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穿刺測試 - Puncture Test

專業食品穿透力分析 | 硬度與易碎性測試完整指南
涵蓋測試原理 | 穿刺探頭選擇 | AACC標準方法 | 60+食品應用案例 | 技術支援

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)。
Force (g) 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 Time (sec.) 0 100 200 300 樣品 A (214g) 樣品 B (338g) 硬度峰值 樣品 A(較軟) 樣品 B(較硬)

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。
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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

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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

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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

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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

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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 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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