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

汪 琦，朱 扬，陈建设*

（浙江工商大学食品与生物工程学院，食品口腔加工实验室，浙江 杭州 310018）

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[1]。

食品质构定义的最早描述是由Matz提出，即“一种食物或饮料入口后口腔皮肤的混合感觉，它与样品材料的密度、黏度、表面张力和其他物理特性有关”[2]。食品质构研究的重大突破包括两个部分：一是在19世纪中期，Friedman等对食品质构性质的食品物理学阐释，对一些质构特征（如硬度、内聚性、黏度、弹性、黏附性、脆性、咀嚼性和黏性）给出了有意义的解释与 定义[3]，Chen Jianshe通过二次压缩法得到力-形变曲线，对上述性质进行测定[4]。另一项突破是Shama等将流变学特性与感官感知相关联，研究结果显示口腔加工行为随食物黏度不同施加不同的剪切应力，如食用低黏度流体时，舌面与上颚间保持最小的剪切力，而食用高黏度食物时，舌面与上颚之间保持最大的剪切力[5]。随着流变仪器的发展，食品的流变学研究在揭示食物的机械性能和微观结构方面起到了重要作用[4]。但有研究者认为这两种研究方法过于简化了食品质构在口腔加工过程中的变化，缺乏对食物在摄取至吞咽这一动态过程中质构变化的认知[6]。

Lucas等探讨了食品质构对咀嚼行为的影响，描述了对咀嚼和吞咽过程都具有预测力的生理模型，同时提出食物入口被舌捕获及操控过程中摩擦行为的重要性[7]。Hiiemae也提出类似结论，其根据尺寸减小程度将食品口腔加工分为两个阶段，阶段一：食物入口至臼齿的运输阶段；阶段二：食物从口腔进入口咽的吞咽阶段。在两个阶段的间隙，会因根据食物质构的不同发生不同的口腔加工过程，同时食物颗粒变小，与口腔中的唾液混合，最后形成可以吞咽的食团[8]。另外，在吞咽结束后还存在舌头扫过口腔以收集碎屑形成“最终食团”并运送吞咽的过程[8]。质构感知是对食物在口腔中发生变化的动态感官监测过程，并非仪器测的单一特性可描述的。Hutchings等提出了由“结构度”、“润滑度”和“时间”3 个轴组成的食物通用三维模型，不同食物在口腔中被加工时，将在3 个维度中具有特有的“分解路径”[9]。该模型将食品口腔加工与时间联系起来，使质构感知过程从静态转向动态，十分有助于食品质构的研究[4]。

传统的食品质构研究试图描述和量化食物在口腔中感知的物理性质变化，主要基于整体破坏与剪切形变，利用法向力或剪切力引起的材料形变特性来解释特定的质构性质，但是这些方法却无法解释如乳脂感、光滑感、光滑感等质构性质。这些特殊的感官属性不单与体相 形变有关，而更多与薄膜润滑或摩擦学有关[1]。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。本文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

1.1 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’）。在润滑情况下，摩擦系数µ会显著降低。更重要的是，此时的摩擦系数不再是一个常数，而是一个更为复杂的系统变量，除了受体系的基底表面性质影响外，更受由滑移速度、法向载荷和润滑剂性质（黏度）共同影响，后三者组合决定了润滑薄层的厚度[10]。当摩擦行为发生于柔软基质表面时，接触面间摩擦力可通过许多系统参数调整，摩擦行为受纳米至厘米厚度的润滑膜影响。如增加接触面间的表面粗糙度、材料的结构刚度、接触面间的黏附力等（图1）[11]，均会导致摩擦系数的增加。由此可见，食品口腔加工过程中的唾液分泌、口腔温度、舌面形貌以及食品组成都会影响口腔中的摩擦行为。

图 1 界面间摩擦机制示意图[11]Fig. 1 Schematic diagram of friction mechanisms between two surfaces[11]

1.2 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）。Stribeck曲线一般从左往右分为边界层区、混合层区和流体动力层区3 个区间。边界层区的摩擦行为取决于分子尺度上的表面和界面膜性能；流体动力层区出现在夹带流体足以支撑载荷的情况下，摩擦行为取决于流体黏度和滑移速度；而在混合层区，表面性质和流体性质都影响摩擦行为[1]。由Stribeck曲线可知，当润滑层足够厚时，系统进入流体动力层区，流变行为占主导地位。但是在边界层区和混合层区，液体流变性质的相关性减弱，而摩擦润滑作用成为主要机制。

图 2 Stribeck曲线示意图[12]Fig. 2 A Stribeck curve[12]

2 口腔软摩擦的基本知识

随着摩擦学的逐渐发展，人们对口腔摩擦行为的关注逐渐从如何减少硬质牙齿间磨损[13-14]向软摩擦转变。软摩擦不同于传统的机械摩擦行为，发生于至少一面具有可塑性的表面之间，在人体和日常生活中无处不在，如汽车轮胎、人体关节间的软骨、眼睑与眼球的接触等[10]。 口腔软摩擦与润滑涉及剪切变形的粗糙柔性基质，例如人舌、上颚、食团等，这些因素构成基本口腔摩擦体系，而其中最重要的生理基础是人舌表面存在的乳状突起和唾液薄层。乳状突起的存在使舌头表面粗糙以增加舌头对食物的操控能力，而唾液薄层的存在则起到表面润滑和利于食品在口腔内移动的作用。使用较好模拟口腔环境的摩擦测量装置获得的摩擦系数能揭示感官感知的摩擦学基础，更好地预测感官属性。

2.1 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[4]。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[4]，舌头表面的味蕾与神经末梢感知食物的味道和质地[8]，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[15]。健康人舌的杨氏模量通常在2.5 kPa左右[16]，而舌面与上颚间可产生30～70 kPa的 压强[17]。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[18]，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[19]。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[20]。丝状乳突呈锥型，柔韧且向后倾斜，遍布舌背表面，其中包括规则的神经终端小体结构[21-23]，被认为主导舌面摩擦与触觉感知，是重要的机械感知乳突。菌状乳突被丝状乳突包围，呈柱状或蘑菇状，直径是丝状乳突的两倍[19]，包含着大量来源于三叉神经的自由神经末梢，并含有感受温度、痛觉等的瞬时离子通道[24-25]。菌状乳突密集区域，即人舌前半部分对蔗糖/甜味、NaCl/咸味、丙硫氧嘧啶（6-n-propylthiouracil，PROP）/苦味的感知强度显著高于其他区域[26]，依据对于一些特定感官属性（苦味）感知能力的不同，受试者可被分为超级品尝者、中等品尝者和低品尝者。通常依据受试者对特定浓度PROP的打分评定进行分类，此外研究发现超级品尝者特定区域的菌状乳突密度显著高于其余两类人群[27-29]，数量可能相差10 倍之多[30]。虽然不是所有菌状乳突中都含有味蕾细胞，但目前在味觉感知研究方面，菌状乳突的数量仍常常被用于与口腔感知相关联[29]。

舌面由于这些乳突的存在具有特殊表面形貌，但探索舌面乳突与表面粗糙度关联性的研究仍较少。研究发现随着年龄的增加，舌面乳突逐渐难以分辨，舌面变得光滑（具有较低的表面粗糙度），同时发现，儿童舌面的菌状乳突个数显著高于成年人，因此年龄被认为是菌状乳突萎缩的主要原因[31-32]。在对舌背表面粗糙度的研究中发现：人的舌背表面基于微小区域形貌评定的算数平均粗糙度（Sa）在个体间差异明显，但总体符合高斯正态分布，占比最高的为70 μm左右。同时研究表明舌背面左右两侧区域相对对称，中间区域粗糙度显著高于 两侧[33]，这可能是由于舌面中部易出现凹痕、裂纹，导致粗糙度增加。而另一项基于线轮廓计算的算数平均粗糙度（Ra）在65 μm左右[34]。不同粗糙度表面通过影响均一润滑膜的形成能力来影响润滑行为：在与人舌具有相似粗糙度（Ra）的橡胶表面，干燥与水润滑条件下（接触角最大），摩擦系数随表面粗糙度的增加（低密度柱状结构）而显著降低，而在油溶液润滑系统中（接触角最小），高密度柱状结构产生更高的摩擦系数[35]。 在一项原位口腔摩擦的实验中发现，在边界润滑层时，原位摩擦系数与表面粗糙度（Sa）呈正相关[33,36]；当润滑发生于混合层或边界层状态时，表面粗糙度作为接触表面基本性质之一，也直接或间接影响接触面间的润滑行为。因此，人舌作为口腔内软接触的主要部分之一，获悉其物理性质（如体积、杨氏模量、表面粗糙度等）对于理解口腔软摩擦和食品感官机理至关重要，同时，对于舌面乳突形貌特征的统计研究可作为研究舌面粗糙度的一种辅助手段。

食物在口腔加工过程中另一个必不可少的关键因素是唾液分泌。唾液是一种成分复杂的生理分泌物，由98%的水和少量有机与非有机物质组成，包括电解质、黏液、黏蛋白（mucoprotein，MUC）、抗菌物质、酶等。唾液具有以多组分蛋白膜的形式吸附于不同化学性质底物上的能力[37]。黏蛋白，如MUC5B被认为是形成润滑层的主要分子，而膜结合的MUC1增强了唾液中MUC5B在口腔上皮细胞的锚定作用[38]。低分子质量组分物质吸附，如充当“前体”的膜蛋白（富酪蛋白）、糖基化黏蛋白被认为促进了唾液膜在疏水性基质上的扩散、吸附和固化[37,39-40]，常常被认为是唾液膜形成、促进水边界润滑的原因。但作为唾液中最丰富的蛋白质，α-淀粉酶不与任何蛋白结合参与唾液薄层形成，在食用含淀粉的食物时，唾液中的高活性α-淀粉酶有助于食物中淀粉的水解，是食物在口腔中厚度持续降低的主要原因[41]。在口腔黏膜表面，唾液吸附层厚度一般为30～100 nm[42-44]。食物进入口腔时，在嗅觉、味觉、机械接触的刺激下，唾液分泌量增加，刺激性唾液与食物颗粒通过毛细血管桥接、絮凝作用形成食团，使淀粉和脂类物质被消化，并稀释和清除口腔内的细菌[45]，而对于口干症患者而言，静息状态下几乎不能产生唾液，强烈的口腔摩擦会产生灼痛感[46]。

唾液性质还会因食物发生变化[47]，红酒和水果中的单宁酸和含没食子环结构的儿茶素会导致大量唾液蛋白沉淀和聚集，显著改变唾液润滑薄膜边界层润滑性能[48]。 糖蛋白被认为是唾液薄膜的主要功能成分[49-50]，然而，仅包含纯化黏蛋白的吸附层模型与真实的吸附唾液膜层的结构反应明显不同，这是因为唾液膜中除黏蛋白外还存在多糖、无机盐类等多种成分之间的相互作用[51]。图3 为唾液吸附膜机理示意图，唾液吸附薄层由固定于黏膜表面的锚定层和润滑层组成。通过配制类真实唾液环境的无蛋白盐溶液，以取代除吸附表面外的唾液相来揭示唾液薄膜损耗机制时，发现当盐溶液离子强度与口腔生理条件相对应的强度相比更低时，预吸附的蛋白质唾液膜在高负荷下易受剪切诱导磨损；但当有大量唾液存在时，即使在高负荷下也未观察到唾液薄膜的耗散，Macakova等推测这是由于磨损发生后蛋白质能够迅速从大量唾液储备液中重新吸附于表面，并最终愈合磨损的区域[52]。由于唾液成分复杂，仍然没有真实唾液的完全替代品可用于摩擦学研究。最近研究表明，虽然收集得到的唾液经过低温冷冻（-80 ℃）后其黏弹性会有显著变化，但唾液的润滑性能与处理前相差无几[53]，然而这一结论仍有待进一步证实。

图 3 唾液吸附膜示意图[52]Fig. 3 Schematic illustration of saliva adsorption film[52]

2.2 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。

摩擦测试仪是早期用于测试摩擦行为的装置之一（图4），摩擦测试仪包括一个载物室、一个金属传动装置和一个特殊设计的摩擦带（材质为橡皮筋环），通常用于评估一些特定食物的口腔感官感知。尽管该装置简单，但利用该装置进行唾液润滑作用的研究发现，它能够将粗糙感和乳脂感与摩擦系数联系起来[54]。由于使用该装置时存在测试时间较长（通常1～2 h）、摩擦带更换频繁、无控温限速装置等问题，其在研究食品口腔加工方面的应用受到限制。

图 4 摩擦测试仪简易图[55]Fig. 4 Simple diagram of the friction tester[55]

近10 年来，基于流变仪的摩擦测量装置被广泛制造并商用，流变仪可轻松控制施加的法向力、测量速度、测量间距、实验温度等一系列参数。例如，球三板摩擦仪（图5）可在较大速率范围（1×10-8～1.14 m/s） 和精确的温度控制（-40～200 ℃）条件下进行摩擦行为的测量[56]。但球状接触面与三板为45°倾斜接触，轻微接触不均就可影响实验结果，这使每次 改变接触面材质和加样变得困难、难以控制。而同样连接流变仪的摩擦小室（图6）则使用双不锈钢或聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）球夹具垂直接触，在不锈钢底面旋转滑动摩擦，测试除可以控制温度、速度外，还可以控制不同的质量梯度与接触面间距[57]。 但该装置目前主要用于牛顿流体的研究，对于非牛顿流体应用的可行性仍待进一步验证。两种摩擦学装置： 单球-三板和平板-双球摩擦学测量系统的结果差异是由于双球系统为水平板，而单球系统为45°锥板，意味着测量过程中润滑剂易从中流出，可能造成测量结果不准确[58]，因此，平板-双球为更好的摩擦系统接触方式。

图 5 连接流变仪的球三板摩擦仪的简易图（A）和实际图（B）[56]Fig. 5 Simple diagram (A) and actual diagram (B) of friction device with ball-on-three-plate tribometer[56]

图 6 摩擦小室的简易装置图[57]Fig. 6 Simple device diagram of the friction chamber[57]

Taylor等在球三板摩擦仪的基础上进行改进，设计了连接流变仪的三球-平板式摩擦仪（图7），其上接触面材料为钢，下接触面为PDMS，并将球板的接触方式由45°锥板改进为平板，其中下底面保持静止，测量过程中为滑动摩擦模式[59]。该装置可进行的实验速率为0.002～150 mm/s，具备精确控温（25 ℃）条件下进行实验的能力，然而该装置对于非牛顿流体应用的可行性仍待进一步验证。

Dresselhuis等设计了装有光学装置的摩擦仪（图8），样品放置在可拆卸的上表面和固定的玻璃平板之间，在仪器下部放置的共聚焦显微镜可以在运动发生的同时捕捉微观结构上的变化。该装置的运动模式为水平振荡，移动距离为16 mm，最大振荡速率可达到80 mm/s，垂直方向上施加载荷为Fz，摩擦力Fx可被检测[60]。但是上表面的材料（猪舌头）限制了实验速度，同时由于猪舌存在个体差异性，数据稳定性受到影响。Carpenter等对该装置进行改装，在透明玻璃板上另附加透明PDMS层，上接触表面使用硅橡胶半球。原来的软介质与硬介质接触变为两软介质接触，使这套摩擦仪更适合模拟口腔环境[61]。

图 7 连接流变仪的三球-平板式摩擦仪示意图[59]Fig. 7 Schematic diagram of the three-ball-plate tribometer connected to the rheometer[59]

图 8 连接光学装置的摩擦仪简易图[60]Fig. 8 Simple diagram of the tribometer connected to the optical structure[60]

以水平振荡模式为理念设计的摩擦仪包含两种接触模式，一种为弧形表面与板接触（如光学构造摩擦仪）；另一种为板-板接触模式。Tsui等[62]设计的球-板水平振荡摩擦仪（图9），上表面材料为PDMS，下表面为玻璃，可在23～25 ℃的温度范围内进行摩擦测量，测试距离为1 mm，振荡速率为20 mm/s，可进行实验的距离过短是此装置的局限。Fuhrmann等[63]使用板-板水平振荡摩擦仪（图10）可实现大范围实验速度下摩擦行为的测量，测量速率为0.1～90 mm/s，测试距离为5 mm，该装置利用PDMS平板与唾液充分混合后的食团接触，一定程度上还原了食团经口腔加工后与口腔组织间的摩擦行为。

小型牵引装置（mini-traction machine，MTM）是一种主要用于工程研究的商用摩擦仪（图11）[10]，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[48,64–67]。如图12所示，该装置设计为 板-三球式接触，可实现接触介质均为PDMS，同时接触介质可根据实验要求更换而不受限于生产厂家。另外，该装置能实现水浴控温和质构仪控速（0.01～40 mm/s）， 但由于其测量速度的限制，部分情况下难以测得完整的流体动力层。

图 9 球-板振荡摩擦仪[62]Fig. 9 Ball-plate oscillation friction tester[62]

图 10 平板-食团摩擦测量仪[63]Fig. 10 Flat-bolus friction measuring instrument[63]

图 11 小型牵引装置简易图[10]Fig. 11 Schematic diagram of mini-traction device[10]

图 12 连接质构仪的摩擦装置简易示意图[64]Fig. 12 Simple schematic diagram of the friction device connected to the texture analyzer[64]

理想的用于研究口腔润滑测试的接触介质材料表面应能完全复制口腔组织与唾液或食物的相互作用，这就要求其具有与舌面/上颚相似的化学性质与表面粗糙度[1]，这在现实中很难实现。虽然传统摩擦学研究使用的不锈钢、聚四氟乙烯、玻璃等材料的表面粗糙度的改变容易实现，但其硬度过高不易发生形变，难以模拟口腔中软摩擦现象。生物组织（如猪舌、猪食道）也是体外软摩擦实验基底材质良好的选择，然而难以保证生物组织物理化学性质的可重复性，限制了从这类研究中获得数据的可靠性。PDMS作为一种有机硅弹性体，目前是广泛应用于摩擦仪的材料之一。PDMS与人舌表面同样具有疏水性[68]，人舌表面通常由于覆盖的唾液薄层表现为亲水性，而PDMS在经过简单的等离子液体表面处理后可获得亲水表面[69-70]。使用PDMS的另一个优势在于易通过模具塑形，利用刻蚀技术可制作具有特定微结构的润滑表面[71-72]，同时具有良好的生理惰性，具备在广泛温度条件下保持稳定理化性质的能力[73]。 具有不同杨氏模量的摩擦仪基底会影响摩擦测量结果，PDMS的杨氏模量可以通过在混合过程中改变聚合物浓度或交联比在合理范围内进行调整[74-75]，虽然实验中常用PDMS的杨氏模量与健康人舌相差3 个数量级，但相较钢与玻璃类硬材料，PDMS已成为一个常用的参考系统材料。除PDMS外，在隐形眼镜、起搏器或人工器官等医疗器械的开发中具有重要意义的水凝胶[11]由于其柔软润湿的特点，常被用于口腔组织的模拟。水凝胶表面具有较低的摩擦系数（µ≈10-3）[76]。对于水凝胶表面的润滑机理有多种解释，其中一种解释为凝胶表面有序排列的聚合物链显著降低了摩擦力，在不同离子强度盐溶液润滑下，表面聚合链呈刷状的凝胶摩擦系数可低至10-4[77]，这与动物关节的摩擦系数接近[76]。另一种是利用由Gong Jianping提出的吸附排斥模型来描述水凝胶在不可渗透反表面上的摩擦特性[76]。对于黏附性水胶凝，摩擦来自两个方面：即表面黏附和水化润滑。前者在低滑速时占主导地位，后者在高速时占主导地位。对于非黏附性凝胶，低摩擦系数被认为是由于水合层的润滑以及流体力学性质的影响，摩擦系数随滑动速度的增加而增加。在吸引区内，聚合物链在接触介质表面不断被吸附和解吸，摩擦系数增加是能量耗散而使吸附链 分离的结果。相反，在排斥状态下，水凝胶与相对表面之间存在润滑薄膜，这时低摩擦系数归因于水凝胶表面上松散的亲水聚合物链与接触面分离形成柔软的水合聚合 物层[78]。口腔润滑表面长时间由唾液附着，在一项使用水凝胶与PDMS作润滑基底的研究中发现，口腔中的唾液难以在水凝胶表面吸附，唾液作为润滑剂的作用与水无异，而唾液则将边界层与混合层PDMS表面的摩擦系数降低了两个数量级[61]。PDMS作为一种更单纯的摩擦仪底物制作材料，似乎更适用于各软摩擦系统间的测量、分析、比较与研究，除此之外，精密微加工与3D打印技术的发展为模拟口腔表面、制作能更好模拟人舌的摩擦仪基底提供了可能。

3 口腔软摩擦研究在食品感官感知中的应用

3.1 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[79-80]等因素的影响，同时还受到基因和品尝时环境的影响[81]，难以将该属性与化学或物理测量手段直接联系起来[82]。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[83]。Jervis等对市售酸奶油的研究发现，全脂产品（脂肪质量分数高于6%）的乳脂感主要与对乳脂味化合物的嗅觉感知有关，而对于低脂产品，口腔内触觉评估的贡献似乎更为突出[84]。乳脂感来源于大分子游离脂肪酸，由于大分子物质的分子质量较大，它们不可能通过细胞膜结合和转移[83]，这与Chen Jianshe等研究食品乳脂的主要感官刺激和感觉机制时的结果相似，样品的香气增强了受试者对乳脂感的感知，但长链游离脂肪酸的存在并没有增强受试者对乳脂感知[85]。Rolls通过核磁共振成像技术发现大脑神经元对于无味的硅油、石蜡油和乳脂都有类似的信号反应[86]，这表明对于乳脂润滑特性的感官感知更偏向于一个物理过程而非味觉刺激。这一观察与Kokini等[87]提出的口腔摩擦理论非常吻合。图13为舌面与上颚的简单润滑模型，根据这一模型可知，光滑感只与口腔摩擦力的倒数有关，光滑感是黏滞力与摩擦力共同作用的函数，乳脂感则受厚度与光滑感共同作用[88]。

将具有不同脂肪质量分数（0.1%～8.0%）的牛奶均质后研究其摩擦系数与感官特性，发现当脂肪质量分数超过1%时，在硅橡胶表面以10 mm/s的速率测量得到的摩擦系数与感官评定得到的乳脂感之间存在线性关系，Chojnicka-Paszun等认为在特定条件下硅橡胶表面脂肪颗粒的聚集导致了这种现象[79]。Shewan[89]、Selway[90]等则认为这种相关性的主要驱动因素可能是牛奶样品的黏度，因为黏度和乳脂感之间的相关系数与摩擦系数和乳脂感的相关系数接近。Douaire等的研究也发现类似现象，具有高黏度水相的油包水乳液体系在边界与混合润滑区域可产生与纯油类似的润滑效果[91]。Nguyen等对具有相似流变特性但脂肪含量不同的奶酪进行摩擦学测量，发现不同脂肪含量的奶酪边界层与混合层所延伸的区域具有显著差别，最高脂肪含量的样品具有最低的摩擦系数，因此可以利用摩擦学区分流变特性相似的乳制品[92]，并可对与全脂乳液具有类似润滑行为的低脂肪乳制品设计产生重大影响。

图 13 Kokini的口腔润滑模型[88]Fig. 13 Kokini’s oral lubrication model[88]

口腔摩擦研究也被用于蛋奶糕、蛋黄酱、奶酪等复杂的乳制品感官分析。唾液中的α-淀粉酶会瞬间导致淀粉水解[4]，从而导致食物体系结构破坏和黏度下降[89]，进而导致口腔感知厚度（黏稠度）的降低[41]。Engelen等推测舌面薄膜变薄、黏稠度降低导致了后余味中乳脂感的减少[93]。在一项关于日常食用半固体润滑行为的研究中发现，蛋奶糕-唾液混合物的摩擦系数显著低于蛋奶糕-水体系，de Wijk等认为可能的原因是淀粉被消化过程中脂肪从淀粉基质中释放出来并覆盖接触表面，从而减少了摩擦并增加了乳脂感[54]。Upadhyay等最近的研究反映了在摩擦学研究中添加唾液的重要性，其研究结果表明加入由胃黏蛋白、α-淀粉酶和盐类组成的模拟唾液后，水包油乳状液体系和唾液成分之间发生相互作用，从而影响体系的摩擦行为和触觉感知[65]。在一项探究牛奶巧克力的质地和口感感知的研究中，He Qi等使用采集的真实唾液探索其摩擦行为，发现混合了唾液的黑巧克力食团的摩擦系数与感官光滑感之间密切相关[94]。

3.2 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[95]，而后被描述为尖刻性、粗糙的 感知[96]。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[89]。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[97]。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。一项使用硫酸铝钾溶液研究涩感的研究发现，当使用硫酸铝钾溶液擦拭无味蕾细胞的上唇内侧区域时（擦拭过程中尽可能除去黏膜残存唾液），受试者仍感受到牙龈与内唇间的褶皱感，这也证明了涩感是一种触觉感知，主导原因可能是唾液蛋白沉淀，也可能是上皮细胞、蛋白沉淀[96]。Brossard等将测得的不同单宁酸含量红酒-唾液混合物摩擦系数与涩味感官得分进行相关性分析，发现两者呈线性强相关，且在滑移速率为 0.075 mm/s时相关性最高（R2＝0.93），同时利用显微成像技术观察到唾液-红酒中存在大量沉淀和团簇聚集，表面唾液蛋白严重耗散[48]。另一项对于牛奶中涩味的研究发现在100 mm/s下的摩擦系数与牛奶中涩味的感官感觉也具有强相关性[98]。

但是消耗唾液润滑蛋白并不是获得涩味的必要条件，摩擦仪器测量得到单纯摩擦系数增加并不等同于涩味感知的增强[99]。收敛性化合物与口腔黏膜内的成分（包括口腔组织本身、膜结合蛋白和上皮细胞）相互作用引起的机械感受器反射或化学反应同样可能影响涩感感知[99]。Rossetti等[99]通过在PDMS表面预吸附唾液膜探究3 种儿茶素润滑机制，结果发现含有没食子酸环的儿茶素物质，即表没食子儿茶素没食子酸酯和表儿茶素没食子酸酯显著降低了边界摩擦系数，而不含没食子酸环的儿茶素——表儿茶素没食子酸酯则没有改变唾液膜的润滑性能，但受试者同样能感知涩感；在另一部分实验中，研究者发现通过混合麦芽糊精和表没食子儿茶素没食子酸酯获得的涩味感知的减少伴随着摩擦系数的减小，推测可能是体系黏度增加导致。这与Mcrae等[100]发现唾液黏度的降低会使得对涩感的感知增强的结果相符合。

3.3 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[4,101]。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[102]。

目前商用增稠剂主要可以分为淀粉基（改性淀粉或糊化后淀粉）与多糖基（黄原胶、结冷胶），从摩擦学角度分析，所有增稠剂的润滑曲线主要由其黏滞组分控制，因此，具有高黏度的增稠剂显示出更好的润滑性能，这是因为它们比水更容易被夹带入润滑表面，与水作为润滑剂相比，混合层的摩擦系数降低一个数 量级[103]，但当在口腔加工条件下（存在人工唾液）添加两类增稠剂后的边界摩擦系数均高于单纯人工唾液，可能的原因有两个：一方面，α-唾液酶水解淀粉基增稠液体导致体系黏度降低；另一方面，静电相互作用导致PDMS基底表面的黏蛋白被消耗[103]。尽管两类增稠剂具有相似的摩擦与流变特性，但由于真实口腔环境中α-淀粉酶会对淀粉基增稠液体产生稀释作用，可能造成潜在的不安全性[104]。增稠液体的润滑能力除与生物高聚物种类有关，还受到其浓度的影响，在使用亚麻籽胶作增稠剂的研究中发现，随着亚麻籽胶质量分数增加，体系黏度增加，摩擦系数降低，且润滑效果显著好于淀粉基增稠溶液，在牛奶、调味豆奶中这种现象变得不明显，亚麻籽胶作增稠剂的润滑效果在水、牛奶、调味果汁体系中均强于黄原胶体系[105]。除此之外，在口腔感官方面，基于改性淀粉的商用增稠剂在感官评定时被归类为 “黏稠”，而黄原胶、结冷胶则倾向于“油膜附着”的口感[106]。由以上结果可知，增稠溶液的润滑能力不仅与黏度相关，在增稠剂的选择上，还应依据分散体系组成，选择易获得口腔吞咽后爽快感知的增稠剂体系。由此可见，探究增稠液体界面性质与感官感知之间的关系对增稠剂开发有重要意义。

4 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。