一种胶原蛋白胶体粘度的测试装置和测试方法与流程

1.本发明涉及的是一种胶原蛋白胶体粘度的测试装置和测试方法，属于食品质量检测技术领域。


背景技术：

2.天然肠衣是采用家畜的大肠或小肠，经过盐渍、清洗、浸泡、刮制、烘干等步骤处理而成的薄膜产品，具有优良的组织结构，良好的保水透气性，和丰富的胶原蛋白含量，主要用作香肠类食品的外层，还可制成肠线，作为弓弦和外科缝合线等使用。随着肠衣制品市场需求的扩大，天然肠衣由于人工制作成本高、效率低、质量难以控制等缺陷，已无法满足现代化肠衣加工的要求。因此，人造肠衣作为天然肠衣的替代品已逐渐得到广泛应用，其中胶原蛋白肠衣主要以猪、牛皮真皮的胶原蛋白纤维为原料，加入辅料后经化学和机械处理制成胶原团状物，再经过挤压、充气成型、干燥、加热定型等工艺制作而成，具有口感滑脆，透气性强，耐高温蒸煮等优点，同时由于肠衣厚度小，拉断力大，耐压强度高，伸缩率大，更适合机械化生产，同时能最大程度的节约生产成本。
3.在生产胶原蛋白肠衣的过程中，需要对原材料胶原蛋白的各项指标和参数进行精确控制，以保证最终肠衣产品的质量稳定。粘度是流体的重要物理性质之一，流体的流型可以分为牛顿流体（流动时所需剪切应力不随流速的改变而改变）和非牛顿流体（流动时所需剪切应力随流速的改变而改变），而胶原蛋白胶体属于非牛顿流体中的假塑性流体，具有剪切稀化的特性， 这是由于胶原蛋白胶体由链状高分子构成，在静止或低流速时，相互钩挂缠结，粘度较大，显得粘稠。但当流速增大时，也就是由于流层之间剪切应力的作用，使比较散乱的链状粒子滚动旋转收缩成团，减少了互相的钩挂，这就出现了剪切稀化的现象。目前已开发的测定胶原蛋白胶体粘度的方法通常采用流变仪的平行板测量系统，需要的样品量相对较小（1.5g左右），导致衡量胶体一致性的测量过程很难取到存在问题的样品；同时，因为平板边缘处的剪切速率高于中心处，间隙中不存在不变的剪切条件，从而影响最终检测结果的准确性，在平板的边缘处还可能出现样品流出间隙等问题；另外流变仪的价格也较为高昂，会进一步增加产品的生产成本和企业负担。因此，开发一种针对胶原蛋白胶体粘度的低成本、高准确度的检测方法，对于保证胶原蛋白肠衣质量和控制生产成本而言十分必要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有胶原蛋白胶体粘度检测方法存在的上述问题，提出一种低成本、高准确度的胶原蛋白胶体粘度的测试装置及对应的测试方法。
5.本发明的技术解决方案：一种胶原蛋白胶体粘度的测试装置，其结构包括设备主机和粘度测量设备，粘度测量设备安装于升降模块的前侧。
6.进一步的，所述设备主机包括电气控制箱和升降模块，电气控制箱安装于升降模块的侧面，升降模块前侧表面设有可上下垂直移动的升降块，升降块内部设有力学传感器。
7.进一步的，所述粘度测量设备包括圆锥压头、不锈钢圆筒、圆筒底盘和接料盒，其中接料盒设于设备主机的前侧底部，圆筒底盘安装于接料盒的底部中央，不锈钢圆筒安装于接料盒的顶部，圆锥压头的顶部安装于设备主机的升降块末端下方，并与不锈钢圆筒位于同一中轴线上。
8.进一步的，所述圆锥压头包括接头、压杆和下压锥体，其中接头设于压杆的顶端，通过锁紧螺母连接设备主机的升降块；下压锥体设于压杆的底端，下压锥体底部呈圆锥形，边缘设有圆弧直齿。圆锥压头和不锈钢圆筒材质均经过钝化防腐蚀处理。
9.进一步的，所述不锈钢圆筒的底部设有方形的底板，底板的四个边角分别设有1个螺孔，并通过螺钉固定于圆筒底盘的上表面。
10.进一步的，所述接料盒的左侧、右侧和后侧分别设有竖直的挡板，前侧未设置挡板。
11.利用该装置的测试方法具体包括如下步骤：将待测胶原蛋白胶体装入不锈钢圆筒内部，启动设备主机，将圆锥压头通过升降块下压至不锈钢圆筒中，挤压内部的胶原蛋白胶体，将产生的压力通过力学传感器记录下来，并连接至电脑，通过软件进行自动分析，进而评估胶体的粘度大小。
12.与现有技术相比，本发明的优点在于：1）通过测量胶原蛋白胶体的缝隙挤压所需力来衡量胶体的粘度，相比于流变仪的平行板测量方法具有取样代表性强，衡量胶体的整体性好，测量成本低等特点；2）本发明提出的测试方法表明胶原蛋白胶体的粘度随固含的增加而增加，通过测量粘度可以辨别出胶体固含浓度的改变，从而衡量胶体的一致性，有利于识别胶原蛋白胶体在配制过程中产生的差异，帮助快速进行根因分析，从而保证生产过程控制和胶原蛋白产品质量的稳定性。
附图说明
13.附图1是本发明胶原蛋白胶体粘度的测试装置的结构示意图。
14.附图2是粘度测量设备的组件结构拆分示意图。
15.附图3是圆锥压头的结构尺寸图。
16.附图4是本发明实施例测得的样品结果图。
17.图中1是设备主机、2是粘度测量设备、3是圆锥压头、4是不锈钢圆筒、5是圆筒底盘、6是接料盒。
具体实施方式
18.下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描
述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
22.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”“某些实施方式”“示意性实施方式”“示例”“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征结构材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征结构材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
23.如图1所示的一种测试胶原蛋白胶体粘度的装置，其结构包括设备主机（1）和粘度测量设备（2）；其中设备主机（1）采用型号为labthink xlw-ec的智能电子拉力试验机，其结构包括电气控制箱和升降模块，其中电气控制箱安装于升降模块的侧面，升降模块前侧表面设有可上下垂直移动的升降块，通过电气控制箱控制其移动，产生垂直方向的压力；升降块内部设有力学传感器，将压力等相关数据传回至电气控制箱；粘度测量设备（2）安装于升降模块的前侧。
24.如图2所示，粘度测量设备（2）的具体组件包括圆锥压头（3）、不锈钢圆筒（4）、圆筒底盘（5）、接料盒（6）；其中接料盒（6）设于设备主机（1）的前侧底部，圆筒底盘（5）安装于接料盒（6）的底部中央，不锈钢圆筒（4）安装于接料盒（6）的顶部，圆锥压头（3）的顶部安装于设备主机（1）的升降块末端下方，并与不锈钢圆筒（4）位于同一中轴线上。
25.如图3所示，圆锥压头（3）包括接头、压杆和下压锥体，其中接头设于压杆的顶端，通过锁紧螺母连接设备主机（1）的升降块；下压锥体设于压杆的底端，下压锥体底部呈圆锥形，边缘设有圆弧直齿。因胶原蛋白胶体具有强酸性质，圆锥压头（3）和不锈钢圆筒（4）材质均经过钝化防腐蚀处理。下压锥体边缘的圆弧直齿的主要作用是供胶体在缝隙中流动，通过胶体在缝隙中流动的快慢来感知下压胶体所用的力的大小，进而衡量出胶体的浓度。
26.不锈钢圆筒（4）的底部设有方形的底板，底板的四个边角分别设有1个螺孔，并通过螺钉固定于圆筒底盘（5）的上表面，固定处增加两点，用以确保圆锥压头（3）与不锈钢圆筒（4）的中轴线对准，减少测量误差。本实施例中不锈钢圆筒（4）的内径为50 mm，内高为100 mm，圆筒底盘（5）的直径为100 mm。
27.接料盒（6）的左侧、右侧和后侧分别设有竖直的挡板，用于防止测量时胶体溢出至
台面；前侧未设置挡板，方便安装和清理不锈钢圆筒（4）。
28.实际使用时，利用本装置测试胶原蛋白胶体粘度的具体方法步骤如下：将待测胶原蛋白胶体装入不锈钢圆筒（4）内部，启动设备主机（1），将圆锥压头（3）通过升降块下压至不锈钢圆筒（4）中，挤压内部的胶原蛋白胶体，将产生的压力通过力学传感器记录下来，并连接至电脑，通过软件进行自动分析，进而评估胶体的粘度大小。圆锥压头（3）下压的速度为50-200 mm/min可调节，本试验采用200 mm/min的下压速度。
29.软件记录的内容主要有：圆锥压头（3）在胶体中移动的位移距离，下压过程中传感器记录的最大力、最小力和压力稳定后（大概位移5mm处）至40mm位移处（圆筒的高度为100mm，40mm几乎占了总高度的一半，而且5mm-40mm 位移的力值基本趋于平稳，足以表征胶体的粘度大小）的平均值。实际检测时，粘度是通过下压的力值的大小n来进行表征的，最大值的取值是位移为0-40mm 之间感受的最大力，最小值是位移为0-40mm之间感受的最小力，一般为起始点位移，均值是位移为5-40mm 之间力值的平均值（一般位移下压5mm 处力值趋于稳定）。最终测得的压力数值结果如图4所示。
30.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。