应用介绍

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。

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。

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：

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）

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）。

Figur

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）。

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。

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。