技术摘要：
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  全部
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。 4 CN 111595730 A 说　明　书 2/10 页
技术实现要素：
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 5 CN 111595730 A 说　明　书 3/10 页 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。