概述

肉类剪切力仪（Meat Shear Force Tester），亦称肉嫩度仪或沃‑布剪切力测定仪（Warner-Bratzler Shear Force Tester），是一种依据沃‑布剪切力法专门用于量化评估肉类及肉制品嫩度的专用检测设备。嫩度是评价肉品食用品质的核心指标之一，指肉在咀嚼时对剪切、撕裂作用的抵抗能力，直接影响消费者对肉类的接受程度。该仪器采用标准沃‑布（Warner‑Bratzler）剪切刀以恒定速度切断肌肉纤维，通过高精度力值传感器记录切割过程中的最大力值（峰值剪切力），将该数值作为肉样嫩度的量化指标。剪切力值与肉的嫩度呈负相关：剪切力值越小，表明肉的嫩度越高；优质牛肉的峰值力通常在 20 N 到 60 N 之间。该仪器依据 NY/T 1180‑2006《肉嫩度的测定 剪切力测定法》等农业行业标准设计，广泛应用于肉类加工企业、肉牛养殖与育种单位、质量监督部门、商品检验机构、高等院校及科研院所等。

适用样品

本仪器主要适用于以下类型的样品及检测场景：

• 畜禽肉：适用于猪肉、牛肉、羊肉、鸡肉、鸭肉等畜禽肉的嫩度测定，包括不同部位（如背最长肌、腰大肌、腿肌等）的鲜肉、排酸肉、冷冻肉解冻后的样品。

• 加工肉制品：适用于火腿、香肠、培根、肉干等加工肉制品的嫩度及质构特性评估。

• 其他食品：通过更换不同夹具，可扩展应用于鱼糜凝胶强度、奶酪、果蔬硬度等其他食品物性学分析。

• 科研与育种：在畜禽育种中，嫩度是评价肉用动物生产性能的重要指标，为育种筛选提供量化依据。

• 适用行业：肉类加工企业、食品生产企业、质检机构、海关检验检疫部门、科研院所及高校食品科学实验室。

测试原理

该仪器基于沃‑布剪切力测试原理进行设计。嫩度是指肉在切割时所需的剪切力，即测试仪器的刀具切断被测肉样时所用的力。从力学角度看，剪切是物体受到两个大小相等、方向相反但作用线紧贴的力，使物体受力处的两个截面产生相对错动，当力值达到一定程度时，物体即被切断。测试过程中，按规定尺寸制备的标准化肉样置于仪器的砧床上，专用沃‑布剪切刀在驱动系统带动下以恒定速度垂直向下运动，沿垂直于肌纤维的方向切割肉样。刀具在切断肌肉纤维的过程中，高精度力值传感器实时记录力值变化，系统自动捕捉并记录切割过程中的最大力值（峰值剪切力），该值即为肉样的嫩度值。嫩度值以牛顿（N）表示，剪切力越小，肉的嫩度越高。

测试标准

该仪器的设计、制造和使用严格遵循以下农业行业标准：

• NY/T 1180‑2006《肉嫩度的测定 剪切力测定法》：农业行业标准，由国家农业部发布。该标准规定了肉嫩度剪切力测定的术语和定义、原理、仪器与设备、试样制备、测定步骤、结果计算与表述等要求。其中对沃‑布剪切刀的具体尺寸做出了严格规定：刀具厚度为 3.0 mm ± 0.2 mm，刃口内角度为 60°，内三角切口高度 ≥ 35 mm，砧床口宽为 4.0 mm ± 0.2 mm。测定仪器的量程应 ≥ 0.0098 N，仪器精度应 ≤ 0.02%，剪切速度为 1 mm/s。该标准是肉嫩度测试的核心依据。

• NY/T 2660‑2014《肉牛生产性能测定技术规范》：农业行业标准，规定了肉牛主要生产性能测定的性状与方法，适用于肉牛生产与经营中的性能测定。该标准将剪切力值列为肉质性状的测定指标之一，进一步确立了剪切力测定法在肉牛育种中的应用地位。

• NY/T 2793‑2015《肉的食用品质客观评价方法》：农业行业标准，规定了肉的食用品质指标的术语和定义、客观评价方法，适用于生鲜猪肉、牛肉、羊肉和鸡肉食用品质指标的客观评价。该标准明确将剪切力定义为“指测试仪器的刀具切断被测肉样时所用的力，反映肉的嫩度”，并注明通常采用 Warner‑Bratzler 剪切法。剪切力的单位是千克力（kgf）或牛顿（N）。

仪器特征

现代肉类剪切力仪普遍具备以下技术特征：

• 高精度测控系统：采用 PLC（可编程逻辑控制器）工业控制系统，配合精密滚珠丝杆和步进电机，确保施力过程的稳定性和测试结果的准确性。量程为 200 N（其他量程可选），力值分辨率达 0.01 N，精度为 ±0.5%，位移精度为 0.1 mm。

• 灵活速度调节：测试速度在 1‑300 mm/min 范围内无级调速，可根据不同样品特性选择适宜的测试速度。标准剪切速度为 1 mm/s（即 60 mm/min）。

• 专用沃‑布剪切刀具：配备符合 NY/T 1180 标准的专用沃‑布剪切刀，刀具厚度为 3.0 mm ± 0.2 mm，刃口内角度为 60°，内三角切口高度 ≥ 35 mm。砧床口宽为 4.0 mm ± 0.2 mm，确保测试的规范性和结果的可比性。

• 智能化操作平台：配备 7 英寸 HMI 人机界面触摸屏，操作直观、简单。可方便设置测试速度、样品信息等参数，并实时显示力‑位移曲线。

• 自动进样功能（可选）：可选配自动进样测试装置，一次性测量多个样品，提高批量测试效率。

• 数据输出功能：内置点阵式微型打印机，方便记录测试结果。可选配计算机软件，进行数据存储、分析和报告生成。

• 安全保护机制：配置限位和过载保护装置，确保测试过程安全稳定。

• 自动回位功能：测试结束后，刀具可按自设速度自动回位，提升批量测试效率。

技术参数

使用方法

依据 NY/T 1180‑2006 标准规定，肉类剪切力仪的使用应遵循标准化操作流程：

1. 样品制备
取肉样（通常为背最长肌），剔除表面脂肪和结缔组织。将肉样切成厚度约为 2.54 cm 的肉块，放入密封袋中排气密封。将密封肉样置于功率不低于 1500 W 的恒温水浴锅中加热，用热电偶测温仪监测肉样中心温度，加热至中心温度达到 70 ℃ 时取出，冷却至中心温度为 0 ℃～4 ℃。

使用直径 1.27 cm 的圆形钻孔取样器，沿与肌纤维平行的方向钻切肉样，孔样长度不少于 2.5 cm。取样位置应距离样品边缘不少于 5 mm，两个取样的边缘间距不少于 5 mm，剔除有明显缺陷的孔样。每个肉样至少制备 3 个测试样块，取样后应立即测定。

2. 测试前准备
检查仪器水平，确认刀具及砧床清洁无损伤。开启电源预热。在触摸屏上设置测试速度（标准规定为 1 mm/s，即 60 mm/min），设置测试行程等参数。

3. 仪器校准
使用标准砝码对力值传感器进行校准，确保力值测量精度。测定仪器的准确度应使用国家法定计量单位认可的标准砝码测试，测量值与检测标准砝码的准确值的误差范围应在 ±0.1% 以内。

4. 试样安装
将制备好的肉样水平放置在砧床上，确保肌纤维方向与刀具切割方向垂直。肉样应居中放置，避免偏斜。刀具空载运行所受到的剪切力应 ≤ 0.147 N。

5. 执行测试
启动测试程序，沃‑布剪切刀以设定速度垂直向下运动，沿垂直于肌纤维方向切割肉样。仪器实时记录力‑位移曲线，自动捕捉并记录切割过程中的最大力值（峰值剪切力），即嫩度值。

6. 结果记录与计算
记录每个试样的峰值剪切力值，取至少 3 个样块测定结果的平均值作为该肉样的嫩度值。嫩度值计算时应减去空载运行最大剪切力。剪切力以牛顿（N）表示，结果保留至小数点后两位。同一肉样有效肉样数据的测量值允许的相对偏差值应 ≤ 15%。

7. 数据判定
将实测嫩度值与产品标准或企业内部标准进行比较，判定肉品嫩度等级。嫩度值越小表示肉的嫩度越好。

8. 测试结束
刀具自动回位，取下样品，清理测试区域。

维护保养

1. 日常清洁：每次测试后，用软布或刷子清洁刀具、砧床及测试台面，去除残留的肉屑或油脂。禁止使用腐蚀性清洁剂。

2. 刀具检查：定期检查沃‑布剪切刀刃口有无磨损、变形或缺损，确保刀具尺寸符合标准要求（厚度 3.0 mm ± 0.2 mm）。如发现刀具磨损严重，应及时更换。

3. 运动部件保养：定期检查丝杆、导轨等运动部件，保持清洁并按需添加专用润滑脂。

4. 传感器保护：避免超量程使用，严禁对力值传感器施加冲击载荷。

5. 砧床检查：定期检查砧床口宽（标准为 4.0 mm ± 0.2 mm），如因磨损导致口宽变化，应及时更换砧床。

6. 环境管理：仪器应置于清洁、干燥、无振动的环境中，避免阳光直射和温度剧烈波动。建议环境温度控制在 10‑30 ℃，相对湿度 ≤ 80%。

7. 定期校准：建议每年进行一次全面校准，由具备资质的计量机构执行。使用中如对测量结果产生疑问，应及时进行校准验证。

校准方法与周期

1. 校准方法：

   • 力值校准：使用经计量溯源的标准砝码，对力值传感器进行多点校准（通常覆盖测量范围 0‑200 N）。测定仪器的测量值与检测标准砝码的准确值的误差范围应在 ±0.1% 以内，仪器精度应 ≤ 0.02%。

   • 速度校准：使用秒表和位移测量工具，测量刀具在一定时间内的实际移动距离，计算实际速度，确保其与设定值（标准要求 1 mm/s）误差在允许范围内。

   • 位移精度校准：使用标准量块对位移测量系统进行校准。

   • 刀具尺寸校准：使用游标卡尺定期检查刀具厚度、刃口角度等几何尺寸，确保符合 NY/T 1180 标准要求。

2. 校准周期：

   • 建议周期为 12 个月，由具备资质的计量机构执行。

   • 期间核查：建议每月使用标准砝码进行力值快速核查，确保仪器持续处于正常工作状态。

   • 特殊情形：仪器经过维修、更换刀具、搬运或对测试结果产生疑问时，应及时进行校准。

常见故障与排除方法

• 故障一：测试结果重复性差。

  • 排除：检查样品制备是否标准化（尺寸、加热温度、冷却条件等）；确认肉样放置方向是否一致（肌纤维方向与切割方向垂直）；检查刀具是否磨损；检查仪器是否在校准有效期内；确保同一肉样测量值的相对偏差 ≤ 15%。

• 故障二：力值显示异常或为零。

  • 排除：检查力值传感器连接线是否松动；确认测试前是否执行了清零操作；检查是否超量程使用导致传感器损坏。

• 故障三：刀具运动卡顿或异响。

  • 排除：立即停止使用。检查丝杆和导轨是否有异物或缺乏润滑，进行清洁和润滑。如问题依旧，可能涉及机械部件磨损，需联系专业维修。

• 故障四：刀具无法切断肉样。

  • 排除：检查刀具是否锋利，有无缺口或磨损；检查设定的行程是否足够；检查砧床口宽是否因磨损而变大。

• 故障五：仪器无法启动或触摸屏无响应。

  • 排除：检查电源连接。尝试重启仪器。若触摸屏失灵，可能是内部连接问题或屏幕故障，需联系厂家技术支持。

• 故障六：微型打印机不工作。

  • 排除：检查打印机连接线；检查打印纸是否用尽或卡纸；重启仪器和打印机。

重要提示：以上内容基于通用技术规范和行业标准。在实际应用中，应严格遵守 NY/T 1180‑2006《肉嫩度的测定 剪切力测定法》、NY/T 2793‑2015《肉的食用品质客观评价方法》、NY/T 2660‑2014《肉牛生产性能测定技术规范》 等相关标准的最新版本规定，并建立相应的标准操作规程。样品制备的加热温度和时间是影响嫩度测定结果的关键因素，应严格按照标准要求执行。沃‑布剪切刀的几何尺寸直接影响测试结果，应定期检查确认符合标准要求。所有测试仪器需处于有效的校准状态，并由经过培训的人员操作。测试结果的判定需严格依据产品对应的质量标准或企业内部标准。