2023年12月29日 星期五

如何創建完美的測試方法 – 第 5 部分(共 5 部分)

為了創建自己的完美測試方法,您需要優化幾個元素。

如何選擇測試方法

選擇最佳測試設置

驗證您選擇的測試方法

如何優化樣品製備

以下是我們對”如何優化樣品製備”的建議。

樣品重複製備可能會對結果的準確性和可重複性產生很大影響。樣品的大小會影響材料的性能,尤其是當材料的製備量不同時。例如,樣品製備過程中的烹飪和加熱速度可能取決於樣品的大小。

為了獲得可靠和可重複的結果,必須考慮一些基本規則。眾所周知,生物材料的形態和結構多變。變異不僅可以發生在從分子到材料和結構級別的任何或所有層級上,也可能發生在整個試樣內,甚至試樣之間。儲存、製備和環境可能會導致差異,實驗技術和條件的差異也是如此。在進行重複測試時,建議儘量減少這些變數。

以下是一些需要考慮的準則:

樣品必須以可重複的方式製備。

應使用鋒利的工具進行樣品製備,以儘量減少試驗前的變形。

選擇具有代表性的樣品(尤其是多顆粒樣品)。

應避免使用具有結構缺陷的樣品,如果進行測試,結果可能會有很大變化。

多顆粒樣品適用於批量測試,以獲得平均效果,尤其是在碎片大小和形狀不同的情況下。

半固體材料應盡可能在其原始容器中進行測試,以避免在測試前發生結構變化。

考慮樣本是否具有“方向”。一些材料可以是各向異性的,即它們的機械性能可以根據加壓方向而變化。肉類是一個典型的例子,其纖維高度定向。在順著纖維切肉比逆著纖維切肉容易得多,因此在這兩個方向上對質地的感知極為不同。這種特性適用於大多數水果和蔬菜以及一些加工和成型的產品。必須考慮試樣的方向,並在重複試驗中消除這種變化。

如果進行穿刺試驗,應避免穿刺影響到下一個位置。

在拉伸實驗中,樣品長度應至少為寬度的兩倍。

材料中的水分含量對其機械性能和斷裂性能以及質構有重大影響。肉質植物材料,例如肉,每分鐘就會失去約 5% 的水分。如果測試需要幾分鐘才能完成,必須通過減少暴露在空氣中、將樣本鬆散地密封在保鮮膜中或在恒定濕度的環境中進行測試來最大限度地減少這種差異。水分快速流失(或在某些情況下吸收)會影響大多數材料,如水果和蔬菜、肉類和魚類、麵包、穀物、寵物食品、義大利面等。

溫度需要控制嗎?

對於許多樣品,溫度對流變和斷裂性能有很大影響,因此,此類樣品的測試應在恒定溫度下進行。與濕度一樣,溫度在影響食品和其他產品的機械性能方面也起著重要作用。即使環境溫度的微小變化也會影響植物和動物組織的硬度。較大的波動會影響麵食、烘焙食品和休閒食品等材料的纖維化度(脆性)。凝膠和脂肪等樣品需要在測試前立即進行溫度控制,在某些情況下,測試期間可能需要溫度控制(取決於樣品的靈敏度、環境溫度和測試持續時間)。雖然小的溫度波動影響可以忽略不計,但較大的波動或溫度敏感產品最好在受控溫度環境中使用溫度控制選項進行測試。冷凍產品的溫度控制至關重要,因為這會影響冰晶的大小,從而影響材料的機械損壞程度。 

只有在相同條件下進行測試才能直接比較結果。必須小心保持所有測試條件恒定。 在報告質構分析測試結果時,有必要提供所有測試條件的完整詳細資訊,以便報告的讀者能夠正確解釋此類結果。

樣品的尺寸和形狀

各個測試樣本的尺寸和形狀必須具有可比性。太小的樣本會產生與大樣本不同的結果(這稱為“尺寸效應”)。選擇較大的樣本以避免這些差異,因為超過某個臨界尺寸時,尺寸效應可以忽略不計。如果重複的大小不同,則必須對結果進行標準化。對於結果而言,形狀更為重要。這決定了樣本內的應力分佈,從而決定了其斷裂特性。在大多數加工材料(例如餅乾、義大利麵、片劑/顆粒、擠壓零食等)中,尺寸和形狀非常一致並且可以輕鬆控制,但在大多數天然材料(例如肉類和水果)中,最好通過切割來消除這種變數。

執行某些測試時,尺寸會存在微小差異,這將對結果的變化產生直接影響。較大的樣本對樣本尺寸差異的影響較小。例如,您準備一個表面積為 10mm x 10mm 的立方體,而用於測試表面積為 11mm x 11mm 的立方體,這將導致橫截面積增加 10%

有各種樣品製備工具可幫助重複製備樣品,例如鑽孔器或雙刀片樣品製備工具。

天然食品與配方食品

根據控制質地的相對容易程度,食物可以分為兩類。

原生態食品是指農產品原有結構基本保持完整的食品。對於這些食品,食品技術人員必須採用大自然以水果、魚、肉、家禽、蔬菜等形式提供的物質,只能通過加熱、冷卻和粉碎等加工方法來改變質地。通常幾乎無法直接控制這些食物的成分,儘管其中一些食物可以通過育種、收穫時間和文化因素部分控制成分和質地。 這些產品具有固有的可變性,因此質地測量結果可能會出現很大的變化。單獨測試一顆草莓,然後測試同一天採摘的同一株草莓中的另一種,通常會得出令人驚訝的不同結果。因此,最常建議對這些類型的產品進行“批量”測試,即在一次測試中測試一定重量或數量的樣品。

配方食品是指由多種成分加工而成的食品,這些食品在自然界中是不存在的。 許多本土食品被轉化為配方食品的成分,但在這樣做的過程中,本土植物或動物的結構和組織通常會丟失。此類商品的例子有麵包、番茄醬、霜淇淋、果凍、蛋黃醬、糖果、乳酪、人造奶油和香腸。對於此類商品,除了加工變數之外,還可以通過所用成分的數量和品質來改變配方,因此有更多的選擇來控製成品的質地並開發天然食品中未發現的特定質地和結構。

總之,當某種東西被製造出來時,你正在測量成分、加工變數、儲存效應等影響。而當樣品是天然的,其結果的可變性很高,它就是本來的樣子,不要與質地分析儀方法設置錯誤或測量失敗相混淆。

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