摩擦学是研究两个滑动表面之间的摩擦,润滑和磨损的方法,数十年来,化学和材料工程行业一直在使用该方法来确定各种物质(例如润滑油和橡胶)的摩擦行为。
这种测试的实际应用相对简单:在滑动钢表面之间提供低摩擦量的润滑剂有助于减少表面接触产生的摩擦,例如在机械枢轴或滑动活塞中。同样,汽车轮胎用橡胶也需要为轮胎提供足够的摩擦力,使其能够抓紧路面,但摩擦力不会太大,以至于车轮的转动需要更多的能量,从而导致轮胎的快速磨损。最近,摩擦学被用于食品研究,以研究食品的摩擦行为。
最常见的摩擦学设备包括在平坦表面上滑动的压头或球,表面之间有或没有润滑剂。食品摩擦学研究的主要目标之一是将食品的感官质地与机械摩擦测量联系起来。最近流变学和摩擦学对食物质地影响的研究表明,食物在口腔加工的初始阶段行为,主要由流变学行为控制,而摩擦学(薄膜)行为则在咀嚼的后期占主导地位。因此,对食物的口服评价包括对机械和摩擦行为的感觉,以及成分和物理性质(如pH值、粒径、脂肪含量和水分含量)。这种推理导致了这样一种假设,即测量食物的摩擦行为可能会产生传统机械测试无法提供的食物质地信息,并提高对食物结构与质地关系的理解。
摩擦学是否能成为流变测试的规范?是否能取代感官分析用于确定食物质地的当前标准?这两个问题答案是“否定的”。人的嘴是一个复杂的环境,在该环境中会发生许多物理化学变化,并同时评估多个质地属性。实际上,口腔中的感觉和评估功能可以与最先进的食品研究实验室设施媲美:没有任何一种测试或仪器能够同时评估机械性能、摩擦性能、pH值、挥发性成分、脂肪含量、水分含量、结构等,以及这些性能在一段时间范围内的变化。但是,将多个测试的结果结合起来,可以更清晰地了解食物质地及其背后的机制。尽管摩擦学测试可能无法完全描述食物的质地,但使用摩擦学评估食物的摩擦行为可提供有关摩擦在食物质地中作用的更多信息,尤其是在摩擦测试过程中添加唾液时。摩擦学虽然不是仪器测量的圣杯,但它是用于测量食品物理化学性质,结构和质地之间复杂关系的另一种工具。
浙江工商大学的研究人员一直在研究唾液和茶混合物的口腔摩擦实验,并将其与回甘和摩擦系数相关联。回甘是喝茶后感觉到的一种感觉,持续于口腔和咽喉,导致分泌唾液时间延长,该研究旨在揭示回甘的基本机制及其影响因素,摩擦学方法与感官分析和其他生理学评估相结合。
2014年,通过自制的实验装置成功的将质构仪应用于摩擦学研究。利用近牛顿流体(糖浆溶液)和剪切稀化(淡奶油)体系,验证了实验装置应用于摩擦学研究的可行性和可靠性。结果表明摩擦系数受流体黏度、滑移速度和表面负荷共同影响。
这台应用于摩擦学的实验装置设计完成。目前,该设备已成功应用于评估葡萄酒的涩味,牙膏和乳状液的光滑度以及唾液与茶的相互作用等方面研究,其成果显著,这也从侧面再次验证了该实验装置的可行性和可靠性。
2020年,本实验室在原有装置的基础上进行了优化设计:
(1)引入了透明样品室,使其成为近乎封闭的系统。为了最小化减少样品在实验过程中的蒸发,还向样品室内引入了水循环系统。
(2)利用3D打印技术制成光敏树脂材料的新型圆盘探头,代替不锈钢探头,该探头在PDMS的上方作往复滑动运动,为更好的实现体外口腔润滑研究(软-软摩擦表面接触)提供了技术支持。
(3)使用3D打印技术制作不锈钢双钩夹具将轻质探头连接于质构仪的重量传感器,用于控制探头移动与摩擦力测量。探头的顶部可放置不同重量的砝码,以对应不同口腔施力环境(0.01-10N)。
图片来源:2023感官分析创新论坛
来源:感官科学与评定整理发布 ,转载请注明来源。
参考:浙商大食品口腔加工实验室,FOP主题文献分享之——口腔加工新概念“软摩擦”