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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(jù)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(shè)備。嫩度是評價肉品食用品質(zhì)的核心指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)值作為肉樣嫩度的量化指標(biāo)。剪切力值與肉的嫩度呈負(fù)相關(guān)：剪切力值越小，表明肉的嫩度越高；優(yōu)質(zhì)牛肉的峰值力通常在 20 N 到 60 N 之間。該儀器依據(jù) NY/T 1180?2006《肉嫩度的測定 剪切力測定法》等農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，廣泛應(yīng)用于肉類加工企業(yè)、肉牛養(yǎng)殖與育種單位、質(zhì)量監(jiān)督部門、商品檢驗機構(gòu)、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(zhì)構(gòu)特性評估。

• 其他食品：通過更換不同夾具，可擴展應(yīng)用于魚糜凝膠強度、奶酪、果蔬硬度等其他食品物性學(xué)分析。

• 科研與育種：在畜禽育種中，嫩度是評價肉用動物生產(chǎn)性能的重要指標(biāo)，為育種篩選提供量化依據(jù)。

• 適用行業(yè)：肉類加工企業(yè)、食品生產(chǎn)企業(yè)、質(zhì)檢機構(gòu)、海關(guān)檢驗檢疫部門、科研院所及高校食品科學(xué)實驗室。

測試原理

該儀器基于沃?布剪切力測試原理進行設(shè)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(xué)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(chǎn)生相對錯動，當(dāng)力值達到一定程度時，物體即被切斷。測試過程中，按規(guī)定尺寸制備的標(biāo)準(zhǔn)化肉樣置于儀器的砧床上，專用沃?布剪切刀在驅(qū)動系統(tǒng)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(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)

該儀器的設(shè)計、制造和使用嚴(yán)格遵循以下農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

• NY/T 1180?2006《肉嫩度的測定 剪切力測定法》：農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由國家農(nóng)業(yè)部發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了肉嫩度剪切力測定的術(shù)語和定義、原理、儀器與設(shè)備、試樣制備、測定步驟、結(jié)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(yán)格規(guī)定：刀具厚度為 3.0 mm ± 0.2 mm，刃口內(nèi)角度為 60°，內(nèi)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(yīng) ≥ 0.0098 N，儀器精度應(yīng) ≤ 0.02%，剪切速度為 1 mm/s。該標(biāo)準(zhǔn)是肉嫩度測試的核心依據(jù)。

• NY/T 2660?2014《肉牛生產(chǎn)性能測定技術(shù)規(guī)范》：農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了肉牛主要生產(chǎn)性能測定的性狀與方法，適用于肉牛生產(chǎn)與經(jīng)營中的性能測定。該標(biāo)準(zhǔn)將剪切力值列為肉質(zhì)性狀的測定指標(biāo)之一，進一步確立了剪切力測定法在肉牛育種中的應(yīng)用地位。

• NY/T 2793?2015《肉的食用品質(zhì)客觀評價方法》：農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了肉的食用品質(zhì)指標(biāo)的術(shù)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(zhì)指標(biāo)的客觀評價。該標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)代肉類剪切力儀普遍具備以下技術(shù)特征：

• 高精度測控系統(tǒng)：采用 PLC（可編程邏輯控制器）工業(yè)控制系統(tǒng)，配合精密滾珠絲桿和步進電機，確保施力過程的穩(wěn)定性和測試結(jié)果的準(zhǔn)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(diào)節(jié)：測試速度在 1?300 mm/min 范圍內(nèi)無級調(diào)速，可根據(jù)不同樣品特性選擇適宜的測試速度。標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的專用沃?布剪切刀，刀具厚度為 3.0 mm ± 0.2 mm，刃口內(nèi)角度為 60°，內(nèi)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(guī)范性和結(jié)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?？煞奖阍O(shè)置測試速度、樣品信息等參數(shù)，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(shù)據(jù)輸出功能：內(nèi)置點陣式微型打印機，方便記錄測試結(jié)果?？蛇x配計算機軟件，進行數(shù)據(jù)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(wěn)定。

• 自動回位功能：測試結(jié)束后，刀具可按自設(shè)速度自動回位，提升批量測試效率。

技術(shù)參數(shù)

使用方法

依據(jù) NY/T 1180?2006 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，肉類剪切力儀的使用應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)化操作流程：

1. 樣品制備
取肉樣（通常為背最長?。?，剔除表面脂肪和結(jié)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(jiān)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(yīng)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(yīng)立即測定。

2. 測試前準(zhǔn)備
檢查儀器水平，確認(rèn)刀具及砧床清潔無損傷。開啟電源預(yù)熱。在觸摸屏上設(shè)置測試速度（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為 1 mm/s，即 60 mm/min），設(shè)置測試行程等參數(shù)。

3. 儀器校準(zhǔn)
使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對力值傳感器進行校準(zhǔn)，確保力值測量精度。測定儀器的準(zhǔn)確度應(yīng)使用國家法定計量單位認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)砝碼測試，測量值與檢測標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)確值的誤差范圍應(yīng)在 ±0.1% 以內(nèi)。

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(yīng)居中放置，避免偏斜。刀具空載運行所受到的剪切力應(yīng) ≤ 0.147 N。

5. 執(zhí)行測試
啟動測試程序，沃?布剪切刀以設(shè)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(jié)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(jié)果的平均值作為該肉樣的嫩度值。嫩度值計算時應(yīng)減去空載運行最大剪切力。剪切力以牛頓（N）表示，結(jié)果保留至小數(shù)點后兩位。同一肉樣有效肉樣數(shù)據(jù)的測量值允許的相對偏差值應(yīng) ≤ 15%。

7. 數(shù)據(jù)判定
將實測嫩度值與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)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(jié)束
刀具自動回位，取下樣品，清理測試區(qū)域。

維護保養(yǎng)

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。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(biāo)準(zhǔn)要求（厚度 3.0 mm ± 0.2 mm）。如發(fā)現(xiàn)刀具磨損嚴(yán)重，應(yīng)及時更換。

3. 運動部件保養(yǎng)：定期檢查絲桿、導(dǎo)軌等運動部件，保持清潔并按需添加專用潤滑脂。

4. 傳感器保護：避免超量程使用，嚴(yán)禁對力值傳感器施加沖擊載荷。

5. 砧床檢查：定期檢查砧床口寬（標(biāo)準(zhǔn)為 4.0 mm ± 0.2 mm），如因磨損導(dǎo)致口寬變化，應(yīng)及時更換砧床。

6. 環(huán)境管理：儀器應(yīng)置于清潔、干燥、無振動的環(huán)境中，避免陽光直射和溫度劇烈波動。建議環(huán)境溫度控制在 10?30 ℃，相對濕度 ≤ 80%。

7. 定期校準(zhǔn)：建議每年進行一次全面校準(zhǔn)，由具備資質(zhì)的計量機構(gòu)執(zhí)行。使用中如對測量結(jié)果產(chǎn)生疑問，應(yīng)及時進行校準(zhǔn)驗證。

校準(zhǔn)方法與周期

1. 校準(zhǔn)方法：

   • 力值校準(zhǔn)：使用經(jīng)計量溯源的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，對力值傳感器進行多點校準(zhǔn)（通常覆蓋測量范圍 0?200 N）。測定儀器的測量值與檢測標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)確值的誤差范圍應(yīng)在 ±0.1% 以內(nèi)，儀器精度應(yīng) ≤ 0.02%。

   • 速度校準(zhǔn)：使用秒表和位移測量工具，測量刀具在一定時間內(nèi)的實際移動距離，計算實際速度，確保其與設(shè)定值（標(biāo)準(zhǔn)要求 1 mm/s）誤差在允許范圍內(nèi)。

   • 位移精度校準(zhǔn)：使用標(biāo)準(zhǔn)量塊對位移測量系統(tǒng)進行校準(zhǔn)。

   • 刀具尺寸校準(zhǔn)：使用游標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)要求。

2. 校準(zhǔn)周期：

   • 建議周期為 12 個月，由具備資質(zhì)的計量機構(gòu)執(zhí)行。

   • 期間核查：建議每月使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進行力值快速核查，確保儀器持續(xù)處于正常工作狀態(tài)。

   • 特殊情形：儀器經(jīng)過維修、更換刀具、搬運或?qū)y試結(jié)果產(chǎn)生疑問時，應(yīng)及時進行校準(zhǔn)。

常見故障與排除方法

• 故障一：測試結(jié)果重復(fù)性差。

  • 排除：檢查樣品制備是否標(biāo)準(zhǔn)化（尺寸、加熱溫度、冷卻條件等）；確認(rèn)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(zhǔn)有效期內(nèi)；確保同一肉樣測量值的相對偏差 ≤ 15%。

• 故障二：力值顯示異?；驗榱?。

  • 排除：檢查力值傳感器連接線是否松動；確認(rèn)測試前是否執(zhí)行了清零操作；檢查是否超量程使用導(dǎo)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(dǎo)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(lián)系專業(yè)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(shè)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(yīng)。

  • 排除：檢查電源連接。嘗試重啟儀器。若觸摸屏失靈，可能是內(nèi)部連接問題或屏幕故障，需聯(lián)系廠家技術(shù)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(nèi)容基于通用技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在實際應(yīng)用中，應(yīng)嚴(yán)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(zhì)客觀評價方法》、NY/T 2660?2014《肉牛生產(chǎn)性能測定技術(shù)規(guī)范》 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的最新版本規(guī)定，并建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程。樣品制備的加熱溫度和時間是影響嫩度測定結(jié)果的關(guān)鍵因素，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。沃?布剪切刀的幾何尺寸直接影響測試結(jié)果，應(yīng)定期檢查確認(rèn)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。所有測試儀器需處于有效的校準(zhǔn)狀態(tài)，并由經(jīng)過培訓(xùn)的人員操作。測試結(jié)果的判定需嚴(yán)格依據(jù)產(chǎn)品對應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。