什麼是穿刺測試?
穿刺測試(Puncture Test)是質構分析儀最廣泛應用的測試模式之一,透過穿刺探頭對食品樣品施加穿透壓力,精確量測食品的硬度、易碎性、穿透力及黏性等關鍵質地特性。
不同於TPA雙重壓縮測試,穿刺測試採用單次穿入模式,以小直徑探頭集中施力,特別適合評估食品表皮硬度、脆殼結構、凝膠強度(如明膠Bloom強度)與食品內部均質性。廣泛應用於烘培食品、糖果、乳製品、蔬果、凝膠類食品等超過60種食品品類的品質管控。
穿刺測試主要應用領域:
烘培製品硬度
糖果易碎性
乳製品塗抹性
蔬果皮穿刺強度
凝膠Bloom強度
抹醬硬度
冰淇淋硬度
AACC標準麵包測試
物性測定儀穿刺測試原理與流程
穿刺測試原理基於物性測定儀的精密力量感測系統,驅動穿刺探頭以設定速度垂直穿入樣品,即時記錄力量-時間(或距離)曲線,從中提取硬度峰值、破裂點、黏著力等關鍵參數。以AACC (74-09)標準方法為例,測試設定如下:
| 速度 |
測試模式 |
啟點 |
目標 |
延遲 |
| 1.7 mm/s |
形變(壓) |
5 gf |
25% |
0 sec |
▲ 麵包硬度測試(AACC 74-09)標準參數設定,直徑 36mm 柱形探頭
樣品準備
依據標準(如AACC 74-09)將麵包切成25mm或12.5mm均勻厚度;蔬果、糖果等則依樣品特性進行標準化前處理,確保測試重現性。
探頭定位與觸發
將樣品置於穿刺探頭正下方中央,避開不規則或不具代表性區域。探頭下降接觸樣品並達觸發力(Trigger force)時,系統開始正式記錄數據。
穿刺壓縮至目標深度
探頭持續以設定速度穿入樣品,至達成預設目標深度(如形變25%、固定距離mm或穿透模式)。系統即時記錄完整力量-時間曲線。
退針與數據提取
探頭退回起始位置,系統自動計算最大穿刺力(硬度)、破裂點、負向黏著力等參數,並生成完整測試報告。
多點重複與統計分析
依需求進行多點重複測試,質構分析儀軟體自動進行統計分析,輸出平均值與標準差(如樣品A:214.1 ± 9.5g;樣品B:337.7 ± 15.2g)。
穿刺測試力-時間曲線:曲線峰值即為樣品硬度(最大穿刺力),可清楚比較不同樣品、配方或儲存條件下的硬度差異。探頭退回時的負向力則代表黏著性。
穿刺探頭選擇指南
穿刺探頭的規格選擇是決定測試結果準確性與重現性的關鍵。不同食品特性需搭配不同探頭:細小探頭集中力量適合硬脆樣品,大直徑探頭分散壓力適合軟質均質樣品,特殊治具則用於多點同步穿刺。
🔩
小直徑柱形探頭(2–6mm)
規格:直徑 2mm、3mm、4mm、5mm、6mm
應用:餅乾、硬糖、巧克力、口香糖、葡萄皮穿刺、辣椒皮、翻糖、梨子生物屈服點、扁桃仁膏
特點:集中穿透力,適合硬脆樣品、局部測試及皮層穿刺強度分析
🥫
中大直徑柱形探頭(10–36mm)
規格:直徑 10mm、18mm、25mm、36mm(壓克力/鋁合金)
應用:麵包(AACC標準)、蛋糕、杯子蛋糕、貝果、漢堡麵包、肉桂捲、果醬、美乃滋、慕斯、沾醬、鷹嘴豆泥
特點:分散受力,適合軟質或半固體樣品,符合AACC 74-09等國際標準方法
⚽
球形探頭
規格:直徑 5mm(不鏽鋼)、20mm、1英吋(不鏽鋼)
應用:焦糖硬度與拉絲性、魚糜硬度、軟乳酪/起司醬、三角形起司
特點:球面接觸模擬口腔感受,適合黏彈性半固體樣品,可同時評估硬度與黏性
🧪
標準凝膠強度探頭(1/2英吋)
規格:直徑 1/2 英吋柱形(聚酯纖維/不鏽鋼)
應用:明膠Bloom強度(ISO 9665、GMIA標準)、果膠凝膠強度、瓊脂凝膠
特點:符合國際凝膠強度測試標準,用於評估明膠品質、濃度及加工方法影響
🍟
特殊多針穿刺治具
規格:多探針豌豆治具、薯條穿刺治具、薯片酥脆測試組、多針冰淇淋探頭
應用:豌豆硬度、薯條硬度、玉米片易碎性、冰淇淋硬度
特點:多點同步穿刺,代表性強,減少個體差異影響,適合顆粒狀或條狀食品
🧈
油脂塗佈性測試組
規格:含刮刀與底座的標準化抹醬測試組
應用:人造奶油、巧克力抹醬、起司醬、花生醬、植物萃取抹醬、檸檬凝乳
特點:標準化評估塗抹性(硬度/柔順度),可比較不同溫度(5°C vs 20°C)或配方的塗抹性差異
穿刺測試食品應用案例總覽
穿刺測試涵蓋60+種食品品類,以下為各類食品的標準化測試配置與應用目的,可作為質構分析儀選型與實驗設計的參考依據。
| 類別 |
食品品項 |
測試探頭 |
測試目的 |
| 烘培製品 |
餅乾 |
直徑2mm柱形探頭 |
比較酥餅和薑餅的硬度與易碎性 |
| 烘培製品 |
餅乾麵團 |
麵團硬度測試組 |
測量餅乾麵團的硬度 |
| 烘培製品 |
麵包 |
直徑36mm柱形探頭 |
AACC (74-09) 標準方法測定麵包硬度 |
| 烘培製品 |
托尼甜麵包 / 海綿蛋糕 |
直徑36mm柱形探頭 |
AACC標準方法測定柔軟度(硬度) |
| 烘培製品 |
杯子蛋糕(馬芬) |
直徑36mm柱形探頭 |
測量硬度和彈性 |
| 烘培製品 |
貝果 |
直徑18mm柱形探頭 |
AIB標準方法測量貝果硬度 |
| 烘培製品 |
肉桂捲 |
直徑25mm壓克力探頭 |
AIB標準方法測量肉桂捲硬度(不加糖霜) |
| 烘培製品 |
漢堡麵包 |
直徑25mm壓克力探頭 |
AIB標準方法穿刺測量麵包硬度 |
| 糖果點心 |
硬糖 |
直徑2mm柱形探頭 |
測量硬糖的硬度和易碎性 |
| 糖果點心 |
焦糖 |
直徑20mm球形探頭 |
測量焦糖的硬度、黏性和拉絲性 |
| 糖果點心 |
耐嚼糖果 |
直徑6mm柱形探頭 |
測量耐嚼糖果的硬度和黏性 |
| 糖果點心 |
巧克力 |
直徑2mm柱形探頭 |
比較4種不同巧克力配方的硬度 |
| 糖果點心 |
巧克力焦糖 |
直徑2mm柱形探頭 |
比較5種不同焦糖配方的硬度 |
| 糖果點心 |
粒狀/錠狀/片狀口香糖 |
直徑2mm柱形探頭 |
比較有塗層和無塗層口香糖硬度 |
| 糖果點心 |
翻糖 |
直徑4mm柱形探頭 |
比較四批翻糖的可接受硬度 |
| 糖果點心 |
哈爾瓦酥糖 |
面積1cm²柱形探頭 |
測量兩種哈爾瓦酥糖的硬度 |
| 糖果點心 |
巧克力營養棒 |
直徑4mm柱形探頭 |
不同保存期限的抗穿透性 |
| 糖果點心 |
玉米片 |
薯片酥脆測試組 |
AIB標準方法測量玉米片破碎力 |
| 乳製品 |
奶油乳酪 |
直徑5mm柱形探頭 |
比較全脂和低脂奶油乳酪柔軟度 |
| 乳製品 |
起司抹醬 |
油脂塗佈性測試組 |
量測乳酪可塗抹性(柔軟度) |
| 乳製品 |
三角形起司醬 |
直徑1英吋球形探頭 |
兩種品牌三角形起司的硬度和黏性 |
| 乳製品 |
鮮乳酪 |
直徑25mm柱形探頭(鋁合金) |
比較三種品牌鮮乳酪穿透力和稠度 |
| 乳製品 |
冰淇淋 |
多針穿刺探頭 |
測量含顆粒冰淇淋的硬度 |
| 乳製品 |
慕斯(泡沫奶油) |
直徑25mm柱形探頭(鋁合金) |
比較全脂和低脂巧克力慕斯穿透力 |
| 乳製品 |
人造奶油 |
直徑5mm探頭 / 油脂塗佈性測試組 |
人造奶油硬度及塗抹性量測 |
| 蔬果 |
葡萄 |
直徑2mm柱形探頭 |
測量葡萄皮穿刺強度 |
| 蔬果 |
梨 |
直徑2mm柱形探頭 |
測量梨子硬度或「生物屈服點」 |
| 蔬果 |
辣椒 |
直徑3mm柱形探頭 |
測量不同顏色辣椒皮的穿刺強度 |
| 蔬果 |
豌豆 |
多探針豌豆穿刺測試組 |
豌豆硬度測量 |
| 蔬果 |
薯條 |
多探針薯條穿刺治具 |
測量薯條硬度 |
| 凝膠類 |
明膠(Bloom強度) |
直徑1/2英吋柱形探頭(聚酯纖維) |
ISO 9665 / GMIA標準測定明膠凝膠強度 |
| 凝膠類 |
果膠 |
直徑1/2英吋柱形探頭(聚酯纖維) |
比較三種凝膠破裂力和脆性 |
| 凝膠類 |
果醬 / 柑橘醬 |
直徑25mm柱形探頭(鋁合金) |
測量凝膠強度、破裂力、脆性與黏著性 |
| 凝膠類 |
內含水果顆粒果醬 |
多針穿刺探頭 |
比較水果蜜餞與果醬的硬度 |
| 抹醬類 |
巧克力抹醬 |
油脂塗佈性測試組 |
比較5°C和20°C下塗抹性差異 |
| 抹醬類 |
花生醬 |
油脂塗佈性測試組 |
測量花生醬塗抹性(硬度/柔順度) |
| 抹醬類 |
檸檬凝乳 |
油脂塗佈性測試組 |
比較豪華型和經濟型塗抹性 |
| 抹醬類 |
植物萃取物抹醬 |
油脂塗佈性測試組 |
測量植物萃取抹醬塗抹性 |
| 抹醬類 |
扁桃仁膏 |
直徑6mm柱形探頭 |
測量金色杏仁糖硬度和黏性 |
| 醬料/其他 |
美乃滋 |
直徑25mm柱形探頭(鋁合金) |
比較全脂和低脂蛋黃醬滲透力和濃稠度 |
| 醬料/其他 |
沾醬 / 鷹嘴豆泥 / 酸奶黃瓜醬 |
直徑25mm柱形探頭(鋁合金) |
比較穿透力和一致性 |
| 醬料/其他 |
魚糜 |
直徑5mm球形探頭 |
比較不同類型魚糜硬度 |
| 醬料/其他 |
肉醬 |
直徑10mm柱形探頭(聚酯纖維) |
比較全脂、低脂肉醬硬度 |
| 醬料/其他 |
生啤酒 |
直徑75mm壓板 |
比較三種生啤酒泡沫強度 |
穿刺測試可測得參數解析
穿刺測試從力-時間曲線中提取多項關鍵質地參數,提供食品品質的完整量化描述
最大穿刺力 / 硬度(Maximum Puncture Force / Hardness)
穿刺過程中的力量峰值,直接反映食品硬度。AACC 74-09標準方法中定義為在25mm樣品壓縮25%(即6.25mm深度)時的壓縮力值(CFV)。是穿刺測試最核心的測量參數,適用於烘培製品、糖果、乳製品等所有品類。
破裂力(Rupture Force)/ 易碎性(Fracturability)
曲線中最大力值前出現的突降點,代表食品脆殼或內部結構的斷裂。特別適用於餅乾、硬糖、巧克力、玉米片等具有脆性結構的食品,是評估酥脆度的重要指標。
黏著力(Adhesiveness)
探頭退針時產生的負向力,反映樣品黏性或拉絲性。焦糖、耐嚼糖果、奶油乳酪、起司醬、扁桃仁膏等黏性食品的重要評估參數,與TPA中黏性參數概念相同但透過穿刺單次完成量測。
穿透功(Work of Penetration)
力-距離曲線下面積,代表穿刺過程消耗的總能量。適用於評估食品整體抗穿透能力,在果醬凝膠強度、美乃滋稠度、慕斯硬度等測試中作為輔助指標。
凝膠強度 / Bloom值(Gel Strength / Bloom Value)
明膠穿刺測試的專屬參數,依ISO 9665或GMIA標準,於10°C下使用直徑1/2英吋聚酯纖維探頭以4mm/s穿入4mm所得力值(單位:g Bloom)。是評估明膠品質、濃度與加工方法影響的國際標準指標。
塗抹性(Spreadability)
利用油脂塗佈性測試組評估抹醬類食品在固定條件下的硬度/柔順度,模擬消費者塗抹行為。可比較不同溫度(如5°C vs 20°C)、配方(全脂vs低脂)或儲存條件下的塗抹性差異。
穿刺測試儀器技術規格
專業質構分析儀進行穿刺測試時,儀器技術規格直接影響測試精度與重現性。以下為關鍵規格參數:
核心技術規格
力量測量範圍
0.1N – 1000N(高精度負荷元)
測試速度範圍
0.01 – 40 mm/s(可程式控制)
位移精度
±0.01mm(高精度位移控制)
數據採樣頻率
最高 2000 Hz
觸發力精度
0.1gf – 1000gf 可設定
測試模式
距離(壓)/ 形變(壓)/ 力量(壓)
軟體相容性
Windows 10/11,支援多語言介面
數據輸出
自動統計分析、Excel匯出、標準差計算
穿刺測試常見問題解答
穿刺測試與TPA全質構分析有何差異?
穿刺測試採用單次穿入模式,主要評估硬度、破裂力、黏著力等參數,測試速度快,適合生產線品管與大量樣品比較。TPA全質構分析則進行兩次壓縮,可獲得硬度、彈性、凝聚性、咀嚼性等8項以上參數,適合深入的研發分析。兩者可相互配合使用,依需求選擇最合適的測試方法。
如何依照食品種類選擇正確的穿刺探頭?
選擇原則如下:
· 硬脆食品(餅乾、硬糖、巧克力)→ 小直徑探頭(2–4mm),集中穿透力
· 軟質半固體(麵包、蛋糕)→ 大直徑探頭(25–36mm),符合AACC標準
· 黏彈性食品(焦糖、起司)→ 球形探頭,模擬口腔受力
· 凝膠類(明膠、果膠)→ 1/2英吋標準探頭,符合ISO/GMIA標準
· 抹醬類 → 油脂塗佈性測試組,評估塗抹性
· 顆粒/條狀食品(豌豆、薯條)→ 多探針治具,提高代表性
AACC 74-09麵包硬度標準方法的樣品準備要點?
依AACC 74-09標準:切成25mm厚(一片/次)或12.5mm厚(兩片疊測),丟棄麵包兩端2–3片脆皮切片。樣品置於直徑36mm柱形探頭正下方中央。測試速度1.7 mm/s,觸發力5gf,壓縮至形變25%(即6.25mm)。硬度即該深度時的壓縮力值(CFV)。測試前的儲存、包裝及溫度條件需保持一致並於報告中明確說明。
明膠Bloom強度測試的標準流程為何?
依ISO 9665或GMIA標準:將明膠溶液(6.67%濃度)倒入標準容器,於10°C±0.1°C下靜置17小時凝固。使用直徑1/2英吋(12.7mm)聚酯纖維探頭,以4mm/s速度穿入4mm,記錄該點力值(單位:g Bloom)。Bloom值越高代表凝膠強度越大,是監測明膠品質、濃度和加工條件影響的國際標準指標。
穿刺測試結果重現性不佳時如何改善?
提升重現性的關鍵步驟:
1. 樣品標準化:確保切片厚度、溫度、含水量一致,每批測試前讓樣品達到相同溫度平衡
2. 探頭定位:避開不規則區域(如氣孔、顆粒);使用多探針治具可提升顆粒樣品代表性
3. 觸發力設定:根據樣品硬度適當設定觸發力,太低會因震動產生誤觸
4. 多點重複:每樣品至少5次重複,利用質構分析儀軟體計算平均值與標準差
5. 定期校正:建議每日測試前進行基本校正,每月進行標準校正塊驗證
穿刺測試可用於儲存期間品質監控嗎?
完全可以。穿刺測試是食品儲存穩定性研究的理想工具。例如麵包硬化(staling)研究中,可定期測試硬度變化追蹤老化速率;巧克力營養棒可追蹤不同保存期限的抗穿透性變化;抹醬類食品可比較不同儲存溫度(5°C vs 20°C)的塗抹性差異。標準化測試條件確保跨時間點的數據可比性,是品管與研發的有力工具。
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