mm±0.2mm。國際標準化組織（ISO）、美國分析化學家協會（AOAC）及中國農業部（NY/T 1180?2006）均將剪切力法作為肉品嫩度測定的核心標準。該標準是貝類肌肉剪切力測定的核心參考依據。

• 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，也作為貝類肌肉質構評價的方法學參考。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。

• NY/T 2660?2014《肉牛生產性能測定技術規范》：農業行業標準，適用于肉牛生產與經營中的性能測定，將剪切力值列為肉質性狀的測定指標之一。

• 水產品質構檢測參考：在水產品（包括貝類）質構分析領域，硬度/彈性檢測通過穿刺或壓縮測試評估魚、蝦、貝類等的新鮮度。新鮮水產品通常具有更高的硬度和彈性，而腐敗后組織軟化。質構測試中TPA模式是實現全質構測試的標準方法，通過二次壓縮，計算各類數據，得出樣品的硬度、彈性、咀嚼性等參數。此外，冷凍魚糜的凝膠強度檢測依據GB/T 36187?2018標準執行。

儀器特征

貝類肌肉剪切力測試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200N（其他量程可選），力值分辨率達0.01N，精度為±0.5%，位移精度為0.1mm。儀器精度應≤0.02%，力量感應元作用力感應值≤0.0098N。剪切速度可在0-1.3mm/s范圍內調節，標準剪切速度為1mm/s。

• 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3.0mm±0.2mm，刃口內角度為60°，內三角切口高度≥35mm，砧床口寬為4.0mm±0.2mm，確保測試的規范性和結果的可比性。刀具及砧床均采用不銹鋼材質，耐用不生銹。

• 可選配剪切力刀具：嫩度測試采用剪切模式，利用V型切刀在垂直方向上切割樣品，達到設定的高度，產生的剪切力用于表征樣品的嫩度。對于魚肉類海鮮的嫩度評價，可使用V型切刀或楔形刀具。

• 圓形鉆孔取樣器：配套供應直徑1.27cm（約0.5英寸）的圓形鉆孔取樣器，便于從貝類肌肉中制備標準測試樣塊，保證測試的一致性和規范性。對于貝類特殊結構（如扇貝閉殼肌），也可采用方形或圓柱形取樣器。

• 智能化操作平臺：配備7英寸HMI人機界面觸摸屏，菜單顯示，實時顯示過程曲線，操作直觀、簡單。全自動完成測試，具有測試數據統計處理功能。

• 靈活速度調節：測試速度在1?300mm/min范圍內無級調速，可根據不同貝類樣品的特性和尺寸選擇適宜的測試速度。

• 多種測試模式：支持全質構分析（TPA模式）、凝膠強度測試（用于魚糜、明膠類）、嫩度剪切測試、穿刺測試等多種測試模式，滿足貝類肌肉、魚糜、明膠等多種水產品的綜合物性分析需求。

• 數據輸出功能：內置點陣式微型打印機，方便記錄測試結果。用戶可根據需要在單位N與kg之間自由切換。配備RS232接口，便于與電腦的外部連接和數據傳輸。

• 安全保護機制：配置上、下限位自動限位功能，過載自動報警和斷電保護裝置，電磁感應法限位原理，精準靈敏，確保測試過程安全可靠。

技術參數

該測試儀的典型技術參數如下：

• 量程：200 N（其他量程可選）

• 精度：±0.5%

• 分辨率：0.01 N

• 測試速度：1～300 mm/min（無級可調），標準剪切速度1mm/s

• 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

• 圓形鉆孔取樣器直徑：12.7 mm（約0.5英寸）

• 儀器精度：≤0.02%

• 力量感應元作用力感應值：≤0.0098 N

• 空載運行最大剪切力：≤0.147 N

• 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、RS232接口

• 電源：AC 220 V 50 Hz

使用方法

依據NY/T 1180?2006標準規定的剪切力測定法及水產品質構測試規范，貝類肌肉剪切力測試儀的使用應遵循標準化操作流程：

1. 樣品制備

• 貝類肌肉樣品的制備（嫩度測試）：取新鮮貝類（如扇貝、蛤蜊、鮑魚等）的腹足肌肉或閉殼肌，剔除表面附著物和結締組織。用濾紙吸干表面水分。將肌肉樣品切成規定尺寸（推薦圓柱形：直徑25mm，高度15mm；或方形：10mm×10mm×20mm）。使用配套的Φ12.7mm圓形鉆孔取樣器，沿肌肉紋理方向鉆切樣品，孔樣長度不少于2.5cm。取樣位置應距離樣品邊緣不少于5mm，多個取樣點之間的邊緣間距不少于5mm，剔除有明顯缺陷的樣品。每個肌肉樣品至少制備3個測試樣塊。如有必要，可將樣品加熱（中心溫度70℃）后冷卻至4℃再進行測試。研究表明，取樣的具體位置對硬度等指標的影響顯著，應盡量保證取樣部位的一致性，以便獲得可靠的對比數據。

• 魚糜及明膠類凝膠樣品的制備（凝膠強度測試）：冷凍魚糜強度測試需按標準GB/T 36187?2018執行。魚皮明膠強度測試樣品通常制備為方形30mm×30mm×15mm。

• 貝類肌肉樣品的制備（全質構分析）：對于扇貝柱等貝類肌肉，進行TPA全質構分析時，樣品通常制備為方形10mm×10mm×20mm。測試條件為二次下壓，測試深度為樣品高度的50%（可設定），停頓時間為5s（樣品恢復時間），測試速度為1mm/s。

• 樣品狀態控制：樣品的尺寸、保存時間、加工條件等因素都會造成同類樣品之間的質地差異很大，因此要保證樣品處于相同條件下測試，確保數據的一致性和可重復性。新鮮貝類通常具有更高的硬度和彈性，而腐敗后組織會逐漸軟化。

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。在觸摸屏上選擇測試模式（嫩度測試、TPA測試、凝膠強度測試等），設置測試速度（標準嫩度測試速度為1mm/s，即60mm/min），設置測試行程、目標形變等參數。

3. 儀器校準
使用經計量溯源的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，儀器精度應≤0.02%。校準應由專業人員進行，并保留校準記錄。

4. 試樣安裝
將制備好的貝類肌肉樣品水平放置在砧床上，確保樣品居中放置，避免偏斜。在嫩度測試中，應將處理好的孔樣置于儀器的刀槽上，使肌纖維與刀口走向垂直。在TPA測試中，應確保探頭與樣品中心對齊。刀具空載運行所受到的最大剪切力應≤0.147N。

5. 執行測試
啟動測試程序，剪切刀以設定速度垂直向下運動切割樣品。嫩度測試時，刀具沿垂直于肌肉纖維的方向切割樣品，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）。TPA測試時，探頭按設定程序進行兩次壓縮循環，儀器記錄力?時間/形變曲線。凝膠強度測試時，探頭垂直刺入樣品至設定距離，記錄力值變化。儀器實時顯示過程曲線，測試完成后自動回位。

6. 結果記錄與計算

• 嫩度值計算：記錄每個測試樣塊的峰值剪切力值（牛頓，N），取至少3個樣塊測定結果的平均值作為該貝類肌肉樣品的嫩度值。嫩度值計算時應減去空載運行最大剪切力。嫩度值保留至小數點后兩位。

• TPA參數計算：系統自動分析力?時間/形變曲線，計算出硬度（第一次壓縮的最大力值）、彈性（第二次壓縮與第一次壓縮的高度比）、內聚性、咀嚼性、回復性等全質構參數。研究表明，綜合各質構指標可有效評估貝類產品的整體口感。

• 凝膠強度計算：凝膠強度 = 最大力值 × 斷裂長度（g·cm）。

• 數據分析與判定：將實測嫩度值與產品標準或企業內部標準進行比較，判定貝類產品品質等級。嫩度值越小表示產品越嫩。新鮮水產品通常具有更高的硬度和彈性，而腐敗后組織軟化。對扇貝柱等樣品進行TPA質構分析時，合適的質構參數有助于指導工藝參數的確定。建議記錄測試條件、樣品信息、測試日期等，以便進行數據追溯和質量分析。

7. 測試結束
測試結束后探頭/刀具自動回位，取下樣品，清理測試區域。

維護保養

1. 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，去除殘留的貝類組織碎屑或油脂。該設備沒有防水功能，禁止在潮濕或漏雨的場所使用。禁止使用腐蝕性清潔劑。

2. 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3.0mm±0.2mm）。刀具、砧床均采用不銹鋼材質，耐用不生銹，但如發現刀具磨損嚴重或出現缺口，應及時更換。

3. 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，確保傳動系統順暢運行。

4. 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。儀器長期不使用時應斷開電源。

5. 砧床檢查：定期檢查砧床口寬（標準為4.0mm±0.2mm），如因長期使用磨損導致口寬變化，應及時更換砧床，以免影響測試準確性。

6. 取樣器維護：圓形鉆孔取樣器每次使用后應清洗干凈并擦干，防止生銹。定期檢查刃口是否鋒利。

7. 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%。

8. 定期校準：儀器精度會隨著使用時間的增加而降低，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

1. 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?200N）。測定儀器的測定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%。力量感應元的作用力感應值應≤0.0098N。校準應由專業人員進行，并記錄校準結果。

   • 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1mm/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（厚度3.0mm±0.2mm，刃口內角度60°）。

   • 空載校準：在無樣品狀態下運行儀器，測量空載運行所受到的最大剪切力，應≤0.147N。

2. 校準周期：

   • 建議周期為12個月，由具備資質的計量機構執行全面校準。

   • 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）；確認貝類樣品放置方向是否一致；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：刀具無法切斷貝類肌肉樣品。

  • 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；確認剪切速度設置是否符合標準要求。

• 故障五：貝類樣品在測試中滑動。

  • 排除：確保砧床表面清潔干燥；使用適當的夾具固定樣品；對于形狀不規則的貝類樣品，可采用定制夾具輔助固定。

• 故障六：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。

• 故障七：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。貝類肌肉樣品的制備方法（取樣部位、樣品尺寸、溫度條件等）是影響測試結果的關鍵因素，應嚴格保持測試條件的一致性。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。對于貝類等水產品，新鮮度對質構特性有顯著影響——新鮮水產品通常具有更高的硬度和彈性，而腐敗后組織軟化，因此應在規定時間內完成測試。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。