林順順，史家琪，趙 杰，，張 劍，孫夫才，馬兵團，李夢琴*

（1 河南農業(yè)大學食品科學技術學院 鄭州450002 2 貝一食品（山東）有限公司 山東臨沂276000 3 河南同昌實業(yè)有限公司 鄭州 450000）

食品在口腔中的加工是一個復雜的動態(tài)過程，它包含了食物的獲取、咀嚼、吞咽等。Stokes等[1]將口腔處理分為6 個階段：第1 口咬合、粉碎、顆?；?、食團形成、吞咽和殘留。這一系列行為，既是口腔對食物的處理過程，也是口腔感知食物享受屬性的過程。人們通過口腔加工感知食物的質地屬性是一種多維的感官感知，受食物的結構、流變性、表面特性以及唾液的影響，無法簡單地使用儀器測量。在食物口腔加工初期，食物的流動性、黏彈性等流變學特性在口腔感官感知中起主導作用，在咀嚼后期口腔感知到的食物質地屬性與口腔表面分散體的摩擦學行為有關。大量研究表明，儀器測定的食物流變行為與食物的感官屬性及特定結構之間雖存在著一定的相關性[2-3]，但流變學無法預測口腔加工中復雜的感官參數，如口感[4]、奶油味[5]等。摩擦學通過模擬食物在口腔內的加工過程和食物被舌頭擠壓至口腔表面時的潤滑行為來客觀表征食物的感官屬性[6-7]。有研究表明，巧克力的摩擦系數隨口腔加工時間的增加呈減小趨勢，消費者能夠獲得更好的絲滑感[8]。Nguyen 等[9]測定不同巴氏殺菌牛奶和奶油奶酪的摩擦系數，結果發(fā)現對于不同脂肪含量的樣品，摩擦系數之間存在顯著性差異，這表明摩擦學具有區(qū)分不同脂肪含量樣品的能力。此外，口腔摩擦學對于開發(fā)適合吞咽障礙患者的功能性食品也具有重要價值[10]。

1 摩擦學的Stribeck 曲線

在食物摩擦學中，通過Stribeck 曲線揭示食物的潤滑機制[11]（圖1）。該曲線適用于表征潤滑劑黏度、表面運動的相對速度（夾帶速度）、負載和摩擦系數之間的關系。在Stribeck 曲線中，從左至右可分為邊界潤滑區(qū)、混合潤滑區(qū)和流體潤滑區(qū)。如圖1 所示，在邊界潤滑時，接觸面間相對運動速度很小時，流體動力壓力不足以將上顎和舌頭分開，接觸表面的粗糙度決定了食物的潤滑特性。隨著夾帶速度的增加，更多的潤滑劑進入兩接觸面間，潤滑劑形成一層連續(xù)的薄膜將舌頭-上顎兩表面分開，此時摩擦系數最小，稱為混合潤滑，在此階段決定食物潤滑特性的不僅是潤滑劑和接觸面的材料性質，還包含了潤滑劑和接觸面間的相互作用。隨著夾帶速度的進一步提高，食物受到較大的流體壓力與平面分離，不存在直接接觸，稱為流體潤滑。在這里，潤滑劑的體積特性（即黏度、結構）決定摩擦行為。因此，摩擦學可以很好的和流變學、流體力學結合，來描述食品在口腔加工中發(fā)生的變化[12-13]。

圖1 Stribeck 曲線[11]Fig.1 Stribeck curve[11]

摩擦系數是口腔摩擦學中最重要的參數，表現為食物在口腔中發(fā)生的擠壓和剪切時所表現出的摩擦性質[14]。有研究表明，當2 個相互接觸的平面間存在潤滑劑或者液體薄膜時，摩擦系數就不再是一個穩(wěn)定的常數，這個時候它不但會受到接觸表面性質的影響，還受到2 個平面相對運動的速度、潤滑劑的性質和平面上負荷大小等的影響[15]。

2 摩擦學在客觀表征食物感官屬性方面的應用

2.1 澀感

多酚類是最常見的澀感物質，通常存在于水果、樹葉或樹皮中。葡萄酒[16]、咖啡[17]、茶[18]以及未成熟的水果[17]等一系列在消費過程帶給消費者澀感的食物中都被證實存在著多酚類物質，該類物質可與唾液膜中的蛋白質結合后沉淀，降低食物的潤滑度。Rossetti 等[19]將澀感和口腔摩擦學聯系起來，該研究向唾液中添加表沒食子兒茶素沒食子酸酯（Epigallocatechin gallate，EGCG）或表兒茶素沒食子酸酯【（-）-Epicatechin gallate，ECG】，比較添加前后界面的摩擦特性，發(fā)現EGCG 或ECG 會剝奪口腔中的唾液膜從而增大摩擦系數。即摩擦系數與口腔澀感呈現出較強的線性相關，該研究表明EGCG 引發(fā)口腔澀感。Charlton 等[20]提出蛋白質可與多酚結合形成可溶性復合物，復合物之間通過相互作用導致沉淀生成。

李燕等[21]通過探究普洱茶沖泡次數及浸出物的含量，得出兒茶素及衍生物，如EGCG、ECG 對茶葉澀味有決定性作用，酚酸及其衍生物、黃酮類、生物堿類物質對澀味具有協(xié)同作用。此外，Laguna 等[22]提出口腔摩擦學作為一種新方法可以量化多酚-蛋白質相互作用，建立與澀味感官感知之間的聯系。Wang 等[23]研究表明，葡萄酒中單寧吸附在唾液膜上是導致口腔澀感和粗糙感的主要因素，進而降低體系的潤滑性。Wang 等[24]同樣提出降低葡萄酒中的pH 值同樣會引起澀感，且與單寧在唾液膜上的吸附作用具有不同的機制。此外，乳清蛋白與口腔組織上的受體相互作用也被證實可引起口腔的澀感[25]。Laiho 等[26]改變酸奶中酪蛋白與乳清蛋白的比例，發(fā)現含高比例乳清蛋白的酸奶樣品中存在著大顆粒蛋白質聚集體，該聚集體可提高口腔加工的剪切強度，降低了口感的乳脂感和光滑度。綜上表明，口腔摩擦學已被認為是定量分析澀味感知的客觀依據。

2.2 潤滑感

2.2.1 脂肪對于潤滑感的作用 脂肪在口腔加工中起潤滑作用，可以降低口腔摩擦系數從而得到更好的潤滑感。脂肪感知的現象在口腔中并不能通過流變學或者黏度的測定進行表征。人們在大量研究中建立“乳脂感” 感知與摩擦學之間的關系。鄭淇丹等[27]研究發(fā)現適當的結晶態(tài)脂肪比例可以顯著降低乳液的摩擦系數。Dresselhuis 等[28]設計不同比例脂肪液滴的水包油乳液，用豬舌頭和聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）作為基底進行模擬口腔摩擦學處理，發(fā)現提高總脂肪含量可以顯著降低口腔加工的摩擦系數。對于無脂、低脂、全脂蛋黃醬的研究發(fā)現，不同脂肪含量的蛋黃醬在摩擦過程中表現出不同的形態(tài)與口感的相關聯性[29]。Mu 等[30]采用葡萄糖-δ-內酯對不同脂肪含量的膠束酪蛋白分散體進行酸化處理，制備乳液凝膠，測定了該凝膠體系的流變學及摩擦學特性，并與激光共聚焦掃描顯微鏡得到的微觀結構變化相結合，發(fā)現摩擦學與流變性能均與乳化度高度相關，隨著脂肪含量的增加摩擦系數顯著降低。Principato 等[31]對市售不同脂肪/糖比例的榛子醬進行摩擦學分析，發(fā)現脂肪/糖比例對摩擦系數呈負相關關系。Chung 等[32]以中鏈甘油三酯為油相，桂花皂苷為植物基表面活性劑研究油滴濃度對模型咖啡奶精理化性質的影響，結果表明表觀黏度隨著油滴濃度的增加而增加，進而影響感官感知。眾所周知，脂肪的過多攝入會對人體健康造成威脅，近年來，對于低脂低熱量食品的消費趨勢越來越高，而口腔摩擦學的研究為低脂食品的開發(fā)提供一些參考。

2.2.2 蛋白質對于潤滑感的作用 人們發(fā)現蛋白質可以作為脂肪替代物提高食物的潤滑度。Laiho等[26]發(fā)現影響酸奶潤滑的主要因素是酪蛋白膠束上的乳清蛋白形成連續(xù)均質蛋白網絡，低濃度、小顆粒均勻的蛋白質聚集體填充在兩個移動表面之間，從而起到潤滑作用，對酸奶的乳脂感和潤滑度起到積極作用。趙杰等[33]發(fā)現濃縮乳清蛋白（Whey protein concentrate，WPC）的復合會顯著提升淀粉凝膠體系的潤滑特性，且WPC 濃度對復合體系潤滑特性提升呈非線性關系的顯著影響。Chojnicka 等[34]采用了不同濃度卵清蛋白和乳清蛋白聚集體在橡膠表面的小型牽引機上模擬了與口腔條件相關的壓力和牽引速度，結果表明摩擦系數既受口腔中食物體積黏度的影響，也與口腔中食物的粗糙度、彈性和表面相互作用有關。蛋白質聚集體可以作用于粗糙表面來調節(jié)摩擦力，從而控制口腔感知。Godoi 等[35]研究3 種蛋白質親水膠體（明膠、膠原蛋白水解物和微粒乳清蛋白）對低脂巧克力牛奶摩擦流變特性的影響，表明摩擦系數的大小雖受到蛋白質類型及濃度的影響甚微，但Stribeck 曲線趨勢差異顯著，且對比得出明膠-膠原蛋白水解物混合狀態(tài)樣品在改善口感方面作用更為明顯。蛋白質和多糖在食品工業(yè)中可作為天然食品添加劑，它們的混合體系比單一的蛋白質或多糖混合物具有更好的特性，Bot 等[36]調整了口服營養(yǎng)補充劑中脂肪、碳水化合物、蛋白質三者的比例，將摩擦系數與感官評價、粒度分布相關聯，發(fā)現大豆蛋白-乳清蛋白混合物中脂肪含量較少的樣品綜合評分最高，有明顯的甜味、乳脂感以及香草味。綜上，食品中蛋白質可以改變食物的潤滑特性，適當的配比將使消費者擁有享樂性口感感知（如奶油感、潤滑感）。

2.2.3 唾液對于潤滑感的作用 唾液是一種固有的生物潤滑劑，它覆蓋在口腔內的所有表面，涉及到食物加工的所有階段[37]。口腔加工過程中唾液里的蛋白質被底物吸收形成多層膜，唾液膜中具有高黏性和彈性的黏蛋白是口腔潤滑行為的重要參與者，食物-唾液相互作用均被證實會影響食物在口腔加工過程中的流變學和摩擦學行為[38]。唾液膜的吸附和潤滑與唾液分泌密切相關，而唾液膜在口腔中的厚度因為部位不同會有所區(qū)別，其分泌速度也會隨著食物的刺激以及唾液腺的位置而發(fā)生改變。有研究表明，唾液流速會影響受試者對茶葉的回甘感覺[39]。唾液還可以作為乳化劑，使進入口腔的脂肪分布均勻[40]，可以有效降低酸奶樣品的摩擦系數[41]。Watrelot 等[42]研究指出，唾液比黏蛋白潤滑劑在疏水表面聚二甲基硅氧烷（PDMS）上更能降低紅酒的摩擦系數。Fuhrmann等[43]同樣提出，唾液添加量越大，食物的摩擦力就越小，唾液分泌量受到食物顆粒大小的影響。Morell 等[41]探究蛋白質、淀粉以及唾液對酸奶潤滑能力的影響，發(fā)現添加高濃度WPC 或奶粉使樣品具有顆粒感，而淀粉及唾液濃度的增大均能顯著降低酸奶的摩擦系數，這也說明進行摩擦學測定時，唾液的存在可以提高數據的真實性。

2.2.4 物質環(huán)境及操作條件對潤滑感的作用 淀粉在食品工業(yè)中廣泛用作膠凝劑、增稠劑和穩(wěn)定劑，大多數淀粉類基質食物含有食鹽、乳酸、乙酸等成分，這些小分子電解質會影響食物的pH 值以及離子強度，這些條件的變化對淀粉糊化、黏彈性、回生程度均有影響。離子強度在一定范圍內對馬鈴薯淀粉黏彈度影響顯著，超出該范圍后，影響就明顯減弱，且馬鈴薯淀粉比玉米淀粉對離子強度的反應更敏感[44]。Fang 等[45]研究表明，在中性和堿性pH 值下，電離化的磷酸單酯會阻止凝膠的老化。隨著pH 值的降低和磷酸單酯的質子化，分子間靜電斥力減小，糯性馬鈴薯淀粉通過分子間雙螺旋結構形成黏彈性極強的凝膠。蛋白質雖然也可以提高淀粉凝膠的結構強度，但是降低體系pH 值會弱化蛋白質的作用。Aleixandre 等[46]向淀粉中加入酚類物質（苯甲酸、原兒茶酸、香草酸和藜蘆酸）后發(fā)現這類物質可以影響淀粉的糊化特性、熱穩(wěn)定性、黏度、微觀結構及硬度等特性，且在適當pH 值下，酚類物質中的羥基可以有效抑制淀粉的消化水解，進而達到調節(jié)餐后葡萄糖釋放的目的。Hossain 等[47]發(fā)現不同濃度NaCl 以及各種pH 值環(huán)境等水質參數會改變氧化纖維素納米纖維-淀粉共混凝膠的穩(wěn)定性及其流變性質。Olivares 等[48]研究不同濃度脫脂奶粉（Skim milk powder，SM）和氯化鈣制備的鈣誘導脫脂乳凝膠體系的凝膠化過程、理化特性和摩擦流變學特性，結果發(fā)現較高SM 濃度的凝膠具有較好的持水性能，熱處理前牛奶分散物的pH 值影響凝膠化過程開始的溫度及凝膠的最終結構，提高SM/氯化鈣含量，凝膠體系的潤滑性能也隨之提高。Young 等[49]研究pH 值對蛋清蛋白和乳清分離蛋白（Whey protein isolate，WPI）的影響時發(fā)現在pH 值為7.5 即等電點（Isoelectric point，IEP）條件下的蛋清液體凝膠表現出高黏度和良好的潤滑性能。當pH 值為3.5 和pH 值為8 時，WPI 液體凝膠的黏度及潤滑性能良好，在IEP 條件下的WPI 流體凝膠則表現了較高的摩擦值。

許多食品乳狀液的感官屬性，比如乳脂性、厚度、光滑性等都與流變學性質直接相關。小振幅振蕩剪切（Small amplitude oscillatory shear measurement，SAOS）通常用于量化食品結構的流變行為，大振幅振蕩剪切（Large-amplitude oscillatory shear，LAOS）被用于表征非線性區(qū)域的食品流變學測量[50]。Anvari 等[51]研究指出，在處于較高pH 值以及LAOS 時，魚明膠-阿拉伯樹膠絡合濃縮乳試樣的摩擦系數較高。研究表明，在LAOS 時香雪球種子膠體系表現永久變形和較低的摩擦系數[52]。糊化后的淀粉凝膠大多表現剪切稀化行為，而Ang 等[53]發(fā)現在300 r/min 的連續(xù)攪拌下，在過量水中處理30 min 的糯馬鈴薯淀粉則表現出剪切增稠行為。Gao 等[54]指出在高剪切速率下，紫膠鈉脂肪酸鏈的疏水相互作用增大，紫膠鈉懸浮液由牛頓流體變?yōu)榉桥ｎD流體。Shahbazi 等[55]通過不同剪切速率對玉米淀粉分散體進行物理改性，制備改性后的淀粉凝膠體系，研究剪切力對其功能性能的影響。結果發(fā)現，低剪切處理會降低凝膠體系的硬度以及結晶度，隨著剪切速率增加，體系硬度增加而黏性降低。該結果在Ang 等[53]的研究中同樣被發(fā)現，在120 ℃下處理蠟質馬鈴薯淀粉，低速剪切速率下淀粉黏度逐漸降低，當超過其臨界剪切速率時則表現剪切增稠，原因是剪切促進了聚合物鏈之間分子的締合。

綜上，物質環(huán)境（如鹽離子濃度、pH 值）及操作條件（如剪切振幅及強度等）均對食品口腔加工中的潤滑感具有顯著影響。

3 摩擦學在食品加工及口感研發(fā)中的應用

口腔摩擦被運用于食品加工中，旨在開發(fā)消費者喜愛的風味產品。碳酸飲料因飲用后感到的“暢快感”常常受到年輕人的偏愛。碳酸化感知是口腔和鼻腔內的整體感知，包括刺痛，灼熱，口腔灼傷和刺激[56]。Vladescu 等[57]發(fā)現碳酸飲料進入口腔后會使唾液膜剝離，且CO2進入口腔后，形成了氣泡，降低了流體動壓，這些都導致了摩擦系數顯著增加，使口感更加清爽。Barker 等[58]發(fā)現碳酸化后的藍莓汁和蘋果汁比非碳酸化時更受消費者認同。程歡[59]研究發(fā)現Span 系列乳化劑與黏蛋白的復合物則會引發(fā)口腔澀味的分子機制與不可逆絮凝緊密相關。這一發(fā)現對于研發(fā)口感及健康偏好的乳飲料具有一定的理論借鑒意義。胡靜茹[60]發(fā)現摻有不同含量三聚氰胺的牛奶與普通牛奶相比，其摩擦系數顯著變大，因此摩擦學測試可應用于檢測牛奶中三聚氰胺的存在。Kim 等[61]對蘋果進行固態(tài)食品的摩擦行為研究，發(fā)現粉狀及顆粒粗糙的蘋果具有更低的摩擦系數，且瞬態(tài)階段的摩擦系數與質地屬性之間具有顯著相關性，而在穩(wěn)態(tài)階段沒有相關性。這在未來與感官評價相關的固態(tài)食品摩擦學研究具有重要意義。功能性乳飲料對于改善腸道菌群以及生物代謝等方面多有益處，Garavand 等[62]研究副干酪乳桿菌（Lacticaseibacillus paracasei，L.paracasei）與以益生元（乳果糖、菊粉、大豆分離蛋白和螺旋藻）為補充劑的酸奶的生物活性以及摩擦學測定，對照發(fā)現副干酪乳桿菌-螺旋藻復合酸奶具有較好的生物活性以及較低的摩擦系數，因此在發(fā)酵乳制品中采用益生菌-益生元共生系統(tǒng)可以提高其功能特性，從而得到營養(yǎng)價值更高的乳制品。Kardas 等[63]最新證明一些細菌可以產生與唾液性質相當的胞外聚合物質，溶出后具有與唾液相當的流變學和摩擦學特性，可作為唾液替代物參與食品口腔加工研究。

4 結語與展望

對摩擦學的廣泛研究在近十年興起，它作為一種工具客觀表征食物口腔加工過程中的感官感知屬性。本文綜述了口腔摩擦學的基本原理以及物質環(huán)境、操作條件等因素對口感潤滑屬性的影響。對于食品口腔加工而言，食品的感官和生理屬性是動態(tài)的、復雜的，目前的技術仍然無法在體外精確模擬這一過程，因此，將模擬口腔加工摩擦學數據完全取代實際人體的主觀感官屬性仍是一個挑戰(zhàn)。但是，可以預見，口腔摩擦學在未來食品加工中將具有更大的潛力，將會成為食品研發(fā)及感官評價中一項重要的客觀參考。