模拟口腔环境下脂肪对沙拉酱顺滑感的影响

2023-01-12王亮钱善华丁宗如倪自丰卞达

中国食品学报 2022年12期

王亮，钱善华，2*，丁宗如，倪自丰，2，卞达，2

（1 江南大学机械工程学院江苏无锡214122 2 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡 214122）

沙拉酱因顺滑饱满的质构特性而备受消费者的青睐。近年来，国内沙拉酱的消费量以10%～15%快速增长[1]，已成为餐桌上常见的调味食品。高脂肪是使沙拉酱具有良好质构特性的主要原因[2]。随着对生活品质的追求，消费者更加注重低脂饮食，然而，脂肪减少会对食品的部分质构属性造成严重的影响[3]。为满足市场的需求，低脂沙拉酱应运而生，其是通过加入淀粉、黄原胶等增稠剂（又称为脂肪代替物）[4-6]来弥补诸如顺滑感降低，酱体稀薄等质构属性不足。然而，目前现有的低脂沙拉酱能否保持原有的顺滑感，及其评定方法尚需深入研究。

通常情况下，对沙拉酱的感官评定是最直接、有效的方法，然而，人工评定耗时费用高昂，而通过仪器对食品进行部分质构属性评定是一种可行的替代方法。食品质构属性的感知源于人们在口腔加工过程中（接触、咀嚼、吞咽）对食品的综合感受[7]。食品在口腔加工过程中存在很多的摩擦运动，如舌对上颚、舌对牙齿、牙齿对食品的相互摩擦，这些摩擦运动是影响其质构感知的重要因素[8]。近年来，摩擦技术被广泛应用于食品口感的部分属性评定，研究发现食品的摩擦性能与诸如顺滑感、奶油感、滑溜感等质构属性具有很高的关联性[9-12]。通过摩擦性能评价沙拉酱的顺滑感也是一种有效的方法。

然而，食品的摩擦性能与诸多因素有关，还原真实口腔生理环境是精准表征食品摩擦性能与其顺滑感的重要条件之一，如人舌性能及唾液。真实人舌的表面覆盖大量丝状乳头，而这些丝状乳头所构成舌表面纹理对食品在口腔中摩擦性能有着极为重要影响[13-14]。聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）作为一种有机硅材料，其性质稳定且表面纹理与力学特性易于调控，被广泛应用于口腔摩擦学领域，如模拟舌头、上颚等软组织[15-18]。此外，唾液作为口腔中分泌的消化液，主要由水、无机盐、黏蛋白以及各种酶类所构成，这些成分在湿润与润滑食物时也会引起食品微观结构及质构变化[19]。因此，基于PDMS 制备的口腔仿生软材料以及模拟唾液构建软体摩擦副，用于模拟口腔环境。

本文以不同脂肪含量的市售沙拉酱为研究对象，对其进行粒径和质构剖面分析，利用所构建的模拟口腔环境，探究脂肪含量对沙拉酱顺滑感和摩擦性能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

5 种市售高脂沙拉酱及其低脂沙拉酱，具体信息见表1。聚二甲基硅氧烷（PDMS，Sylgard 184），美国道康宁公司；淀粉酶、氯化钠、氯化钾、碳酸氢钠，国药集团化学试剂有限公司；乙醇，上海泰坦科技股份有限公司；胃黏膜素，南京都莱生物技术有限公司。

表1 沙拉酱样品的基本信息Table 1 Basic information sheet of salad sauces

MFT-5000 摩擦试验机、MFT-D 三维形貌仪，美国Rtec-instrument 公司；DZF-6020 真空电热干燥箱，上海精密仪器有限公司；超声波清洗机，深圳福洋科技集团有限公司；TMS-Pro 物性分析仪，美国FTC 公司；Battersize-2600 激光粒度分布仪，丹东百特仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 沙拉酱的粒径表征取0.1 g 沙拉酱样品，在150 mL 十二烷基硫酸钠溶液（1 g/L）中稀释，通过低速搅拌使沙拉酱完全溶解，然后，用Battersize-2600 激光粒度分布仪测定样品的粒径，折射率和吸收率分别设置为1.46 和0.001[20]。沙拉酱样品的平均粒径由体积平均直径d4，3表示。

1.2.2 沙拉酱的质构参数表征根据半固体食品质构测定方法[21]测定沙拉酱的质构参数，具体如下：将需测定的沙拉酱样品置于50 mL 烧杯中，在4 ℃冰箱中保存24 h。测定前将样品从冰箱中取出，于24 ℃下放置1 h，然后，将含沙拉酱的烧杯置于TMS-Pro 物性分析仪样品台上做压缩试验，以获得沙拉酱样品的硬度、弹性、内聚性、黏附性、胶黏性以及咀嚼性。试验时，采用二次压缩模式，使用圆柱状探头（TMS 25.4 mm Perspex），测试前、中、后速度均为1 mm/s，压缩程度30%，触发压力0.15 N，间隔时间2 s。注意：每次试验均更换新的样品。

1.2.3 沙拉酱的摩擦性能表征

1）模拟口腔软组织材料的制备首先，为获得具有模拟人舌的表面形貌的仿生舌和仿生上颚[22]，设计加工了带有微凸体的PDMS 基底模具（半球形微凸体的直径、高度、间距分别为0.72，0.36，0.86 mm）和半球型压头模具（直径12.7 mm）。其次，将PDMS 与固化剂按10∶1 比例混合并充分搅拌均匀后放入真空干燥箱中负压静置10 min，待气泡完全消除后分别倒入基底模具和压头模具中，将模具放入75 ℃真空干燥箱中，4 h后取出，获得覆盖有半球微凸体（覆盖面积为44×29 mm2）的PDMS 基底（直径为49 mm，厚度为3 mm）和PDMS 压头（直径为12.7 mm），微凸体PDMS 基底的微观形貌及实物如图1 所示。

图1 微凸体PDMS 基底的微观形貌及其实物图Fig.1 Three-dimensional morphology and physical object of microconvex PDMS substrate

2）模拟唾液的制备根据文献[23]的模拟唾液配制方法，分别将不同量的氯化钠（0.117 g/L）、氯化钾（0.149 g/L）、碳酸氢钠（2.1 g/L）、淀粉酶（2 g/L）以及胃黏膜素（1.5 g/L）加入去离子水中，搅拌至完全溶解，制得模拟唾液。

3）沙拉酱摩擦性能的测定沙拉酱摩擦性能表征是在MFT-5000 摩擦试验机上进行的，测定装置如图2 所示。试验样品为纯沙拉酱和50%沙拉酱（即添加同质量模拟唾液混合的样品[9]），摩擦副为表面含微凸体的PDMS 基底与PDMS 压头。试验前，将摩擦副置于盛有乙醇的超声波清洗机中清洗10 min 并烘干，将PDMS 基底固定于旋转台中心处，沙拉酱均匀涂抹于PDMS 基底表面，PDMS 压头通过金属销固定于试验机传感器上。通过传感器采集z 方向上压力和x 方向上摩擦力，测定样品的摩擦系数。选用0.5，1，2N 为试验载荷（人舌压力一般不超过10 N[9]），线速度为20 mm/s，旋转半径10 mm，时间60 s，各项参数均由试验机的程序控制。每次试验结束后，均更换新的沙拉酱样品与摩擦副。

图2 摩擦试验装置的示意图Fig.2 Schematic for the rubbing testing rig

1.3 数据分析

采用SPSS 25 软件对试验数据进行方差分析、显著性检验和相关性分析。所有试验均重复3次。

2 结果与讨论

2.1 沙拉酱的粒径

图3 所示沙拉酱的平均粒径及其分布。随着脂肪含量的降低，沙拉酱平均粒径呈增长趋势。5种高脂沙拉酱的平均粒径分布于2～6 μm，各高脂沙拉酱间的粒径较为接近；而5 种低脂沙拉酱的粒径均高于高脂沙拉酱。当脂肪含量低于30%时，低脂沙拉酱的粒径出现较大幅度上升，沙拉酱DL、EL 的平均粒径分别为19.46 μm 和19.31 μm，两者平均粒径约为同组高脂沙拉酱DH、EH平均粒径的5 倍；而脂肪含量仅占2.9%的沙拉酱AL 的平均粒径达43.08 μm，远高于同组高脂沙拉酱AH 的5.84 μm。由粒径分布可以发现，高脂沙拉酱的粒径分布以单峰为主，主要反映脂肪颗粒的分布状态，波峰介于1～10 μm 的范围且峰值相对突出；而低脂沙拉酱总体呈多峰分布，脂肪分布的峰值比高脂沙拉酱明显降低，介于10～100 μm范围的峰值主要反映增稠剂的颗粒分布。从脂肪变化的角度看，随着脂肪的减少，沙拉酱的粒径分布由单峰向多峰转变，波峰逐渐向右移动，而当脂肪含量很低时，粒径分布又恢复到单峰的状态。平均粒径和粒径分布表明，随着沙拉酱脂肪含量的降低，颗粒尺寸较大的增稠剂在沙拉酱中占比提升，导致沙拉酱的平均粒径的增长。

图3 沙拉酱的体积平均直径及粒径分布Fig.3 Volume mean diameter and particle size distribution of salad sauces

2.2 沙拉酱的TPA 参数

沙拉酱的TPA 参数见表2。沙拉酱硬度介于0.592～1.275 N，A 组的高脂沙拉酱硬度低于对应的低脂沙拉酱，B 组沙拉酱的硬度值没有显著差异，C、D、E 组的高脂沙拉酱硬度显著高于同组的低脂沙拉酱。沙拉酱的弹性介于0.807～0.928，除高脂沙拉酱EH 外，其它4 种高脂沙拉酱的弹性均高于同组对应的低脂沙拉酱。对于黏附性，除A组外，B、C、D、E4 组的高脂沙拉酱均显著高于同组对应的低脂沙拉酱。在内聚性方面，仅有B、C组的高脂沙拉酱高于对应的低脂型沙拉酱，其余3 组的高低脂沙拉酱间未出现明显差异。在胶黏性上，高脂沙拉酱AH 明显低于低脂沙拉酱AL，而CH、DH 两型高脂沙拉酱显著高于对应的低脂沙拉酱，BH、EH 高脂沙拉酱与对应的低脂沙拉酱没有明显差异。沙拉酱的咀嚼度与胶黏性类似。从TPA 的各项参数来看，高脂沙拉酱的弹性和黏附性普遍高于其低脂沙拉酱，而其余TPA 参数在对应的高低脂沙拉酱间未有规律性的差异。

表2 各组沙拉酱的TPA 参数Table 2 TPA parameters of salad sauces

表3 列出沙拉酱的各项TPA 参数与脂肪含量的相关性。沙拉酱的弹性与脂肪含量呈较强的相关性（P ＜0.05），而其余5 项TPA 参数与脂肪含量的相关性均较弱。值得强调的是，不同品牌沙拉酱的加工工艺以及配料差异等因素对黏附性有较大的影响，而黏附性与脂肪含量未呈显著的相关性。除A 组外，高脂沙拉酱黏附性均显著高于同组的低脂沙拉酱，表明脂肪增加能够提高沙拉酱的黏附性。

表3 TPA 参数与脂肪含量的相关性Table 3 Correlations of TPA parameters with fat content

2.3 沙拉酱的摩擦性能

图4 所示为0.5，1，2 N 载荷工况下沙拉酱的摩擦系数。其介于0.12～0.24，随着载荷的增加，摩擦系数整体上呈下降趋势，这符合软摩擦副的摩擦行为特征[22]。在0.5 N 载荷工况下，B 和C 组低脂沙拉酱的摩擦系数明显高于同组高脂沙拉酱，而A、D、E 组的低脂沙拉酱的摩擦系数与同组高脂沙拉酱的差异不大；在添加模拟唾液后，B、D 组的高、低脂沙拉酱间的摩擦系数较接近，而A、C、E组的低脂沙拉酱与高脂沙拉酱的摩擦系数产生一定差异。在1 N 载荷工况下，除B、C 组外，其余3组的低脂沙拉酱的摩擦系数与同组高脂沙拉酱均较为接近，整体情况与0.5 N 工况下测得的结果较为相似。添加唾液后，5 组低脂沙拉酱的摩擦系数均与同组高脂沙拉酱的摩擦系数形成明显的区分。在2 N 载荷工况下，A、D、E 组的低脂沙拉酱摩擦系数低于同组高脂沙拉酱的摩擦系数，与高脂沙拉酱相比，低脂沙拉酱的摩擦系数呈现较大幅度的降低；而添加唾液后，沙拉酱整体上呈“低脂高、高脂低”的摩擦系数特征。综合来看，无论在何种载荷工况下，在唾液作用下，低脂沙拉酱整体的摩擦性能均和高脂沙拉酱的摩擦性能有较显著的差异。

图4 不同载荷条件下沙拉酱的摩擦特性Fig.4 Frictional properties of salad sauces under different loading conditions

此外，对5 种高、低脂沙拉酱在添加唾液前、后的摩擦系数做独立样本t 检验，将各沙拉酱的摩擦系数与其脂肪含量进行相关性分析，结果见表4 和表5。未添加唾液前，5 种高脂与低脂沙拉酱的摩擦系数不存在显著性差异（P ＞0.05），且摩擦系数与其脂肪含量间也无明显相关。添加唾液后，3 种载荷工况下高脂与低脂沙拉酱的摩擦系数均有显著差异，且摩擦系数与脂肪含量呈较强的相关性（|r|＞0.7，P ＜0.05）。独立样本t 检验与相关性分析表明，唾液能够还原沙拉酱的脂肪含量与其摩擦性能间的相关性，脂肪含量越高，沙拉酱的摩擦系数越低；低脂沙拉酱的摩擦性能与高脂沙拉酱存在一定差距，与低脂沙拉酱相比，高脂沙拉酱在唾液作用下仍能维持较好的顺滑感。

表4 唾液添加前、后高脂与低脂沙拉酱摩擦系数的对比Table 4 Comparison of coefficients of friction between high-fat and low-fat salad sauces

表5 沙拉酱摩擦系数与脂肪含量相关性Table 5 Correlations between coefficient of friction and fat content

采用线性模型拟合唾液添加后的沙拉酱摩擦系数随脂肪含量的变化关系，如图5 所示。随脂肪含量增加，3 种工况下沙拉酱摩擦系数整体呈降低趋势。与0.5 N 和2 N 载荷相比，1 N 载荷工况下摩擦系数与脂肪含量的线性关系更为显著，拟合的决定系数R2达0.779，表明不同的工况参数对沙拉酱摩擦性能表征产生一定的影响。选取合适的工况参数能精准表征沙拉酱的摩擦性能差异，利于对沙拉酱的顺滑感进行准确评定。

图5 沙拉酱摩擦系数随脂肪含量的变化关系Fig.5 Variation in coefficient of friction with fat content

2.4 讨论

从上述结果看，模拟口腔环境下的摩擦试验能较好地表征高脂与低脂沙拉酱间摩擦性能的差异，沙拉酱脂肪含量和唾液对其摩擦性能有较大影响。随着脂肪含量的增加，其摩擦系数总体呈线性降低趋势。然而，TPA 法所得沙拉酱硬度、弹性、黏附性等6 项TPA 参数与其摩擦系数间的相关性见表6，两者均无显著的相关性（P ＞0.05）。虽然TPA 法是最早被认定的食品质构评价方法，在食品质构分析方面得得许多的应用[24-25]，但是，TPA法是通过压缩测试方法分析食品的质构属性，在顺滑感、奶油感、滑溜感等这类与食品表面性质相关的质构属性评价时，其存在较大的局限性。

表6 沙拉酱的摩擦系数与TPA 参数的相关性Table 6 Correlations between coefficient of friction and TPA parameters

增稠剂是沙拉酱的主要成分之一，加入淀粉、黄原胶这类增稠剂可以尽量避免因脂肪减少而造成的沙拉酱顺滑感下降[26]。其主要原因是这些增稠剂在食物体系中所形成的颗粒较大，不易被嵌入摩擦副表面的沟壑，大量颗粒被卷吸到摩擦副接触区充当滚珠作用，将表面的滑动摩擦转变为滚动摩擦，使得沙拉酱产生较好的摩擦性能[23]。这类增稠剂润滑效果主要依赖于食品体系具有较好的黏度和合适的脂肪含量[27-28]。沙拉酱体积平均直径与摩擦系数的相关性见表7，在唾液稀释和低脂肪的作用下，加入更多增稠剂非但不能改善沙拉酱的摩擦性能，还会导致沙拉酱的粒径增大，进而使沙拉酱质构变粗糙[29]。低脂沙拉酱仍需含有一定量的脂肪，通过淀粉和黄原胶等的乳化作用产生充足的脂肪微粒，来维持沙拉酱的顺滑感[3]。

表7 沙拉酱的摩擦系数与体积平均直径d4，3 的相关性Table 7 Correlations between coefficient of friction and volume mean diameter

同时，图4 还还显示唾液对沙拉酱的摩擦性能影响显著。唾液改善沙拉酱的摩擦性能，使高、低脂沙拉酱间的摩擦性能产生明显的差异。这可能是由于唾液与沙拉酱发生复杂的胶体作用，唾液中无机盐、黏蛋白等成分导致沙拉酱乳液结构失稳，产生絮凝，使原本均匀分布于沙拉酱乳液中脂肪微粒聚集并附着于舌、上颚等软组织表面[30]，如图6 所示。在唾液的作用下，高脂沙拉酱能够释放更多的脂肪，促进口腔软组织表面间的润滑，使沙拉酱的顺滑感更好。

图6 沙拉酱中脂肪形态在唾液影响下的变化Fig.6 Transformation of the fat form in salad sauce under the influence of saliva

本文研究5 种品牌的含高、低脂肪的沙拉酱摩擦性能，通过唾液的作用以及选择合适的测定参数，模拟口腔环境的摩擦测试，能较好地区分高、低脂肪沙拉酱的摩擦性能差异，表明摩擦方法能够较好地评价沙拉酱的顺滑感性能。同时，脂肪对于维持沙拉酱良好的质构属性有重要作用。与低脂沙拉酱相比，高脂肪沙拉酱的顺滑感仍存在一定的优势。如何在沙拉酱的脂肪含量、颗粒尺寸和质构属性方面寻找平衡点，以及开发性能更优的脂肪替代物，是当下和未来食品工业亟需解决的关键问题。