概述

牛肉剪切力儀，又稱肉類剪切力嫩度測試儀或沃?布剪切力測定儀，是一種依據沃?布（Warner?Bratzler）剪切力法專門用于量化評估牛肉嫩度特性的專用檢測設備。嫩度是評價牛肉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，直接關系到消費者對牛肉的接受程度與購買意愿。

該儀器模擬人的牙齒對肌肉的咀嚼作用，采用標準沃?布剪切刀以恒定速度切斷肌肉纖維，通過高精度力值傳感器實時記錄切割過程中的力值變化，并自動捕捉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。牛肉剪切力依據以下農業行業標準設計：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》和NY/T 2660?2014《肉牛生產性能測定技術規范》。這些標準均由中華人民共和國農業部發布，由全國畜牧業標準化技術委員會歸口，是肉牛育種和肉品品質評價領域的基礎性技術規范。該儀器廣泛應用于肉牛養殖與育種單位、肉類加工企業、質量監督部門、商品檢驗機構、高等院校及科研院所，為肉品質量分析、加工工藝優化以及家畜育種工作提供直接且可靠的數據支持。

適用樣品

牛肉剪切力儀主要適用于以下類型的樣品及檢測場景：

• 牛肉：適用于不同品種（如秦川牛、西門塔爾牛、新疆褐牛、夏南牛等）、不同部位（如背最長肌、腰大肌、股二頭肌等）、不同熟成階段牛肉的嫩度測定。剪切力是評價肉牛胴體性狀的重要指標，在肉牛育種中被列為肉質性狀的核心測定指標之一。

• 加工肉制品：適用于牛肉干、牛肉脯等加工肉制品的嫩度及質構特性評估。

• 其他畜禽肉：可擴展應用于豬肉、羊肉、雞肉等其他畜禽肉的嫩度測定，測試方法參照相同標準。根據NY/T 2793-2015的規定，該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。

• 科研與育種：在肉牛育種中，嫩度是評價肉牛胴體性狀的重要指標，牛肉剪切力儀為育種篩選和遺傳評估提供量化數據，服務肉牛種質資源創新與分子設計育種。

• 適用行業：肉牛生產與經營中的性能測定企業、肉品加工企業、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

牛肉剪切力儀基于沃?布剪切力測試原理進行設計。沃?布剪切力法（Warner?Bratzler Shear Force，WBSF）是利用物料剪切的原理來評價肌肉嫩度，在一定范圍內剪切力與嫩度呈負相關，因此可通過測定剪切過程中的最大剪切力來量化嫩度。

剪切力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，單位為牛頓（N）或千克力（kgf）。通常采用沃?布剪切法進行測定。

測試過程：按規定尺寸制備的標準化肉樣（使用圓形鉆孔取樣器制備直徑為1.27 cm、長度不少于2.5 cm的肉柱）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（標準剪切速度為1 mm/s，即60 mm/min）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），將該峰值力值作為肉樣的嫩度值。

嫩度值與牛肉品質的對應關系：嫩度值越小表示牛肉的嫩度越高。優質牛肉的峰值力通常在20 N到60 N之間。在具體評定中，0～2 kg為很嫩，2～5 kg為嫩，5～7 kg為中等，7～9 kg為較粗硬，9～10 kg為粗硬，11 kg以上為很粗硬。在我國，當牛肉剪切力值>55.43 N時，消費者會認為肉質較韌；當剪切力值<41.4 N時，牛肉肉質較嫩，消費者易于接受。屠宰后冷卻排酸成熟的牛肉剪切力值通常在2.5～5.5 kg之間。

測試標準

牛肉剪切力儀的設計、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》

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，適用于家畜及大型禽類肉的嫩度測定。該標準也是國際標準化組織（ISO）、美國分析化學家協會（AOAC）及中國農業部共同認可的肉品嫩度測定核心標準。

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。該標準是牛肉剪切力儀的核心設計依據。

值得注意的是，該標準的修訂項目《NYB?24322 肉嫩度的測定 剪切力測定法》已于2025年10月通過標準預審查，新版標準公開征求意見稿已于2025年12月發布，反映了我國在肉品嫩度檢測領域的持續技術更新。

NY/T 2793?2015《肉的食用品質客觀評價方法》

農業行業標準，于2015年5月21日發布，2015年8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”，并注明通常采用沃?布剪切法。鮮肉的食用品質指標主要包括肉的pH、顏色、剪切力和保水性等。

在正常肉質判定方面，該標準規定生鮮豬肉宰后48 h的剪切力不超過45 N。對于牛肉和羊肉的食用品質客觀評價方法也有相應規定。

NY/T 2660?2014《肉牛生產性能測定技術規范》

農業行業標準，于2014年10月17日發布，2015年1月1日實施，由全國畜牧業標準化技術委員會歸口。該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。該標準將肉色、脂肪顏色、大理石花紋、剪切力值、肌肉脂肪含量、pH、滴水損失等列為胴體性狀的測定指標，進一步確立了剪切力測定法在肉牛育種和品質評價中的應用地位。

儀器特征

牛肉剪切力儀具備以下技術特征：

• 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，力值分辨率達0.01 N，精度為±0.5%，位移精度為0.1 mm。儀器示值準確度<±1%。力量感應元作用力感應值符合NY/T 1180標準要求（≤0.0098 N）。

• 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。刀具及砧床均采用不銹鋼材質，耐用不生銹。

• 圓形鉆孔取樣器：配套供應直徑1.27 cm的圓形鉆孔取樣器，用于從熟制肉樣中鉆取標準化肉柱。取樣時沿肌纖維方向取樣，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。

• 智能化操作平臺：配備7英寸HMI人機界面觸摸屏，菜單顯示，實時顯示力?位移過程曲線，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?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）。

• 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，確保測試過程安全可靠。

• 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

牛肉剪切力儀的典型技術參數如下：

• 量程：0～200 N

• 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1 mm/s（60 mm/min）

• 位移精度：0.1 mm

• 示值準確度：<±1%

• 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

• 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，牛肉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℃。有研究表明，肌肉嫩度測定肉樣水浴終止溫度以72～74℃為宜，此溫度設置下烹煮的肉塊剪切力值變異系數較小。冷卻方式可以是室溫冷卻或冷藏。

使用配套的直徑1.27 cm圓形鉆孔取樣器，沿與肌纖維平行的方向鉆切肉樣。取樣時，將取樣器垂直壓入肌肉塊，旋轉取出后推出肉柱。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，避免邊緣效應對結果的影響。剔除有明顯缺陷（如含有大量脂肪、結締組織或破損）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，或保存在自封袋中防止失水。

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，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。測定儀器應具有校準能力。力量感應元的作用力感應值應符合標準要求（≤0.0098 N），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——即肉柱中的肌纖維方向應與刀口走向垂直放置。將處理好的肉柱置于儀器的刀槽上，使肉柱居中放置，避免偏斜。刀具空載運行所受到的剪切力應符合設備精度要求（≤0.147 N）。

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，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），將該峰值力值作為肉樣的嫩度值。

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%，以保障數據可重復性。

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，判定牛肉嫩度等級。數據參考如下：剪切力峰值<60 N為一級肉，60?80 N為二級肉，>80 N為三級肉。嫩度值越小表示牛肉的嫩度越好。我國消費者對牛肉嫩度的接受標準是剪切力值<41.4 N為較嫩、易于接受。對于澳大利亞等出口標準，需要符合相應的剪切力等級指標。

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

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，去除殘留的肉屑或油脂。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3.0 mm ± 0.2 mm）。刀具、砧床均不銹鋼材質，耐用不生銹。如發現刀具磨損嚴重，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4.0 mm ± 0.2 mm），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，如變鈍應及時修磨或更換。

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。校準應由專業人員進行，并保留校準記錄。如檢定周期為一年，校準間隔不建議超過一年半，且中間需進行期間核查，保留相關記錄。

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?200 N）。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≤0.0098 N。

   • 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。

   • 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≤0.147 N。

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；確認剪切速度設置是否符合標準要求（標準為1 mm/s）。

• 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。該儀器不僅適用于牛肉品質的客觀評價，還可為肉牛育種篩選與胴體性狀分級提供核心數據支撐。