低脂肪和高脂肪牛奶的润滑机理
发布时间 : 2022/01/26 阅读次数 : 110 推荐产品 :

低脂肪和高脂肪牛奶的润滑机理



牛奶食品的感官感知受其脂肪含量的影响。众所周知,奶油味感知随着脂肪含量的增加而增加,它可能与口腔表面之间的润滑有关。因此,我们研究了低脂和高脂牛奶在柔软疏水表面的润滑作用。


材料和方法

牛奶样品。

低脂牛奶(脂肪含量为0.3%)和高脂肪牛奶(脂肪含量为3.5%)是从当地超市购买的商业产品。这些样品来自同一制造商或供应商。请注意,低脂和高脂牛奶的蛋白质含量相同。在所有实验中,脱矿质水均被用作对照。


测试试样。 

摩擦测量中使用了聚二甲基硅氧烷(PDMS)销和圆盘(见图1)。它们是从硅弹性体试剂盒(Sylgard 184,Dow corning,Midland,MI)制备的。基材和固化剂以10:1的比例(w/w)混合,并转移到销和圆盘的模具中。在65°C的烘箱中进行过夜固化。使用聚苯乙烯半球孔的模具制备直径为6mm的半球形销,并使用聚苯乙烯圆形板制备直径为60mm的圆盘。PDMS圆盘和销的粗糙度通过接触式原子力显微镜测量。圆盘和销的平均粗糙度分别测量为3和5nm。


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图 1.PDMS销和盘安装在POD摩擦试验机上。


摩擦系数测量。 

摩擦系数(μ)是使用盘式仪器上的销钉Ducom多功能摩擦计- POD 4.0确定的(见图2)。该仪器可在 1 – 200 N 的正常负载范围和 1–3000rpm 的速度范围内运行。


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图 2.Ducom 多功能摩擦计 (POD 4.0),带有旋转和线性模块。



Winducom软件用于确定摩擦系数,因为圆盘滑动速度随时间以指数速率从80到2 mm / s连续降低,如下所示:


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其中
Vf和 Vi是初始和最终速度(mm/s),常
数λ分别表示速度衰减率
t表示持续时间(以秒为单位)

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在另一组实验中,在三种不同的衰减速率条件下,即0.003、0.005、0.009,加载速度衰减速率均为1.5N。在本研究中,我们报告了衰减率为0.003时产生的Stribeck曲线的结果(见图3)。整的测试结果可在已发表的手稿《牛奶脂肪的载荷和速度依赖性摩擦行为》中找到。

 

图 3.圆盘滑动速度的指数衰减作为时间的函数。衰变率(λ)为0.003。

 

请注意,随着λ的增加,扫描速度更快,这可能会影响扰动表面层的恢复速率。在所有实验中,牛奶和脱矿质水(对照)的总体积为4 mL。请注意,脱矿质水是不含任何矿物质的去离子水。

 

测试结果

o 一般而言,在本研究应用的所有载荷下,0.3%脂肪奶和3.5%脂肪奶的摩擦系数均低于水。

o 在1.5 N负载和高滑动速度下,0.3%脂肪奶的摩擦系数比3.5%脂肪牛奶低5倍(见图4A)。

o 在6.5 N负载和低滑动速度下,0.3%脂肪奶的摩擦系数比3.5%脂肪牛奶的摩擦系数高2倍(见图4B)。

在11.5 N负载下,0.3%和3.5%脂肪奶样品的摩擦系数趋势相似(见图4C)。

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图 4.牛奶和水的斯特里贝克曲线。摩擦系数(μ)的变化与3.5%脂肪奶,0.3%脂肪奶和控制(水)在1.5 N(A),6.5 N(B)和11.5 N(C)的正常负载下的盘速度的函数。提供的数据包括每次负载两次重复。速度衰减率(λ)固定在0.003。



摩擦系数随着半水负载的增加而降低,而0.3%脂肪奶的摩擦系数保持稳定(见图5)。


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图 5. 3.5%脂奶、0.3%脂奶和控制(水)的摩擦系数与载荷的关系。提供的数据包括每次负载两次重复。

 

 

结论

o 与低脂牛奶相比,高脂牛奶在6.5 N时表现出较低的摩擦力,在1.5 N时表现出更高的摩擦力。

o 我们假设低脂牛奶含有更多的酪蛋白,而高脂肪牛奶表面有更多的脂肪分子(见图6)。

o 具有亲水尾部的酪蛋白在低负载下主导低摩擦行为,脂肪分子在高负载下主导低摩擦行为。

此外,亲水尾部可用于快速补充水分子,与表面上的脂肪分子相比,水分子维持低摩擦。


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图 6.由酪蛋白和脂肪分子组成的表层示意图,剪切稀释后吸附在PDMS表面上,用于0.3%脂肪奶(A)和3.5%脂肪牛奶(B)。

完整的测试结果可在已发表的手稿《牛奶脂肪的载荷和速度依赖性摩擦行为》中找到。

 


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