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非导电粉末静电特性的测量

非导电粉末静电特性的测量

影响葡萄酒结构和成分的因素很多。除了葡萄酒的种类外,栽培和收获条件、加工和装瓶过程、储存条件和储存时间等都可能在一定程度上起作用。由于葡萄酒的不同结构和成分,它们的口感特征也可能有所不同。

了解口腔加工过程中食物结构因素对食物的影响,有助于理解和优化摄入、咀嚼和吞咽过程中的感官感知。通过不同类型的仪器测试,如流变学或质地分析,可以描述口服过程中对食物的感觉。食品摩擦学是一种相对较新但很有前途的方法。摩擦学是研究相对运动中相互作用表面的科学。摩擦系统由配合面和润滑剂组成,润滑剂可以是固体、液体甚至气体。食品摩擦学考虑了食团的形成和加工过程中的相互作用[2]。在食物的口腔加工过程中,舌头被压在上颚上并相对上颚移动(见图1,右图)。舌腭摩擦副是由食物和唾液的混合物润滑的。了解食品的摩擦学行为是理解食品口腔加工过程中感官感知的关键。然而,仅仅用一种仪器技术是不可能涵盖所有方面的口感的。使用多学科的方法来涵盖口感的所有必要方面似乎更合适(见图1,左)。

本研究的目的是提出一种葡萄酒-唾液相互作用的摩擦学表征方法。互补的粘度和密度特征有助于直接了解葡萄酒样品和葡萄酒唾液混合物。

图1:左图:多学科方法:本文采用摩擦学和粘度学技术。右图:食物摄入由舌/丸/腭摩擦系统表示,吞咽由流变系统表示。

2 葡萄酒样品

在这项研究中,从当地一家超市购买了两种市售干葡萄酒样品。样品及其各自的酒精含量以及产地列于表1。根据酒瓶上的标签,两种葡萄酒样品都含有亚硫酸盐。

样品酒精含量(vol%)产地

Chenin blanc 12.5南非

Cabernet Sauvignon 12.5法国

表1:葡萄酒样品:酒精含量和产地

3 实验设置和程序

3.1 粘度和密度测量

密度测量采用DMA 4500(Anton Paar GmbH,奥地利)。样品被注入到一个U形管中,U形管被激发以其特征频率振荡,这与样品的密度直接相关。在达到稳定振荡后,激发关闭,振荡消失。这种激发和停止的程序是不断重复的,进而得到高精度的密度结果。

粘度测量采用Lovis 2000 ME(Anton Paar GmbH,奥地利)。Lovis 2000 ME是一种用于测定粘度的微粘度计,根据滚球原理工作。为了测定动态粘度,用玻璃毛细管填充样品和球。将充满的毛细管插入仪器的毛细管块中。将试块倾斜一定角度,并在规定距离内测量球在样品内的运行时间。

2.2 润湿性

将25μL样品移液到PDMS针表面,对样品在亲水性PDMS针上的润湿行为进行了简单的估算。为了进行分析,对PDMS针表面上的样品液滴形状进行了可视化分析。

2.3 摩擦学设置和测量

相互作用的固体称为样品,液体葡萄酒称为样品。在装有Peltier控温系统的摩擦学单元的Anton Paar MCR摩擦学试验机上进行摩擦学试验。使用了如图2所示的三销球测试配置。此外,还使用了Peltier控温上罩。

在这项研究中,舌/腭摩擦副(见图1,右图)由一个玻璃球(钠钙玻璃,直径12.7 mm)模拟,该玻璃球压在聚二甲基硅氧烷(PDMS)销上(见图2),因为这种材料配对被认为是食品摩擦学的一个最合适的解决方案。PDMS销由Sylgard 184(道康宁)制成,PDMS:固化剂的混合比为8:1,在70°C的炉中固化1小时。在1 N的法向力下用蒸馏水磨合,每一套新PDMS销以每分钟100转的转速运转3分钟。测量前,用无绒布彻底清洁PDMS销。

图2:左图:三销球测试配置示意图。右图:装满Cabernet Sauvignon 样品的样品池。

舌和腭的表面相对柔软,接触压力在3到27千帕[3]之间。在这里,通过使用相对软的PDMS试样和施加1n的低法向力来模拟软接触条件。在试验过程中,法向力恒定,滑动速度保持在10mm/s。摩擦学试验如下所述。

1 向样品池中加入1毫升葡萄酒样品。

2 以恒定的滑动速度和恒定的法向力开始试验。

3 每5分钟添加30μL唾液(见图3)。

第三步重复四次。每次重复使用一组新的PDMS样品进行双重测定。

图3:实验程序示意图:每5分钟向葡萄酒样品中加入一部分30μL唾液。

4 结果与讨论

4.1粘度和密度测量

两种不同的葡萄酒样品和葡萄酒唾液混合物的密度没有差异。对于所有样品,密度为1.0 g/cm3。

两种葡萄酒样品的动态粘度差别不大。Chenin blanc的动态粘度为1.54pa·s,Cabernet Sauvignon的动态粘度为1.46pa·s。

4.2润湿性

所有测试样品的葡萄酒和葡萄酒唾液混合液滴的形状看起来都很相似(图4)。这表明样品在PDMS销上的润湿行为没有明显差异。然而,需要指出的是,这是一种非常简单的方法,无法检测流体样品润湿行为的微小差异。

图4:PDMS销表面有25μL样品。所有样品的液滴形状没有明显差异。

4.3摩擦学测量

摩擦学测量结果如图5所示。Chenin blanc的曲线用蓝色表示(开放符号),Cabernet Sauvignon的曲线用红色表示(封闭符号)。每条曲线代表一次测试的重复。对于Cabernet Sauvignon来说,当唾液加入到葡萄酒样品中时,摩擦只会轻微增加。反过来,当唾液加入葡萄酒中时,Chenin blanc的摩擦力明显增加。这种差异不能用葡萄酒和葡萄酒唾液混合物的润湿行为的变化来解释,因为在这项研究中没有观察到这种因素的明显变化。同样的道理也适用于密度和粘度,添加唾液不会改变密度和粘度。摩擦因子变化的一个可能解释是,复杂生物分子中的不同成分形成了特定的反应产物,不同的葡萄酒样品的反应产物可能不同。

图5:葡萄酒样品的恒定滑动速度试验(Chenin blanc:蓝色开放符号,Cabernet Sauvignon:红色封闭符号)。每隔5分钟,将一部分唾液添加到样本架中。

5 结论与展望

两种不同的葡萄酒样品——红葡萄酒和白葡萄酒——在摩擦学装置中进行了测试。在恒速试验中加入唾液。两种葡萄酒样品对添加唾液的反应明显不同:

对于白葡萄酒(Chenin blanc),当唾液添加到样品架时,观察到摩擦系数明显增加。

对于红酒(赤霞珠),摩擦系数仅随时间和唾液浓度的增加而轻微增加。

这些结果并非源于样品的润湿行为或样品密度。分歧的根源尚待澄清。进一步的研究将需要了解口感摩擦学相互作用。这可以通过扩展的Stribeck曲线测量来实现,也可以用相同的葡萄酒样品来实现,这已经被证明是一种适合奶油奶酪样品的方法。

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王静
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