摩擦學是研究兩個滑動表面之間的摩擦,潤滑和磨損的方法,數十年來,化學和材料工程行業一直在使用該方法來確定各種物質(例如潤滑油和橡膠)的摩擦行為。
這種測試的實際應用相對簡單:在滑動鋼表面之間提供低摩擦量的潤滑劑有助于減少表面接觸產生的摩擦,例如在機械樞軸或滑動活塞中。同樣,汽車輪胎用橡膠也需要為輪胎提供足夠的摩擦力,使其能夠抓緊路面,但摩擦力不會太大,以至于車輪的轉動需要更多的能量,從而導致輪胎的快速磨損。最近,摩擦學被用于食品研究,以研究食品的摩擦行為。
最常見的摩擦學設備包括在平坦表面上滑動的壓頭或球,表面之間有或沒有潤滑劑。食品摩擦學研究的主要目標之一是將食品的感官質地與機械摩擦測量聯系起來。最近流變學和摩擦學對食物質地影響的研究表明,食物在口腔加工的初始階段行為,主要由流變學行為控制,而摩擦學(薄膜)行為則在咀嚼的后期占主導地位。因此,對食物的口服評價包括對機械和摩擦行為的感覺,以及成分和物理性質(如pH值、粒徑、脂肪含量和水分含量)。這種推理導致了這樣一種假設,即測量食物的摩擦行為可能會產生傳統機械測試無法提供的食物質地信息,并提高對食物結構與質地關系的理解。
摩擦學是否能成為流變測試的規范?是否能取代感官分析用于確定食物質地的當前標準?這兩個問題答案是“否定的”。人的嘴是一個復雜的環境,在該環境中會發生許多物理化學變化,并同時評估多個質地屬性。實際上,口腔中的感覺和評估功能可以與最先進的食品研究實驗室設施媲美:沒有任何一種測試或儀器能夠同時評估機械性能、摩擦性能、pH值、揮發性成分、脂肪含量、水分含量、結構等,以及這些性能在一段時間范圍內的變化。但是,將多個測試的結果結合起來,可以更清晰地了解食物質地及其背后的機制。盡管摩擦學測試可能無法完全描述食物的質地,但使用摩擦學評估食物的摩擦行為可提供有關摩擦在食物質地中作用的更多信息,尤其是在摩擦測試過程中添加唾液時。摩擦學雖然不是儀器測量的圣杯,但它是用于測量食品物理化學性質,結構和質地之間復雜關系的另一種工具。
浙江工商大學的研究人員一直在研究唾液和茶混合物的口腔摩擦實驗,并將其與回甘和摩擦系數相關聯。回甘是喝茶后感覺到的一種感覺,持續于口腔和咽喉,導致分泌唾液時間延長,該研究旨在揭示回甘的基本機制及其影響因素,摩擦學方法與感官分析和其他生理學評估相結合。
2014年,通過自制的實驗裝置成功的將質構儀應用于摩擦學研究。利用近牛頓流體(糖漿溶液)和剪切稀化(淡奶油)體系,驗證了實驗裝置應用于摩擦學研究的可行性和可靠性。結果表明摩擦系數受流體黏度、滑移速度和表面負荷共同影響。
這臺應用于摩擦學的實驗裝置設計完成。目前,該設備已成功應用于評估葡萄酒的澀味,牙膏和乳狀液的光滑度以及唾液與茶的相互作用等方面研究,其成果顯著,這也從側面再次驗證了該實驗裝置的可行性和可靠性。
2020年,本實驗室在原有裝置的基礎上進行了優化設計:
(1)引入了透明樣品室,使其成為近乎封閉的系統。為了最小化減少樣品在實驗過程中的蒸發,還向樣品室內引入了水循環系統。
(2)利用3D打印技術制成光敏樹脂材料的新型圓盤探頭,代替不銹鋼探頭,該探頭在PDMS的上方作往復滑動運動,為更好的實現體外口腔潤滑研究(軟-軟摩擦表面接觸)提供了技術支持。
(3)使用3D打印技術制作不銹鋼雙鉤夾具將輕質探頭連接于質構儀的重量傳感器,用于控制探頭移動與摩擦力測量。探頭的頂部可放置不同重量的砝碼,以對應不同口腔施力環境(0.01-10N)。

圖片來源:2023感官分析創新論壇
來源:感官科學與評定整理發布 ,轉載請注明來源。
參考:浙商大食品口腔加工實驗室,FOP主題文獻分享之——口腔加工新概念“軟摩擦”

