在消費(fèi)品工業(yè)的精密化浪潮中，一種看似簡(jiǎn)單的產(chǎn)品形態(tài)——脆性膠囊，正成為多個(gè)行業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。無論是食品飲料中的“爆爆珠”、日化產(chǎn)品中的精油顆粒，還是煙草制品中的增香爆珠，它們都具有相似的核殼結(jié)構(gòu)：外層為具有一定機(jī)械強(qiáng)度的壁材，內(nèi)層包裹液態(tài)風(fēng)味物質(zhì)或功能性成分。消費(fèi)者在使用時(shí)通過外力擠壓使外殼破裂，釋放內(nèi)容物，從而獲得獨(dú)特的感官體驗(yàn)。

然而，如何科學(xué)地評(píng)估這類產(chǎn)品的“脆性”，確保其在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻以恰當(dāng)?shù)牧Χ绕屏?，成為跨行業(yè)共同面臨的質(zhì)量控制難題。質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)的引入，為這一難題提供了解決方案。

（一）脆性膠囊測(cè)試的跨行業(yè)需求

食品飲料行業(yè)是脆性膠囊應(yīng)用活躍的領(lǐng)域之一。奶茶中的爆爆珠、果味爆珠、含餡糖果等產(chǎn)品，其口感直接決定了消費(fèi)者的接受度。華南理工大學(xué)的研究表明，爆爆珠是一種具有核殼結(jié)構(gòu)的球形膠囊，外殼為具有咀嚼性的水凝膠，內(nèi)核為具有流動(dòng)性的風(fēng)味芯液。通過反向成球技術(shù)制備的爆爆珠，其破裂力、硬度、彈性和咀嚼性等指標(biāo)直接影響消費(fèi)者的食用體驗(yàn)。生產(chǎn)企業(yè)需要精確測(cè)定這些指標(biāo)，確保爆爆珠在口腔咀嚼時(shí)能產(chǎn)生恰到好處的“爆漿感”，同時(shí)在奶茶攪拌、吸管吸取過程中不易破損。

制藥行業(yè)對(duì)脆性膠囊的力學(xué)性能要求更為嚴(yán)格。軟膠囊制劑作為一種常見的藥物劑型，其質(zhì)構(gòu)特性測(cè)試至關(guān)重要。如果膠囊太大或太硬，可能會(huì)給患者帶來吞咽困難或不適感，影響患者的服藥體驗(yàn)和依從性；如果膠囊的壁太薄或太脆，可能會(huì)導(dǎo)致膠囊在運(yùn)輸或使用過程中容易破裂，從而影響藥物的有效性和安全性。測(cè)量膠囊的彈性模量可以幫助了解膠囊在不同條件下的彈性特性，有助于優(yōu)化藥品包裝設(shè)計(jì)、改善藥物釋放控制；測(cè)量膠囊的抗壓力可以確保藥品包裝的安全性和穩(wěn)定性。

RAHMAN等人用硬度計(jì)和質(zhì)構(gòu)儀考察熱處理對(duì)索他洛爾聚氧乙烯骨架片內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度的影響。硬度計(jì)顯示熱處理后該藥片硬度超過測(cè)量上限（500N）仍未碎裂，無法對(duì)藥片物理特性變化進(jìn)行具體原因分析。而質(zhì)構(gòu)儀測(cè)量結(jié)果則能夠精確捕捉斷裂作用力、斷裂應(yīng)變及破碎功的變化，為處方優(yōu)化提供了有效數(shù)據(jù)。

MEI等人以膠囊的彈性剛度、拉伸力和斷裂伸長(zhǎng)率3個(gè)參數(shù)來定量描述3種不同親水性溶劑對(duì)硬膠囊力學(xué)性能影響，發(fā)現(xiàn)不同溶劑對(duì)膠囊硬度的影響機(jī)制各異。

煙草行業(yè)的爆珠應(yīng)用已十分成熟。卷煙爆珠是嵌在香煙過濾嘴中的微型膠囊，直徑約2.6~4.6mm，內(nèi)含液態(tài)香精香料，吸煙過程中捏破爆珠可使口感更豐富。2020年，鄭州煙草研究院主持完成的CORESTA（國(guó)際煙草科學(xué)研究合作中心）標(biāo)準(zhǔn)“煙用爆珠壓破強(qiáng)度的測(cè)定——恒速加壓法”正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)適用于煙用爆珠壓破強(qiáng)度、壓破形變率和彈性指數(shù)的測(cè)定，彌補(bǔ)爆珠力學(xué)性能測(cè)量領(lǐng)域的技術(shù)空白。標(biāo)準(zhǔn)提出的3個(gè)測(cè)試參數(shù)既能考察消費(fèi)者捏破爆珠的難易程度，又能考察爆珠生產(chǎn)加工過程的力學(xué)性能，國(guó)際共同實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)試方法具有良好的重復(fù)性和再現(xiàn)性，能夠滿足爆珠力學(xué)性能的測(cè)試要求。

（二）質(zhì)構(gòu)分析的核心指標(biāo)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

質(zhì)構(gòu)分析儀通過標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法，將模糊的感官體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)的工程數(shù)據(jù)。對(duì)于脆性膠囊類產(chǎn)品，主要關(guān)注以下核心指標(biāo)：

硬度（Hardness）：使膠囊變形所需要的力，反映膠囊抵抗變形的能力。在單次下壓測(cè)試中，探頭以恒定速度壓縮膠囊，記錄最大力值作為硬度指標(biāo)。

脆性（Fracturability）：膠囊在受壓過程中力值驟降的點(diǎn)，量化產(chǎn)品“一咬即碎”的感官特征。對(duì)于餅干、薯片等食品，脆性是關(guān)鍵指標(biāo)；對(duì)于爆珠類產(chǎn)品，脆性直接對(duì)應(yīng)“爆漿感”的體驗(yàn)閾值。

彈性模量（Elastic Modulus）：描述材料在受到外部力作用時(shí)，其形變程度與所施加的應(yīng)力之間的關(guān)系。彈性模量高的膠囊更能保持形狀穩(wěn)定，不易受到外部壓力或變形的影響。在運(yùn)輸、存儲(chǔ)和使用過程中，膠囊的外觀和結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，不容易變形或破裂。

擠壓功（Work of Compression）：代表使樣品產(chǎn)生形變所需要的能量，即力-位移曲線下的面積。高擠壓功的膠囊能夠更有效地保護(hù)內(nèi)部的藥物，減少藥物在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程中的破損和變質(zhì)。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，現(xiàn)代質(zhì)構(gòu)儀普遍采用高精度力傳感器，能夠敏銳捕捉受力過程中極其微小的力變化，哪怕力的變化僅有毫牛級(jí)別，也能精準(zhǔn)感知。其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可依據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，精確調(diào)控探頭的運(yùn)動(dòng)速度、位移以及時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，速度控制精度可達(dá)0.01mm/s。搭配功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和分析軟件，能實(shí)時(shí)記錄并深度處理測(cè)試數(shù)據(jù)，生成直觀且蘊(yùn)含豐富信息的力-位移曲線、應(yīng)力-應(yīng)變曲線等。

（三）跨行業(yè)應(yīng)用的設(shè)備通用性

脆性膠囊卷煙爆珠強(qiáng)度測(cè)試儀的核心技術(shù)——高精度力值傳感、恒速施壓、位移精確測(cè)量——使其具備跨行業(yè)應(yīng)用的潛力。這類設(shè)備通過更換不同規(guī)格的探頭和夾具，調(diào)整測(cè)試參數(shù)，可以適用于食品爆珠、化妝品微粒、藥品軟膠囊、煙草爆珠等多種脆性膠囊類產(chǎn)品的力學(xué)測(cè)試。

在食品行業(yè)，可采用穿刺模式模擬牙齒咬入果凍的過程，通過直徑為12.7mm的探頭以特定速度刺入樣品，精確記錄穿刺力與穿刺深度等數(shù)據(jù)。在制藥行業(yè)，可對(duì)軟膠囊進(jìn)行單次下壓測(cè)試，測(cè)量彈性模量、最大力以及正面積等數(shù)據(jù)。在煙草行業(yè)，則嚴(yán)格遵循YC/T 608-2024和JJG(煙草)33-2024標(biāo)準(zhǔn)，采用恒速加壓法測(cè)定爆珠的壓破強(qiáng)度。

這種通用性為多品類產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)提供了便利，一臺(tái)設(shè)備可滿足不同產(chǎn)品的檢測(cè)需求，降低了設(shè)備投入成本。同時(shí)，統(tǒng)一的測(cè)試原理和可比的測(cè)試數(shù)據(jù)，也為跨行業(yè)的配方研發(fā)和質(zhì)量控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

（四）標(biāo)準(zhǔn)體系的建立與技術(shù)規(guī)范

隨著脆性膠囊類產(chǎn)品在多個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系逐步建立。在煙草行業(yè)，2024年1月29日發(fā)布的YC/T 608-2024《卷煙爆珠強(qiáng)度測(cè)試儀通用技術(shù)條件》和JJG(煙草)33-2024《卷煙爆珠強(qiáng)度測(cè)試儀檢定規(guī)程》為行業(yè)提供了統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范。JJG(煙草)33-2024適用于測(cè)試儀的**次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查，明確了施壓速度最大允許誤差、壓力測(cè)定范圍、位移測(cè)量最大允許誤差等計(jì)量性能要求。

在食品行業(yè)，質(zhì)構(gòu)分析可參考ISO 11036、AACC 74-09等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在制藥行業(yè)，膠囊的力學(xué)性能測(cè)試是藥品質(zhì)量控制的重要組成部分，相關(guān)測(cè)試方法已被廣泛應(yīng)用于研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

這些標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，不僅為各行業(yè)的脆性膠囊測(cè)試提供了依據(jù)，其技術(shù)思路也為跨行業(yè)的應(yīng)用拓展提供了參考。

三、常見問題解答

問：脆性膠囊類產(chǎn)品的力學(xué)測(cè)試主要關(guān)注哪些指標(biāo)？
答：主要關(guān)注硬度（使膠囊變形所需要的力）、脆性（力值驟降點(diǎn)，反映“爆漿感”）、彈性模量（評(píng)估膠囊形狀穩(wěn)定性）和擠壓功（使樣品產(chǎn)生形變所需能量）等指標(biāo)。不同行業(yè)側(cè)重點(diǎn)略有差異：食品行業(yè)更關(guān)注脆性和咀嚼性，制藥行業(yè)更關(guān)注彈性模量和抗壓強(qiáng)度，煙草行業(yè)則重點(diǎn)關(guān)注壓破強(qiáng)度和形變率。

問：食品爆珠和煙用爆珠的測(cè)試方法有何異同？
答：兩者都采用壓縮測(cè)試的基本原理，但在具體參數(shù)設(shè)置上有所差異。煙用爆珠有明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（YC/T 608-2024和JJG(煙草)33-2024），測(cè)試速度通?？刂圃?5-25mm/min范圍內(nèi)，位移測(cè)量精度要求達(dá)到±0.02mm。食品爆珠的測(cè)試則更加靈活，可根據(jù)樣品特性調(diào)整參數(shù)，如采用穿刺模式模擬牙齒咬入，或采用TPA雙循環(huán)壓縮全面評(píng)估硬度、彈性、咀嚼性等指標(biāo)。

問：質(zhì)構(gòu)分析如何幫助優(yōu)化脆性膠囊的配方工藝？
答：通過測(cè)試不同配方、不同工藝參數(shù)下樣品的力學(xué)性能指標(biāo)，可以建立配方-工藝-性能的定量關(guān)系。例如，研究人員可通過質(zhì)構(gòu)儀精確測(cè)定不同溶劑對(duì)膠囊硬度的影響，或通過調(diào)整明膠和海藻酸鈉的比例及交聯(lián)條件，有效調(diào)控水凝膠的壓縮模量，使其達(dá)到理想狀態(tài)。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化方法，能夠顯著縮短研發(fā)周期，提高產(chǎn)品開發(fā)的成功率。

問：脆性膠囊的力學(xué)測(cè)試設(shè)備是否可以通用？
答：脆性膠囊卷煙爆珠強(qiáng)度測(cè)試儀的核心技術(shù)使其具備跨行業(yè)應(yīng)用的潛力。通過更換不同規(guī)格的探頭和夾具，調(diào)整測(cè)試參數(shù)，這類設(shè)備可以適用于食品爆珠、化妝品微粒、藥品軟膠囊、煙草爆珠等多種產(chǎn)品的力學(xué)測(cè)試。這種通用性為多品類產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)提供了便利，一臺(tái)設(shè)備可滿足不同產(chǎn)品的檢測(cè)需求。

問：脆性膠囊測(cè)試的最新標(biāo)準(zhǔn)有哪些？
答：在煙草行業(yè)，最新的標(biāo)準(zhǔn)是2024年發(fā)布的YC/T 608-2024《卷煙爆珠強(qiáng)度測(cè)試儀通用技術(shù)條件》和JJG(煙草)33-2024《卷煙爆珠強(qiáng)度測(cè)試儀檢定規(guī)程》。在國(guó)際層面，鄭州煙草研究院主持完成的CORESTA標(biāo)準(zhǔn)“煙用爆珠壓破強(qiáng)度的測(cè)定——恒速加壓法”已正式發(fā)布，適用于煙用爆珠壓破強(qiáng)度、壓破形變率和彈性指數(shù)的測(cè)定。食品和制藥行業(yè)可參考ISO 11036、AACC 74-09等相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

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