【摘 要】
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食品的口感属性与其流变性能和口腔组织表面特性的组合密切相关,仅从流变学角度出发难以评估流体食品在真实口腔环境下的口腔感知,其在口腔环境中润滑性能也非常重要,它有助于洞察摩擦学与感官感知相关性的驱动机制。为应对愈发多元化的饮品需求,流体食品润滑机制的研究极其重要。因此,本文主要开展基于模拟口腔环境下蔗糖和豆浆粉溶液润滑性能的试验研究,并建立囊括牛顿和非牛顿流体食品的口腔软接触滑移模型,从试验和理论角
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食品的口感属性与其流变性能和口腔组织表面特性的组合密切相关,仅从流变学角度出发难以评估流体食品在真实口腔环境下的口腔感知,其在口腔环境中润滑性能也非常重要,它有助于洞察摩擦学与感官感知相关性的驱动机制。为应对愈发多元化的饮品需求,流体食品润滑机制的研究极其重要。因此,本文主要开展基于模拟口腔环境下蔗糖和豆浆粉溶液润滑性能的试验研究,并建立囊括牛顿和非牛顿流体食品的口腔软接触滑移模型,从试验和理论角度出发探究口腔环境下流体食品的润滑机制,研究结果将为适用于不同人群的多元化饮品开发提供技术支撑。首先,开展牛顿流体食品的润滑性能研究,即测试不同质量分数的蔗糖溶液及其混合人工唾液后的流变性能,考察不同模拟口腔摩擦副中蔗糖溶液的润滑性能,并讨论表面特性和人工唾液对其润滑性能的影响。结果表明,不同质量分数的蔗糖溶液及其混合人工唾液后的溶液近似为牛顿流体;随着速黏积(uη)的增加,蔗糖溶液的平均摩擦系数经历了先稳定后减小再增加的变化,表明其润滑状态从边界润滑向混合润滑过渡,最后转移到流体润滑状态;当uη处于混合润滑状态向流体润滑状态转换的拐点附近时,蔗糖溶液的平均摩擦系数较低;以质量比1:1混合人工唾液没有显著改善蔗糖溶液的润滑性能;鉴于蔗糖溶液在聚二甲基硅氧烷(PDMS)球-盘摩擦副和钢球-PDMS盘摩擦副之间润滑性能的差异主要来源于其润湿性能,而蔗糖溶液在钢球-PDMS盘摩擦副中的润湿性能较好且边界和混合润滑状态下的平均摩擦系数较小,表明较好的润湿性能有助于改善蔗糖溶液的润滑性能。其次,开展非牛顿流体食品的润滑性能研究,即配制不同冲泡比例的豆浆粉溶液研究其流变性能以及蔗糖和人工唾液对其流变性能的影响,在PDMS球-盘构建的软摩擦副中研究其润滑性能,并探究添加蔗糖和人工唾液对于不同豆浆粉溶液润滑性能的影响。结果表明,豆浆粉溶液黏度与豆浆粉质量分数呈正相关,蔗糖和人工唾液的添加导致了其黏度的降低;无论在豆浆粉溶液还是其混合人工唾液后的溶液中,添加蔗糖均能够改善其润滑性能;与其他冲泡比例相比,冲泡比例为1:5(豆浆粉:水)的样品平均摩擦系数更低,从顺滑感角度出发,冲泡比例1:5是优先推荐的冲泡比例。最后,基于弹流润滑理论,以PDMS球-盘构建的模拟口腔摩擦副为基础,建立口腔软接触滑移模型并验证其可靠性,以此来考察在不同工况下流体食品的润滑机制。结果表明,在流体润滑状态下,随着uη的增加,牛顿流体食品的压力变化较小,但膜厚和摩擦系数均随之增大;粗糙度幅值将影响牛顿流体食品压力和膜厚分布曲线的形状,但对于摩擦系数的影响较小;随着载荷的增大,流体食品对应的接触区面积和压力值随之增加,非牛顿流体食品的实际膜厚也随着增大,但牛顿流体食品的实际膜厚值却差别较小且摩擦系数呈减小变化;流变参数和稠度系数以及滑移速度的增大都会造成非牛顿流体食品膜厚的增加。这些研究结果将为饮品的开发提供较好的技术参考。
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