阅读说明：本技术 用于质构分析中模拟吞咽的球状反挤压探头、装置及方法 (Spherical backward extrusion probe, device and method for simulating swallowing in texture analysis ) 是由 陈建设 王鑫淼 陈伟 苏明松 恩里科·哈德 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于质构分析中模拟吞咽的球状反挤压探头、装置及方法,属于分析测试设备领域。探头包括连接杆、球状探头和杯体；所述球状探头通过连接杆与质构仪相连；杯体中具有一个敞口的圆柱形内腔,球状探头的直径小于所述圆柱形内腔的横截面直径,且圆柱形内腔的深度大于球状探头的直径；杯体外部设有用于调节杯体内流体试样温度的控温装置。本发明的球状反挤压装置可很好的代替传统的板状反挤压装置,且不仅仅可测试流体样品,也可测试高黏稠度流体乃至软固体等软物质。另外,本发明的球状反挤压探头克服现有传统板状反挤压探头的缺陷,其得到的结果更为可靠。(The invention discloses a spherical backward extrusion probe, a spherical backward extrusion device and a spherical backward extrusion method for simulating swallowing in texture analysis, and belongs to the field of analysis and test equipment. The probe comprises a connecting rod, a spherical probe and a cup body; the spherical probe is connected with the texture analyzer through a connecting rod; the cup body is internally provided with an open cylindrical inner cavity, the diameter of the spherical probe is smaller than the diameter of the cross section of the cylindrical inner cavity, and the depth of the cylindrical inner cavity is larger than the diameter of the spherical probe; and a temperature control device for adjusting the temperature of the fluid sample in the cup body is arranged outside the cup body. The spherical backward extrusion device can well replace the traditional plate-shaped backward extrusion device, and can test not only fluid samples but also high-viscosity fluids and even soft substances such as soft solids and the like. In addition, the spherical backward extrusion probe overcomes the defects of the traditional platy backward extrusion probe, and the obtained result is more reliable.)

用于质构分析中模拟吞咽的球状反挤压探头、装置及方法

技术领域

本发明属于分析测试设备领域，具体涉及一种用于质构分析中模拟吞咽的球状反挤压装置及方法。

背景技术

吞咽是口腔加工的最后一个阶段，是饮食的控制性过程，也是完成食物从口腔到胃腔转移的关键性动作。但随着年龄的增长，老年人的生理功能逐渐减弱，尤其是咀嚼和吞咽能力。食物和液体的质构改善已被证明是促进吞咽困难患者安全吞咽的有效形式之一。研究表明，食物或液体的运输会受到黏稠度的显著影响。高黏稠的液体可以有效增加咽部转运的吞咽时间，从而更好地协调口腔和咽部，增强吞咽安全。然而，要获得正确的标准化黏稠度的增稠液体并不容易。如果摄入了错误的黏稠度，个体可能会面临严重的健康后果。有建议将增稠液体的客观仪器分析用于医疗设施和食品工业，以提高吞咽困难患者的安全性。目前存在很多测量液体流动性或剪切黏度的仪器和方法，比如国际吞咽障碍饮食标准行动委员会开发了测量增稠液体稠度等级的测量技术，包括IDDSI流动测试和叉滴测试等。IDDSI流动试验因其简单可行而受到护理人员和患者的广泛欢迎，但该方法不适用于生产现场和研究实验室的定量分析和质量控制，受主观经验影响。流变仪等装置能准确地测量流体的黏度。然而，流变仪通常只用于研究领域，市场价约25-56万，所以这种设备的成本很高，且需要专业的知识来操作。

为了即达到质量控制，又易操作经济，反挤压技术应运而生，它是一种在工业生产中常用来评估牛顿流体和非牛顿流体流动特性的技术，从而优化工业生产、提高产品质量。目前，反挤压技术也应用于软固体食品流动特性测试中，弥补液体型和凝胶型样品之间的信息鸿沟。已有研究利用反挤压技术对番茄泥、鸡蛋和芥末酱等触变性流体的流变特性进行研究，实验流程简单、易操作，结果重复性高。反挤压技术的挤压过程中样品缸与探头狭缝间样品的流动可以用来近似模拟人吞咽过程中食团的运动过程，即液体从探头两侧狭窄缝隙反向流动，与人的吞咽过程具有一定的相似性，所以常用于食品工业和科学研究，并可用来确定食团拉伸能力的流变行为。

如图1所示，传统的反挤压装置由两部分组成，一个圆柱形的杯子和一个比杯子直径小的平板或圆柱形探头。该装置已成为许多黏性流体的结构和稠度分析的测量装置。然而，传统的反挤压技术存在许多问题，一是，板状探头与样品缸间的狭缝是固定不变的，不符合人体吞咽过程中食团大小的变化过程；二是，板状探头在开始测试时会因为表面张力或惯性等原因力值突变，样品越稀薄，这种现象越明显；三是，板状探头下降并接近样品时容易积聚大气泡，由于气泡的不稳定性易引起测量误差，样品越浓稠这种现象越明显；四是，样品杯不能准确控制待测样品温度。另一个主要的实际问题是探头的尖角、直角设计，在测量过程中经常造成不稳定流动。

因此，针对上述问题，有必要设计一种具备稳定可行、经济易操作的能够准确模拟人体吞咽过程的装置。

发明内容

本发明的目的在于解决技术中传统反挤压装置无法准确模拟人体吞咽过程的问题，并提供一种用于质构分析中模拟吞咽的球状反挤压装置，其可以模拟吞咽食团由大变小或者不同咽喉和食管口径大小的情况。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种用于质构分析中模拟吞咽的球状反挤压探头，其包括连接杆、球状探头和杯体；

所述球状探头为表面光滑的球体，所述连接杆一端与球状探头顶部固定，另一端用于与质构仪相连；

所述杯体中具有一个敞口的圆柱形内腔，球状探头的直径小于所述圆柱形内腔的横截面直径，且圆柱形内腔的深度大于球状探头的直径，使球状探头能够在杯体中垂直升降，升降过程中，球状探头与杯体内腔壁之间形成供球状探头下方的流体样品向上通过的间隙，且间隙宽度为1～10mm，优选为1～5mm；

所述杯体外部设有用于调节杯体内流体试样温度的控温装置。

作为优选，探头的球杯直径比为0.6125～0.95，所述球杯直径比为所述球状探头直径与所述圆柱形内腔横截面直径之间的比例。

作为优选，所述杯体的圆柱形内腔高径比至少为2.0。

作为优选，所述球状探头的直径为20～40mm，所述杯体的圆柱形内腔直径为22～50mm，圆柱形内腔的高度为40～150mm。

作为优选，所述控温装置为水浴控温装置，包括水浴套和水浴箱，所述水浴套包裹于杯体外侧，且水浴套上设有连通水浴套内腔的进水口和出水口，进水口和出水口分别通过循环管道与水浴箱相连，构成水浴循环。

作为优选，球状探头可以由包括不锈钢、铝材、铜材、玻璃或其它合成材料等硬性非水溶、非形变材料制作而成。

作为优选，杯体可由包括不锈钢、铝材、铜材、玻璃、或其它硬质材料制作。

本发明的另一目的在于提供一种用于质构分析中模拟吞咽的球状反挤压装置，其包括质构仪和前述任一方案所述的球状反挤压探头，所述球状探头通过连接杆与质构仪的探头连接部件相连；所述杯体置于球状探头下方，球状探头在质构仪的驱动下伸入杯体中上下移动，且移动过程中其球心始终位于杯体的圆柱形内腔中轴线上。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述球状反挤压装置的食团吞咽模拟方法，其步骤如下：

1)将流体试样装入杯体的圆柱形内腔中，且保证模拟试样的深度若干倍于所述球状探头的直径；

2)利用预设有测试参数的质构仪，驱动球状探头沿着杯体的圆柱形内腔中轴线向下移动，使球状探头由流体试样的上方进入流体试样中，且在流体试样浸没球状探头的最大横截面后继续保持向下移动，直至质构仪测得的力值稳定；

3)获取最终得到的稳定力值，以球状探头的最大横截面为力的作用面，得到单面面积所受到的力，作为该流体试样的模拟吞咽应力。

作为优选，所述球状探头在流体试样中的最深位置，与圆柱形内腔底部的距离至少为5mm。

作为优选，所述球状探头向下移动的速率控制在0.01～40mm/s。

作为优选，所述质构仪对于力值的数据收集频率为0.1～500次/秒，以50～200次/秒为最佳。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1、本发明的球状反挤压装置可很好的代替传统的板状反挤压装置，且不仅仅可测试流体样品，也可测试高黏稠度流体乃至软固体等软物质。最重要的是，本发明的球状反挤压探头克服现有传统板状反挤压探头的缺陷，其得到的结果更为可靠。

2、本发可以根据测试需要灵活调节球状探头和杯体的尺寸参数，利于模拟不同情况的吞咽状态或实际生产需要。

3、本发明的球状反挤压获得的试样模拟吞咽应力可很好的区别不同黏稠度的软物质，且可较好与流变仪所测的参数结果相关联，说明球状反挤压在测试流动性能方面可较好的替代流变仪，有效的降低了成本，利于实际运用操作和推广。

附图说明

图1是板状反挤压探头示意图；

图2是球状反挤压探头示意图；

图3是球状反挤压装置示意图；

图4是球状反挤压探头的球体直径和杯体直径示意图；

图5是板状和球状反挤压探头的流体流动示意图；

图6是实验过程中，挤压试样，试样反向流动的实际数据收集到的力值图。

图7是板状反挤压在测量不同模拟吞咽速率下试样的模拟吞咽应力(即模拟吞咽应力)(板/杯直径：45/50mm)。

图8是球状反挤压在测量不同模拟吞咽速率下试样的模拟吞咽应力(即模拟吞咽应力)(以球/杯直径：35/40mm为例子)，其它球杯组合结果如表4所示，具有相似结果。

图9是板状反挤压(板/杯：45/50mm)和球状反挤压(球/杯：35/40mm)试样在模拟吞咽速率＝10mm/s和控制温度25℃时的模拟吞咽应力值对比图。

图10是藕粉和糖浆试样的动态应力在板状和球状反挤压测试中随距离的变化图。

图11是5个样品在不同球杯几何组合下模拟吞咽速率＝10mm/s的模拟吞咽应力图。

图12是在4个数量级剪切速率下样品的表观黏度值变化图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图2所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种用于质构分析中模拟吞咽的球状反挤压探头，其主要包括连接杆1、球状探头2和杯体3三部分。该球状反挤压探头用于与质构仪配合，进行食团的模拟吞咽测试。

其中，球状探头2为表面光滑的球体，连接杆1一端与球状探头2顶部固定，另一端用于与质构仪相连。连接杆1与球状探头2之间直接刚性固定，而与质构仪相连的一端则采用可拆卸的连接方式，例如通过螺纹、卡件等形式与质构仪的连接部件相连，具体形式根据质构仪的连接部件形式而定。

杯体3是一个圆柱形带有基座的中空柱体，其中具有一个敞口的圆柱形内腔。球状探头2的直径应该小于圆柱形内腔的横截面直径，且圆柱形内腔的深度大于球状探头2的直径，使球状探头2能够在杯体3中垂直升降。而且在升降过程中，球状探头2与杯体3内腔壁之间能够形成供球状探头2下方的流体样品向上通过的间隙，且间隙宽度为1～10mm，以1～5mm为最佳。

另外，在杯体3外部还设有用于调节杯体3内流体试样温度的控温装置。控温装置可以采用不同的形式，直接加热和间接加热均可，其只要能够调节调节杯体3内流体试样的温度即可。在本实施例中，如图3所示，控温装置为水浴控温装置，其包括水浴套和水浴箱，水浴套是一个包裹于杯体3外侧且带有内腔的套筒，且水浴套上设有连通水浴套内腔的进水口4和出水口5，进水口4和出水口5分别通过循环管道与水浴箱6相连，循环管道上设有提供动力的水泵，构成水浴循环。水浴箱6中具有加热组件，加热组件可以根据需要改变箱内的蓄水温度，达到目标温度的水流可以在水泵的作用下通过进水口4输入水浴套内，与杯体3进行换热后再从出水口5回流至水浴箱6。由此，达到调节杯体3内流体试样温度的目的。当然，水浴套与杯体3可以是分体的，也可以是一体设计的，只要两者之间能构成换热面即可。

在上述探头中，球杯直径比可以根据需要调节，球杯直径比为球状探头2直径与圆柱形内腔横截面直径之间的比例。在后续部分实施例中，球杯直径比设为0.6125～0.95。

上述探头在使用时，先将待测的流体试样装入杯体3中，然后球状探头2在质构仪马达驱动下垂直向下移动，当其进入流体试样后测量探头受力，进而其力数据被质构仪检测到，通过测量探头受力来反映样品的流动性并评价测试样品在模拟吞咽情况下的行为。当球状探头2进一步下移，流体试样将通过球状探头2侧部与杯体3内腔纸件的间隙反向流动，流体试样淹没球状探头2的最大横截面位置后，质构仪的受力将逐渐趋于稳定，可持续获取受力稳定后一定时间的数据，求其平均力值。模拟吞咽应力(即模拟吞咽应力)为单位面积所受到的力，因此根据平均力值与球状探头2的最大横截面面积，可求出模拟吞咽应力值。

由此可见，为了保证球状探头2在杯体3的圆柱形内腔中有足够的下移空间，其圆柱形内腔的深度不能过低，一般可以设置杯体3的圆柱形内腔高径比至少为2.0。同时，试样在杯体3中的深度需要不宜过浅，至少要保证在反挤压过程中浸没半球以上，以能达到样品反向流动的稳定状态为准。

另外，探头中各部件的尺寸参数可以根据需要调整，其中球状探头2的直径可以设为20～40mm，杯体3的圆柱形内腔直径可以设为22～50mm，圆柱形内腔的高度可以设为40～150mm。

将上述球状反挤压探头与质构仪相连，可以组装成一种用于质构分析中模拟吞咽的球状反挤压装置。其中，球状探头2通过连接杆1与质构仪的探头连接部件相连，杯体3置于球状探头2的正下方。质构仪中具有马达，马达输出的位移可以通过连接杆1驱动球状探头2。球状探头2在质构仪的驱动下伸入杯体3中上下移动，且移动过程中其球心需要保证始终位于杯体3的圆柱形内腔中轴线上，以保证两者的间隙宽度始终一致。

在反挤压实验中，先将在质构仪上安装合适重力元件，以在不超感应力范围之内，越小则越佳，相对而言，因量程越小，质构仪越敏感，数据越精确。然后进行重力矫正，装反挤压装置进行高度矫正，再将试样装入至样品杯的75％。再进行测试参数设置，有测前速率、测中速率、测后速率、下压距离和触发力，可根据实施情况和试样质构特性进行相对应的合理设置，速率可控制在0.01至40mm/s之间，下压距离在样品量足够的情况下，至少要浸没过半球以上，且尽可能增加下压距离，以便真实反映试样的流动特性，但必须保证不可触底，至少要保证距离杯底5mm的距离，避免底面效应。触发力设置根据所采用的重力元件和试样测试过程中获得的最大力值确定，不可过大，如果设置过小会导致未开始真实实验就已经开始收集实验数据。同时可设置数据收集频率一般为50～200次/秒，最高读取频率为500次/秒。

开始实验测试后，探头在质构仪马达驱动下垂直向下移动，待探头感受到大于等于设置触发力后，开始收集检测数据，此时液体从探头两侧反向流动，直至达到设定距离测试停止。通过测量探头受力来反映样品的流动性并评价测试样品在模拟吞咽情况下的行为，当反挤压浸入试样达到力值稳定后(见图6中竖线后方的数据段)，可求其平均力值，根据模拟吞咽应力(即模拟吞咽应力)为单位面积所受到的力，求出模拟吞咽应力值，通过至少5次测试运行的标准差用于误差分析。

重复上述的步骤，可以得到不同样品、不同速率、不同装置组合下的模拟吞咽应力。

下面为了展示本发明的技术效果，通过具体实施例对该反挤压装置的用法和效果进行详细说明。

本实施例的流体试样样品准备如下：

表1主要试样

以上试样由当地超市直接购得，具有常见、易得、较稳定、较易制备等特点。

蜂蜜、糖浆和枇杷膏直接使用原液进行测试。

芝麻糊制作方法如下：在500mL烧杯加入推荐沸水注水量(135g)，取一包(约39.6g)芝麻糊粉边倒入边搅拌，过程中避免产生块状沉淀物，充分搅拌溶解，待温度降至25℃时进行测试。

藕粉制作方法如下：取20g藕粉粒倒入500mL烧杯，先加入10g温水，待充分溶解后再加入110g沸水(藕粉与水比例1:6)，边加水边搅拌，同时保证搅拌过程中避免产生颗粒状沉淀物和气泡，充分搅拌溶解，待温度降至25℃时进行测试。

本实施例中同时对图1所示的传统板状反挤压装置和图3所示的球状反挤压装置进行了测试，以对比两者的具体效果差异。

如图4所示，本实施例采用的球状探头2由不锈钢制成：d₂为球状探头2的直径；D₂为杯体3的内径，h为杯体3的圆柱形内腔高度。本实施例首先制作了不同球杯直径比(球状探头直径/圆柱形内腔横截面直径)进行组合。保持h＝10cm不变，通过改变d₂和D₂的直径，可改变球状探头与样品杯之间间隙的距离。本实施例采用了d₂＝38mm，35mm，31.5mm，24.5mm，而D₂＝40mm，28mm。由此，以上不同直径的球杯可形成5种不同组合，分别为：38/40mm＝0.95、35/40mm＝0.875、31.5/40mm＝0.7875、24.5/40mm＝0.6125、24.5/28mm＝0.875。其中在球状反挤压测试中，35/40mm组合下的球杯之间的间隙与在板状反挤压试测试中，45/50mm的板与杯之间的间隙相同，为2.5mm。另外，35/40mm和24.5/28mm的球杯比等于0.875，具有相同的比例，其它则在35/40mm的基础上进行相应的扩大或缩小比例，达到增加或减小间隙的目的。样品加载量为样品杯高度的75％，至少要保证在反挤压过程中浸没半球以上，才可达到试样反向流动的稳定状态。

反挤压测试过程和结果如下：

将上述板状反挤压装置(A/BE-45，图1)和调试质构分析仪所示，板状探头直径为45mm、厚5mm，圆柱形样品杯直径为50mm。将样品装至约样品杯高度的75mm，大约100mL的样品被装入样品杯中。实验采用Return to Start模式，参数设置如下：测试距离为30mm，触发力为5g，测后速率为10mm/s，测前和测中速率保持一致，设置速率如表2所示。据报道，Hasegawa等人用超声波法测量了凝胶食物在咽部的吞咽速率，平均吞咽速率为0.1mm/s，吞咽水时最大速率可达0.5mm/s，酸奶最大吞咽速率可达0.2mm/s。随着吞咽困难患者吞咽肌协调功能的降低，食团的吞咽速率不同程度的降低。目前，吞咽困难患者的吞咽速率目前还未有定论。本实施例选择6个模拟吞咽速率：10、5、1、0.5、0.1和0.05mm/s。速率换算原则如下，当板状探头浸入测试样品一半体积时，样品的移动速率达到最大也就是预设模拟吞咽速率，并且整个探头所受到的力达到稳定最大值。因流体流动的速率不仅仅受探头的速率的影响，同时也受探头与杯壁之间间隙的影响，所以利用t秒时间内板状探头没入溶液的体积与溶液挤出的体积相同的原理，计算出探头实际所需速率v_p，即质构仪上所设定的测中速率。

公式如1所示：

其中：v_s为流体速率，即模拟吞咽速率，v_p为探头速率，D₁为圆柱形杯的内径，d₁为板状探头的直径。

由上式可知，10、5、1、0.5、0.1、0.05mm/s的板状探头速率分别为2.35、1.17、0.24、0.12、0.02、0.01mm/s，测前速率与板状探头速率相同。测试在25℃的室温下进行。每个样品重复测量5次，计算5次测量的平均值±标准差进行分析。

表2控制流体速率下相应的板状探头速率

在球状反挤压测试中采用了类似的板状反挤压测试装置，利用质构分析仪模拟各试样的吞咽测试。采用自制球状反挤压装置和低温恒温控制循环泵联用。球状探头和样品杯直径组合如下：38/40mm、35/40mm、31.5/40mm、24.5/40mm、24.5/28mm，选取这些几何组合观察间隙大小对试样模拟吞咽应力的影响。例如，在球状反挤压测试中，35/40mm组合下的球杯之间的间隙与在板状反挤压试测试中，45/50mm的板杯之间的间隙相同，为2.5mm。此外，35/40mm的球杯比与24.5/28mm的球杯比相同，都为0.875。将试样装至约样品杯高度的75mm。实验采用Return to Start模式，参数设置如下：测试距离、触发力和测后速率同板状反挤压参数设置一致，测前和测中速率保持一致，设置速率如表3所示。为了与板状反挤压测试结果作比较，将球状反挤压模拟吞咽速率设置为相同的10、5、1、0.5、0.1、0.05mm/s。速率的换算原则与板状反挤压类似，即根据球状探头推荐速率要等到溶液浸没过球状探头半球位置后，利用t秒时间内球状探头没入溶液的体积与溶液挤出的体积相同的原理，可以求得球状探头所需的推进速率v_b。公式如2所示：

其中，v_s为流体速率，即模拟吞咽速率，v_b为探头速率，D₂为圆柱形杯的内径，d₂为球状探头的直径。

表3显示了本发明中使用的所有球杯直径几何组合的球状探头速率。设置测试前的速率与测中球状探头速率相同。试样温度由低温恒温控制循环泵维持在25℃。每个样品重复测量5次，计算5次测量的平均值±标准差进行分析。

表3控制流体速率下相应不同球杯组合的球状探头速率

根据如上的测试操作和测试参数设置，进行测试实施。板状反挤压测试结果图7所示，为板状反挤压法测量的不同模拟吞咽速率下试样的模拟吞咽应力。可见，所有试样的模拟吞咽应力均随着速率的增加而增大。在相同速率下，藕粉的模拟吞咽应力值最大，其次为蜂蜜、糖浆、枇杷膏，模拟吞咽应力值最小为芝麻糊。

由图8可知，显示了球状反挤压测试不同模拟吞咽速率下样品的模拟吞咽应力，图中展示的为球和杯直径组合(35/40mm)下样品的模拟吞咽应力。与板状反挤压相似，所有试样的模拟吞咽应力基本随着速率的增加而增大。在同一模拟吞咽速率下，同样表现出类似的模拟吞咽应力变化趋势，模拟吞咽应力由大到小依次为藕粉、蜂蜜、糖浆、枇杷膏和芝麻糊。

为了比较板状反挤压和球状反挤压的结果，根据实验室前期研究成果并结合仪器精度限制，选择了在固定的模拟吞咽速率＝10mm/s下的模拟吞咽应力。如图9所示，为板状反挤压(板/杯：45/50mm)和球状反挤压(球/杯：35/40mm)试样在10mm/s时的模拟吞咽应力值对比图，显示了两种反挤压之间的良好相关性，证明了球状反挤压设计的可靠性。结果表明，球状反挤压的模拟吞咽应力值明显高于板状反挤压。这说明球状反挤压技术比板状反挤压技术具有更高的灵敏度。高灵敏度技术是食品工业所需的一个重要特点，因为它将能够区分具有相似黏稠度的食物。例如，本研究使用的牛顿流体，包括蜂蜜、糖浆、枇杷膏具有相似的表观黏度，但球状反挤压比板状反挤压测得的试样间模拟吞咽应力区分度明显。值得一提的是，本发明使用的所有试样按照IDDSI食品/液体类别归类为IDDSI等级3级。虽然样品属于同一等级流体，但模拟吞咽应力有很大不同。这表明IDDSI分类标准下同等级的液体可能对吞咽障碍者造成危险，因所测结果在模拟吞咽过程中的流动能力还是有明显区别的。因此说明了虽然IDDSI流动试验操作简单，但该技术有其局限性。球状反挤压技术模拟了吞入过程，尤其在IDDSI等级较高的情况下，更有利于增稠液体的标准化分类。此外，该技术是定量测量，这是质量控制所必需的。

藕粉和糖浆的模拟吞咽应力随板状和球状反挤压的距离-力值结果的变化如图10所示。结果表明，球状反挤压测试下的模拟吞咽应力基本可达到平衡状态，而板状反挤压在测试过程中后续还有增大的趋势。另一方面，对于板状反挤压，可以看出模拟吞咽应力几乎是瞬间增大才达到平衡的，而球状在测试初期表现的更为稳定。值得注意的是，板状反挤压测试的结果相对是不太稳定的，特别是藕粉。这可能就是由于在测量过程中由于板状的边角效应导致的紊乱和非稳定流动(或二级流动)。与板状探头不同的是，球状探头的设计可达到消除尖锐的边角问题，因此在挤压试样时，试样具有稳定的流动。

为了观察球杯直径比对模拟吞咽应力的影响，本研究测试了不同球和杯直径的几何组合。表4总结了不同速率和几何组合下试样的模拟吞咽应力，可观察到相同的现象，即随着速率的增加，模拟吞咽应力随之增大。通过图11可知，在模拟吞咽速率＝10mm/s下不同球杯几何组合的模拟吞咽应力随球杯直径比增加而增大，这在其它模拟吞咽速度下具有相似的现象。同时观察球杯直径比相同的35/40和24.5/28mm组合下的模拟吞咽应力，在较高模拟吞咽速率下具有较相似的结果，不过稳定性较差。

表4样品在不同速率和几何形状下的模拟吞咽应力(平均值±标准差)

*球/杯直径

样品的剪切流变特性测试：

稳态剪切扫描，测试条件为剪切速率范围0.1-1000s^-1、每个数据点的采集时间为30s，共采集21个数据点。图12表示样品的表观黏度随剪切速率的变化。表5总结了50s^-1时样品的剪切黏度，选择剪切速率为50s^-1下的黏度通常用于研究比较中。可以看出，蜂蜜、糖浆和枇杷膏的表观黏度与剪切速率无关(即应力与应变速率成正比)，说明这些流体是牛顿流体。研究发现，枇杷膏的表观最低，其次是糖浆，而蜂蜜的表观黏度最高。藕粉和芝麻糊的表观黏度随剪切速率的增大而减小，表现出剪切变稀的特性。

表5剪切速率在50s^-1下样品的表观黏度(平均值±标准差)

另外，本实施例中进一步通过球状反挤压装置获得试样的模拟吞咽应力与流变参数相关联来评价该装置的准确性。其采用美国TA公司的Discovery HR-2剪切流变仪，对试样进行稳态剪切扫描、振幅应变扫描和小振幅频率扫描获取流变参数。使用锥形板夹具(直径40mm，角度2.017°)，温度设定为25℃，采集频度设置为5，按对数刻度设置扫描，以保证采集点数在各个数量级内均等。每次移加试样时避免产生气泡，平行测3次，对试样进行以下3种模式的测试。

流体的表观黏度(Apparent viscosity)，又称剪切黏度(Shear viscosity,η_s)，为剪切应力(Shear stress,τ)与剪切速率(Shear rate,)的比值，单位：帕.秒，Pa.s，计算公式如式3：

将反挤压测试中测得的模拟吞咽应力与试样的流变特性进行对比，可以看出模拟吞咽应力反映了试样的流变特性。以牛顿流体为例，观察到牛顿流体的模拟吞咽应力在枇杷膏、糖浆和蜂蜜之间依次增大，同样表观黏度也为枇杷膏最小，糖浆次之，蜂蜜最大，两者之间成正比。此外，还发现幂律模型适用于描述藕粉和芝麻糊在不同模拟吞咽速率下的模拟吞咽应力(如图7和图8)。这是因为藕粉和芝麻糊是遵循幂律模型的剪切稀化液体。同样，由于表观黏度较高，藕粉的模拟吞咽应力也高于芝麻糊。这说明反挤压测试结果与试样的流变特性有很好的相关性。虽然在板状反挤压和球状反挤压结果中表现出相同的效果，但是球状反挤压则更显著相关。

质构分析仪为商用可得，市场价格在10万至35万人民币之间。球状探头为硬性不易形变材料所制，上端有相应螺纹可与质构分析仪完美联合，利于所测试样感应力值稳定传输，也利于试样的稳定流动，可直接获得感应力值，可与质构分析仪配套的软件上显示出来；样品杯也为不锈钢材料或玻璃等其它硬性材料所制，两侧有与低温恒温控制循环泵可连接的进出循环水孔，可更好的控制温度；球和杯的直径可任意切换，用于适用不同状态、不同质构的试样，保证试样数据的合理获得，更具有科学性。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。