口腔软摩擦理论与测量技术及其在食品感官感知研究中的应用

食物在食用过程中的质构和口感是引起食品感官愉悦的重要组成部分，对消费者的食品偏爱及接受度产生直接影响。人们对于食品质构的感知取决于食品组成成分、微观结构以及宏观层次上通过视觉、味觉、触觉和听觉衍生出来的感官感知。虽然视觉、听觉和触觉都有助于质构感知，但最有价值和最主要的信号则来自口腔的触觉。

随着摩擦学的发展，在过去10 年左右的时间里出现了关于“软摩擦学”（即涉及至少一个表面为可形变接触面的摩擦学）的概念，为评估食品口腔中的润滑行为提供了新的研究方法和参考。浙江工商大学食品与生物工程学院，食品口腔加工实验室的汪 琦、朱 扬、陈建设*阐述了摩擦学的基本原理和口腔软摩擦学的基本知识，着重介绍了软摩擦学建立的口腔生理学基础和测量方法，同时概括了应用口腔软摩擦技术研究食品感官感知的最新进展。

1、摩擦学原理

摩擦学是一个系统属性

摩擦学主要研究的是两个接触表面间发生相对位移时的现象，包括阻碍两相运动的摩擦力、表面磨损、表面润滑等。在两接触面性质固定且无润滑剂存在的情况下，摩擦阻力F与垂直方向上的法向应力Fl成正比，即 F＝µ0Fl，其中µ0为摩擦系数，定义为摩擦力与法向应力的比值；在接触面表面微结构、化学构成等固定且不随实验过程变化的情况下，µ0为定值。但当两接触面间存在润滑液时，将产生与法向力相反的力（F’）作用于上下表面，从而达到减少摩擦力的目的，此时的摩擦力可以表示为F＝µ（Fl－F’）。

复杂流体的润滑区间——Stribeck曲线

在摩擦学研究中，Stribeck曲线通常被用于描述表观摩擦系数μ与摩擦变量（黏度η、速率v和法向负荷W）之间的关系（图2）。

2、口腔软摩擦的基本知识

口腔生理环境

人舌是人体非常特殊的器官，在食物的操纵、吞咽以及感官感知方面起着至关重要的作用。尤其是对于流体食物，在口腔加工过程中舌与食物密切接触，舌体内舌纵肌、舌横肌、舌垂直肌在3 个维度操纵食物在口腔中运输，舌头表面的味蕾与神经末梢感知食物的味道和质地，口腔内黏膜与食物的摩擦和润滑行为在食物口腔感官中起着关键作用。健康人舌的杨氏模量通常在2.5 kPa左右，而舌面与上颚间可产生30～70 kPa的 压强。人舌和皮肤相似，是一种触觉神经和肌肉发达的特殊感受系统，由上皮细胞、肌肉和腺体3 个部分组成，上皮细胞上包含味蕾和乳头状突起，其中乳突具有4 种类型，即菌状、丝状、环状和叶状乳突。菌状和丝状乳突在食品感官感知中占据主要作用，菌状与丝状乳突感受到外界刺激后，由三叉神经末梢将信息传递给大脑中枢神经，从而形成对食物质构、风味的综合感知。

摩擦行为的测量方法

口腔软摩擦涉及食物与两个相互作用表面（上颚-舌） 的相对运动，但是由于伦理与道德的因素，口腔原位摩擦行为的测量较为困难，因此利用商用或自制的摩擦仪体外模拟食品在口腔中的摩擦行为成为合理的选择。小型牵引装置（MTM）是一种主要用于工程研究的商用摩擦仪（图11），装置为板-球 接触，可实现PDMS-PDMS软介质接触，兼顾滑动/滚动两种测量方式，测量速度范围覆盖广（1～2400 mm/s）， 但造价昂贵、维护成本高是其应用于食品科学研究的主要障碍。利用质构仪作为牵引装置的自制摩擦仪由于其亲民的价格、简便的操作模式被应用于与摩擦行为相关的食品口腔加工研究。

3、口腔软摩擦研究在食品感官感知中的应用

口腔软摩擦研究在乳状系统中的应用

乳制品的乳脂感是一个十分重要却复杂的感官属性，其感知受到颜色、香气、风味、表面性质等因素的影响，同时还受到基因和品尝时环境的影响，难以将该属性与化学或物理测量手段直接联系起来。目前研究中对于乳脂感感知产生了两个相互矛盾的理论。第一种理论认为，乳脂的感知是一种基于味蕾分子检测的化学过程；第二种理论认为，乳脂感是一种基于机械或触觉机制的物理过程，由位于舌头表面的各种机械感受器和神经末梢感知。

口腔软摩擦研究在涩味化合物感知上的应用

涩感被认为是由于黏膜表面润滑程度的降低和摩擦的增加导致的干燥粗糙和褶皱的感觉。涩感最初常常被认为是一种味觉，而后被描述为尖刻性、粗糙的感知。红酒中适当收敛的粗糙感觉是消费者所期待的， 但高度的收敛性会导致不愉快的感觉。涩感的产生有3 种可能的机制：1）可溶性单宁-蛋白质聚集或“游离刺激物”的作用耗尽唾液保护膜，口腔表皮甚至触觉受体暴露；2）不溶并可能沉淀的单宁-蛋白聚集体的形成，影响摩擦过程；3）游离单宁与口腔细胞膜之间的直接相互作用。尽管这些机制都有合理性，但学界仍有争论，但越来越多的迹象表明，口腔摩擦是导致涩感的重要因素。

口腔软摩擦研究在辅助吞咽产品上的应用

吞咽困难是一种由于组织衰老或神经系统受损引起的吞咽障碍，这种紊乱多发生在液态食物从口腔到食道的食物运输过程中，生物聚合物增稠液体能延长从口腔到食道过程中食团通过时间，从而延长患者肌肉反应时间，以此来防止食团分散堵塞呼吸道。迄今为止，吞咽障碍研究领域的大多数报道都集中在流变学，对增稠液体在口腔加工过程中的摩擦性能的研究还相对较少。

结 语

口腔软摩擦是一个系统属性，既包括食物材料属性，也包括口腔生理属性。口腔软摩擦性质可以用摩擦系数来表征，受食物材料性质（黏度）和摩擦条件（接触面、表面移动速度、压力）的影响。因此，测量方法、摩擦仪基底和样品模型的选择对口腔感官感知的评判至关重要。目前的摩擦测量仪器与真实的口腔软摩擦环境还有很多不同，如何建立可靠的体外口腔软摩擦技术还需要大量相关研究。在建立体外摩擦测量体系时要综合考虑唾液、舌和上颚在口腔加工中的重要作用，以便结合真实口腔生理环境设计制作更接近口腔表面的体外软摩擦装置。舌表面生理特征（如乳状突出、亲疏水性等）以及唾液薄层形成的研究应是近期口腔软摩擦研究突破的关键。

本文《口腔软摩擦理论与测量技术及其在食品感官感知研究中的应用》来源于《食品科学》2021年42卷9期222-232页，作者：汪琦，朱扬，陈建设。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200327-406。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

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修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

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