模擬口腔環(huán)境下脂肪對(duì)沙拉醬順滑感的影響

王亮，錢善華，2*，丁宗如，倪自豐，2，卞達(dá)，2

（1 江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 江蘇無錫214122 2 江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇無錫 214122）

沙拉醬因順滑飽滿的質(zhì)構(gòu)特性而備受消費(fèi)者的青睞。近年來，國內(nèi)沙拉醬的消費(fèi)量以10%～15%快速增長[1]，已成為餐桌上常見的調(diào)味食品。高脂肪是使沙拉醬具有良好質(zhì)構(gòu)特性的主要原因[2]。隨著對(duì)生活品質(zhì)的追求，消費(fèi)者更加注重低脂飲食，然而，脂肪減少會(huì)對(duì)食品的部分質(zhì)構(gòu)屬性造成嚴(yán)重的影響[3]。為滿足市場的需求，低脂沙拉醬應(yīng)運(yùn)而生，其是通過加入淀粉、黃原膠等增稠劑（又稱為脂肪代替物）[4-6]來彌補(bǔ)諸如順滑感降低，醬體稀薄等質(zhì)構(gòu)屬性不足。然而，目前現(xiàn)有的低脂沙拉醬能否保持原有的順滑感，及其評(píng)定方法尚需深入研究。

通常情況下，對(duì)沙拉醬的感官評(píng)定是最直接、有效的方法，然而，人工評(píng)定耗時(shí)費(fèi)用高昂，而通過儀器對(duì)食品進(jìn)行部分質(zhì)構(gòu)屬性評(píng)定是一種可行的替代方法。食品質(zhì)構(gòu)屬性的感知源于人們在口腔加工過程中（接觸、咀嚼、吞咽）對(duì)食品的綜合感受[7]。食品在口腔加工過程中存在很多的摩擦運(yùn)動(dòng)，如舌對(duì)上顎、舌對(duì)牙齒、牙齒對(duì)食品的相互摩擦，這些摩擦運(yùn)動(dòng)是影響其質(zhì)構(gòu)感知的重要因素[8]。近年來，摩擦技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品口感的部分屬性評(píng)定，研究發(fā)現(xiàn)食品的摩擦性能與諸如順滑感、奶油感、滑溜感等質(zhì)構(gòu)屬性具有很高的關(guān)聯(lián)性[9-12]。通過摩擦性能評(píng)價(jià)沙拉醬的順滑感也是一種有效的方法。

然而，食品的摩擦性能與諸多因素有關(guān)，還原真實(shí)口腔生理環(huán)境是精準(zhǔn)表征食品摩擦性能與其順滑感的重要條件之一，如人舌性能及唾液。真實(shí)人舌的表面覆蓋大量絲狀乳頭，而這些絲狀乳頭所構(gòu)成舌表面紋理對(duì)食品在口腔中摩擦性能有著極為重要影響[13-14]。聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）作為一種有機(jī)硅材料，其性質(zhì)穩(wěn)定且表面紋理與力學(xué)特性易于調(diào)控，被廣泛應(yīng)用于口腔摩擦學(xué)領(lǐng)域，如模擬舌頭、上顎等軟組織[15-18]。此外，唾液作為口腔中分泌的消化液，主要由水、無機(jī)鹽、黏蛋白以及各種酶類所構(gòu)成，這些成分在濕潤與潤滑食物時(shí)也會(huì)引起食品微觀結(jié)構(gòu)及質(zhì)構(gòu)變化[19]。因此，基于PDMS 制備的口腔仿生軟材料以及模擬唾液構(gòu)建軟體摩擦副，用于模擬口腔環(huán)境。

本文以不同脂肪含量的市售沙拉醬為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行粒徑和質(zhì)構(gòu)剖面分析，利用所構(gòu)建的模擬口腔環(huán)境，探究脂肪含量對(duì)沙拉醬順滑感和摩擦性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

5 種市售高脂沙拉醬及其低脂沙拉醬，具體信息見表1。聚二甲基硅氧 烷（PDMS，Sylgard 184），美國道康寧公司；淀粉酶、氯化鈉、氯化鉀、碳酸氫鈉，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙醇，上海泰坦科技股份有限公司；胃黏膜素，南京都萊生物技術(shù)有限公司。

表1 沙拉醬樣品的基本信息Table 1 Basic information sheet of salad sauces

MFT-5000 摩擦試驗(yàn)機(jī)、MFT-D 三維形貌儀，美國Rtec-instrument 公司；DZF-6020 真空電熱干燥箱，上海精密儀器有限公司；超聲波清洗機(jī)，深圳福洋科技集團(tuán)有限公司；TMS-Pro 物性分析儀，美國FTC 公司；Battersize-2600 激光粒度分布儀，丹東百特儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 沙拉醬的粒徑表征 取0.1 g 沙拉醬樣品，在150 mL 十二烷基硫酸鈉溶液（1 g/L）中稀釋，通過低速攪拌使沙拉醬完全溶解，然后，用Battersize-2600 激光粒度分布儀測定樣品的粒徑，折射率和吸收率分別設(shè)置為1.46 和0.001[20]。沙拉醬樣品的平均粒徑由體積平均直徑d4，3表示。

1.2.2 沙拉醬的質(zhì)構(gòu)參數(shù)表征 根據(jù)半固體食品質(zhì)構(gòu)測定方法[21]測定沙拉醬的質(zhì)構(gòu)參數(shù)，具體如下：將需測定的沙拉醬樣品置于50 mL 燒杯中，在4 ℃冰箱中保存24 h。測定前將樣品從冰箱中取出，于24 ℃下放置1 h，然后，將含沙拉醬的燒杯置于TMS-Pro 物性分析儀樣品臺(tái)上做壓縮試驗(yàn)，以獲得沙拉醬樣品的硬度、彈性、內(nèi)聚性、黏附性、膠黏性以及咀嚼性。試驗(yàn)時(shí)，采用二次壓縮模式，使用圓柱狀探頭（TMS 25.4 mm Perspex），測試前、中、后速度均為1 mm/s，壓縮程度30%，觸發(fā)壓力0.15 N，間隔時(shí)間2 s。注意：每次試驗(yàn)均更換新的樣品。

1.2.3 沙拉醬的摩擦性能表征

1）模擬口腔軟組織材料的制備 首先，為獲得具有模擬人舌的表面形貌的仿生舌和仿生上顎[22]，設(shè)計(jì)加工了帶有微凸體的PDMS 基底模具（半球形微凸體的直徑、高度、間距分別為0.72，0.36，0.86 mm）和半球型壓頭模具（直徑12.7 mm）。其次，將PDMS 與固化劑按10∶1 比例混合并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠓湃胝婵崭稍锵渲胸?fù)壓靜置10 min，待氣泡完全消除后分別倒入基底模具和壓頭模具中，將模具放入75 ℃真空干燥箱中，4 h后取出，獲得覆蓋有半球微凸體（覆蓋面積為44×29 mm2）的PDMS 基底（直徑為49 mm，厚度為3 mm）和PDMS 壓頭（直徑為12.7 mm），微凸體PDMS 基底的微觀形貌及實(shí)物如圖1 所示。

圖1 微凸體PDMS 基底的微觀形貌及其實(shí)物圖Fig.1 Three-dimensional morphology and physical object of microconvex PDMS substrate

2）模擬唾液的制備 根據(jù)文獻(xiàn)[23]的模擬唾液配制方法，分別將不同量的氯化鈉（0.117 g/L）、氯化鉀（0.149 g/L）、碳酸氫鈉（2.1 g/L）、淀粉酶（2 g/L）以及胃黏膜素（1.5 g/L）加入去離子水中，攪拌至完全溶解，制得模擬唾液。

3）沙拉醬摩擦性能的測定 沙拉醬摩擦性能表征是在MFT-5000 摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，測定裝置如圖2 所示。試驗(yàn)樣品為純沙拉醬和50%沙拉醬（即添加同質(zhì)量模擬唾液混合的樣品[9]），摩擦副為表面含微凸體的PDMS 基底與PDMS 壓頭。試驗(yàn)前，將摩擦副置于盛有乙醇的超聲波清洗機(jī)中清洗10 min 并烘干，將PDMS 基底固定于旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心處，沙拉醬均勻涂抹于PDMS 基底表面，PDMS 壓頭通過金屬銷固定于試驗(yàn)機(jī)傳感器上。通過傳感器采集z 方向上壓力和x 方向上摩擦力，測定樣品的摩擦系數(shù)。選用0.5，1，2N 為試驗(yàn)載荷（人舌壓力一般不超過10 N[9]），線速度為20 mm/s，旋轉(zhuǎn)半徑10 mm，時(shí)間60 s，各項(xiàng)參數(shù)均由試驗(yàn)機(jī)的程序控制。每次試驗(yàn)結(jié)束后，均更換新的沙拉醬樣品與摩擦副。

圖2 摩擦試驗(yàn)裝置的示意圖Fig.2 Schematic for the rubbing testing rig

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 25 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析。所有試驗(yàn)均重復(fù)3次。

2 結(jié)果與討論

2.1 沙拉醬的粒徑

圖3 所示沙拉醬的平均粒徑及其分布。隨著脂肪含量的降低，沙拉醬平均粒徑呈增長趨勢。5種高脂沙拉醬的平均粒徑分布于2～6 μm，各高脂沙拉醬間的粒徑較為接近；而5 種低脂沙拉醬的粒徑均高于高脂沙拉醬。當(dāng)脂肪含量低于30%時(shí)，低脂沙拉醬的粒徑出現(xiàn)較大幅度上升，沙拉醬DL、EL 的平均粒徑分別為19.46 μm 和19.31 μm，兩者平均粒徑約為同組高脂沙拉醬DH、EH平均粒徑的5 倍；而脂肪含量僅占2.9%的沙拉醬AL 的平均粒徑達(dá)43.08 μm，遠(yuǎn)高于同組高脂沙拉醬AH 的5.84 μm。由粒徑分布可以發(fā)現(xiàn)，高脂沙拉醬的粒徑分布以單峰為主，主要反映脂肪顆粒的分布狀態(tài)，波峰介于1～10 μm 的范圍且峰值相對(duì)突出；而低脂沙拉醬總體呈多峰分布，脂肪分布的峰值比高脂沙拉醬明顯降低，介于10～100 μm范圍的峰值主要反映增稠劑的顆粒分布。從脂肪變化的角度看，隨著脂肪的減少，沙拉醬的粒徑分布由單峰向多峰轉(zhuǎn)變，波峰逐漸向右移動(dòng)，而當(dāng)脂肪含量很低時(shí)，粒徑分布又恢復(fù)到單峰的狀態(tài)。平均粒徑和粒徑分布表明，隨著沙拉醬脂肪含量的降低，顆粒尺寸較大的增稠劑在沙拉醬中占比提升，導(dǎo)致沙拉醬的平均粒徑的增長。

圖3 沙拉醬的體積平均直徑及粒徑分布Fig.3 Volume mean diameter and particle size distribution of salad sauces

2.2 沙拉醬的TPA 參數(shù)

沙拉醬的TPA 參數(shù)見表2。沙拉醬硬度介于0.592～1.275 N，A 組的高脂沙拉醬硬度低于對(duì)應(yīng)的低脂沙拉醬，B 組沙拉醬的硬度值沒有顯著差異，C、D、E 組的高脂沙拉醬硬度顯著高于同組的低脂沙拉醬。沙拉醬的彈性介于0.807～0.928，除高脂沙拉醬EH 外，其它4 種高脂沙拉醬的彈性均高于同組對(duì)應(yīng)的低脂沙拉醬。對(duì)于黏附性，除A組外，B、C、D、E4 組的高脂沙拉醬均顯著高于同組對(duì)應(yīng)的低脂沙拉醬。在內(nèi)聚性方面，僅有B、C組的高脂沙拉醬高于對(duì)應(yīng)的低脂型沙拉醬，其余3 組的高低脂沙拉醬間未出現(xiàn)明顯差異。在膠黏性上，高脂沙拉醬AH 明顯低于低脂沙拉醬AL，而CH、DH 兩型高脂沙拉醬顯著高于對(duì)應(yīng)的低脂沙拉醬，BH、EH 高脂沙拉醬與對(duì)應(yīng)的低脂沙拉醬沒有明顯差異。沙拉醬的咀嚼度與膠黏性類似。從TPA 的各項(xiàng)參數(shù)來看，高脂沙拉醬的彈性和黏附性普遍高于其低脂沙拉醬，而其余TPA 參數(shù)在對(duì)應(yīng)的高低脂沙拉醬間未有規(guī)律性的差異。

表2 各組沙拉醬的TPA 參數(shù)Table 2 TPA parameters of salad sauces

表3 列出沙拉醬的各項(xiàng)TPA 參數(shù)與脂肪含量的相關(guān)性。沙拉醬的彈性與脂肪含量呈較強(qiáng)的相關(guān)性（P ＜0.05），而其余5 項(xiàng)TPA 參數(shù)與脂肪含量的相關(guān)性均較弱。值得強(qiáng)調(diào)的是，不同品牌沙拉醬的加工工藝以及配料差異等因素對(duì)黏附性有較大的影響，而黏附性與脂肪含量未呈顯著的相關(guān)性。除A 組外，高脂沙拉醬黏附性均顯著高于同組的低脂沙拉醬，表明脂肪增加能夠提高沙拉醬的黏附性。

表3 TPA 參數(shù)與脂肪含量的相關(guān)性Table 3 Correlations of TPA parameters with fat content

2.3 沙拉醬的摩擦性能

圖4 所示為0.5，1，2 N 載荷工況下沙拉醬的摩擦系數(shù)。其介于0.12～0.24，隨著載荷的增加，摩擦系數(shù)整體上呈下降趨勢，這符合軟摩擦副的摩擦行為特征[22]。在0.5 N 載荷工況下，B 和C 組低脂沙拉醬的摩擦系數(shù)明顯高于同組高脂沙拉醬，而A、D、E 組的低脂沙拉醬的摩擦系數(shù)與同組高脂沙拉醬的差異不大；在添加模擬唾液后，B、D 組的高、低脂沙拉醬間的摩擦系數(shù)較接近，而A、C、E組的低脂沙拉醬與高脂沙拉醬的摩擦系數(shù)產(chǎn)生一定差異。在1 N 載荷工況下，除B、C 組外，其余3組的低脂沙拉醬的摩擦系數(shù)與同組高脂沙拉醬均較為接近，整體情況與0.5 N 工況下測得的結(jié)果較為相似。添加唾液后，5 組低脂沙拉醬的摩擦系數(shù)均與同組高脂沙拉醬的摩擦系數(shù)形成明顯的區(qū)分。在2 N 載荷工況下，A、D、E 組的低脂沙拉醬摩擦系數(shù)低于同組高脂沙拉醬的摩擦系數(shù)，與高脂沙拉醬相比，低脂沙拉醬的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)較大幅度的降低；而添加唾液后，沙拉醬整體上呈“低脂高、高脂低”的摩擦系數(shù)特征。綜合來看，無論在何種載荷工況下，在唾液作用下，低脂沙拉醬整體的摩擦性能均和高脂沙拉醬的摩擦性能有較顯著的差異。

圖4 不同載荷條件下沙拉醬的摩擦特性Fig.4 Frictional properties of salad sauces under different loading conditions

此外，對(duì)5 種高、低脂沙拉醬在添加唾液前、后的摩擦系數(shù)做獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，將各沙拉醬的摩擦系數(shù)與其脂肪含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4 和表5。未添加唾液前，5 種高脂與低脂沙拉醬的摩擦系數(shù)不存在顯著性差異（P ＞0.05），且摩擦系數(shù)與其脂肪含量間也無明顯相關(guān)。添加唾液后，3 種載荷工況下高脂與低脂沙拉醬的摩擦系數(shù)均有顯著差異，且摩擦系數(shù)與脂肪含量呈較強(qiáng)的相關(guān)性（|r|＞0.7，P ＜0.05）。獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)與相關(guān)性分析表明，唾液能夠還原沙拉醬的脂肪含量與其摩擦性能間的相關(guān)性，脂肪含量越高，沙拉醬的摩擦系數(shù)越低；低脂沙拉醬的摩擦性能與高脂沙拉醬存在一定差距，與低脂沙拉醬相比，高脂沙拉醬在唾液作用下仍能維持較好的順滑感。

表4 唾液添加前、后高脂與低脂沙拉醬摩擦系數(shù)的對(duì)比Table 4 Comparison of coefficients of friction between high-fat and low-fat salad sauces

表5 沙拉醬摩擦系數(shù)與脂肪含量相關(guān)性Table 5 Correlations between coefficient of friction and fat content

采用線性模型擬合唾液添加后的沙拉醬摩擦系數(shù)隨脂肪含量的變化關(guān)系，如圖5 所示。隨脂肪含量增加，3 種工況下沙拉醬摩擦系數(shù)整體呈降低趨勢。與0.5 N 和2 N 載荷相比，1 N 載荷工況下摩擦系數(shù)與脂肪含量的線性關(guān)系更為顯著，擬合的決定系數(shù)R2達(dá)0.779，表明不同的工況參數(shù)對(duì)沙拉醬摩擦性能表征產(chǎn)生一定的影響。選取合適的工況參數(shù)能精準(zhǔn)表征沙拉醬的摩擦性能差異，利于對(duì)沙拉醬的順滑感進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)定。

圖5 沙拉醬摩擦系數(shù)隨脂肪含量的變化關(guān)系Fig.5 Variation in coefficient of friction with fat content

2.4 討論

從上述結(jié)果看，模擬口腔環(huán)境下的摩擦試驗(yàn)?zāi)茌^好地表征高脂與低脂沙拉醬間摩擦性能的差異，沙拉醬脂肪含量和唾液對(duì)其摩擦性能有較大影響。隨著脂肪含量的增加，其摩擦系數(shù)總體呈線性降低趨勢。然而，TPA 法所得沙拉醬硬度、彈性、黏附性等6 項(xiàng)TPA 參數(shù)與其摩擦系數(shù)間的相關(guān)性見表6，兩者均無顯著的相關(guān)性（P ＞0.05）。雖然TPA 法是最早被認(rèn)定的食品質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)方法，在食品質(zhì)構(gòu)分析方面得得許多的應(yīng)用[24-25]，但是，TPA法是通過壓縮測試方法分析食品的質(zhì)構(gòu)屬性，在順滑感、奶油感、滑溜感等這類與食品表面性質(zhì)相關(guān)的質(zhì)構(gòu)屬性評(píng)價(jià)時(shí)，其存在較大的局限性。

表6 沙拉醬的摩擦系數(shù)與TPA 參數(shù)的相關(guān)性Table 6 Correlations between coefficient of friction and TPA parameters

增稠劑是沙拉醬的主要成分之一，加入淀粉、黃原膠這類增稠劑可以盡量避免因脂肪減少而造成的沙拉醬順滑感下降[26]。其主要原因是這些增稠劑在食物體系中所形成的顆粒較大，不易被嵌入摩擦副表面的溝壑，大量顆粒被卷吸到摩擦副接觸區(qū)充當(dāng)滾珠作用，將表面的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，使得沙拉醬產(chǎn)生較好的摩擦性能[23]。這類增稠劑潤滑效果主要依賴于食品體系具有較好的黏度和合適的脂肪含量[27-28]。沙拉醬體積平均直徑與摩擦系數(shù)的相關(guān)性見表7，在唾液稀釋和低脂肪的作用下，加入更多增稠劑非但不能改善沙拉醬的摩擦性能，還會(huì)導(dǎo)致沙拉醬的粒徑增大，進(jìn)而使沙拉醬質(zhì)構(gòu)變粗糙[29]。低脂沙拉醬仍需含有一定量的脂肪，通過淀粉和黃原膠等的乳化作用產(chǎn)生充足的脂肪微粒，來維持沙拉醬的順滑感[3]。

表7 沙拉醬的摩擦系數(shù)與體積平均直徑d4，3 的相關(guān)性Table 7 Correlations between coefficient of friction and volume mean diameter

同時(shí)，圖4 還還顯示唾液對(duì)沙拉醬的摩擦性能影響顯著。唾液改善沙拉醬的摩擦性能，使高、低脂沙拉醬間的摩擦性能產(chǎn)生明顯的差異。這可能是由于唾液與沙拉醬發(fā)生復(fù)雜的膠體作用，唾液中無機(jī)鹽、黏蛋白等成分導(dǎo)致沙拉醬乳液結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，產(chǎn)生絮凝，使原本均勻分布于沙拉醬乳液中脂肪微粒聚集并附著于舌、上顎等軟組織表面[30]，如圖6 所示。在唾液的作用下，高脂沙拉醬能夠釋放更多的脂肪，促進(jìn)口腔軟組織表面間的潤滑，使沙拉醬的順滑感更好。

圖6 沙拉醬中脂肪形態(tài)在唾液影響下的變化Fig.6 Transformation of the fat form in salad sauce under the influence of saliva

本文研究5 種品牌的含高、低脂肪的沙拉醬摩擦性能，通過唾液的作用以及選擇合適的測定參數(shù)，模擬口腔環(huán)境的摩擦測試，能較好地區(qū)分高、低脂肪沙拉醬的摩擦性能差異，表明摩擦方法能夠較好地評(píng)價(jià)沙拉醬的順滑感性能。同時(shí)，脂肪對(duì)于維持沙拉醬良好的質(zhì)構(gòu)屬性有重要作用。與低脂沙拉醬相比，高脂肪沙拉醬的順滑感仍存在一定的優(yōu)勢。如何在沙拉醬的脂肪含量、顆粒尺寸和質(zhì)構(gòu)屬性方面尋找平衡點(diǎn)，以及開發(fā)性能更優(yōu)的脂肪替代物，是當(dāng)下和未來食品工業(yè)亟需解決的關(guān)鍵問題。

3 結(jié)論

1）沙拉醬的平均體積直徑隨脂肪含量的降低呈增大趨勢，且低脂沙拉醬的粒徑呈現(xiàn)多峰分布的狀態(tài)。粒徑大小與沙拉醬的摩擦性能存在顯著關(guān)聯(lián)，較大粒徑導(dǎo)致沙拉醬的摩擦系數(shù)增加，進(jìn)而影響其順滑感。

2）沙拉醬的硬度、內(nèi)聚性、膠黏性和咀嚼性與脂肪含量的關(guān)聯(lián)性較弱。沙拉醬的TPA 參數(shù)與其摩擦系數(shù)沒有顯著的關(guān)聯(lián)性，TPA 法不適用于沙拉醬順滑感的評(píng)定。

3）在唾液作用下，高脂沙拉醬的摩擦系數(shù)顯著低于低脂沙拉醬的摩擦系數(shù)。隨脂肪含量的增加，沙拉醬的摩擦系數(shù)總體上呈線性降低。此外，選擇合適的工況參數(shù)有利于表征沙拉醬順滑感的差異。