《Food Quality and Preference》：Oral physiological drivers of bolus formation and polarity-dependent aroma release in cheese: Effects of bite force and saliva flow in the bio-inspired oral mastication system (iBOMS-III)
编辑推荐：
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咀嚼过程中，咬合力和唾液流动独立地塑造了奶酪团块的结构。
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iBOMS-III能够实现对
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咀嚼过程中，咬合力和唾液流动独立地塑造了奶酪团块的结构。
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iBOMS-III能够实现对奶酪 oral processing 参数的受控模拟。
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唾液流动增强了润滑作用，并改变了奶酪团块的水分含量和凝聚力。
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香气的释放对口腔条件有明显的极性依赖性。
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奶酪团块的结构决定了香气的分配和动态风味释放行为。
引言
风味感知源于食物结构与咀嚼过程中口腔生理过程之间的动态相互作用。口腔处理通过机械破碎、唾液混合以及结构重组，将固体食物转化为具有凝聚力的可吞咽团块，从而决定了控制味道物质和香气化合物释放与运输的物理化学条件。在咀嚼过程中，牙齿逐渐将食物粉碎，同时唾液提供润滑作用，促进颗粒凝聚，并启动有助于吞咽和后续消化的酶促反应（Chen, 2015; Chen et al., 2022; Maeda et al., 2020）。机械破碎增加了食物表面积并破坏了其微观结构，使得挥发性化合物能够从食物基质中释放到口腔空间中，并通过后鼻途径传递到嗅觉受体。因此，后鼻香气感知是风味构成的主要部分，而味觉主要贡献基本的味道模式（Buettner et al., 2008）。
口腔生理特征在个体之间存在显著差异，并被认为是影响食物感知差异的关键因素。例如，唾液分泌在团块润滑、凝聚力和挥发性化合物运输中起着核心作用，但受年龄、水分状态、唾液腺功能、药物使用以及神经肌肉控制等因素的影响，唾液流速也有很大差异（Birkhed & Heintze, 2021）。同样，咬合力、咀嚼频率和咀嚼时间在不同人群中也存在很大差异（Chen, 2014）。这些生理差异，加上食物机械性质的变化，强烈影响了咀嚼过程中颗粒大小的减小、唾液的混合以及香气化合物的释放时间（Ployon et al., 2017）。然而，由于机械破碎和唾液混合同时发生并且相互作用，因此难以在体内单独分离它们对团块形成和风味传递的贡献，这限制了我们对口腔处理如何影响感官感知的机制理解（Maeda et al., 2020）。
食物基质中的香气化合物释放还受到基质组成和物理化学性质的控制。先前的研究表明，粘度的增加通常会降低香气释放速率（Cayot et al., 2004; Li et al., 2016），而较高的基质硬度则限制了结构性食物（如乳清蛋白凝胶）在咀嚼过程中的挥发性化合物释放（Luo et al., 2019）。除了基质性质外，咀嚼过程中的生理因素也会影响香气的分配和传输（Blee et al., 2011; Mestres et al., 2005）。重要的是，唾液可以根据香气的极性不同而对其产生不同的影响，要么促进传输，要么通过水稀释和结合抑制释放。尽管唾液的作用已被广泛认可，但它与机械破碎共同控制香气释放的机制仍知之甚少。这一限制主要是因为人类研究无法独立操纵咬合力和唾液流速，从而无法系统评估它们各自的和联合作用。
体外口腔处理模型通过消除个体间差异并允许控制实验参数，提供了一个潜在的解决方案。然而，大多数现有人工口腔系统和咀嚼装置对咀嚼过程的模拟过于简化，通常在固定的机械条件下运行，缺乏生理真实的咬合力或颌关节运动学，或者以非动态的方式加入唾液（Peyron et al., 2019; Zhou & Yu, 2022）。这些限制使得它们难以再现真实的团块形成和耦合的物理化学变化，因此限制了它们在研究口腔生理变量如何影响风味传递方面的应用。因此，将口腔力学、唾液条件、团块演变和香气分配联系起来的系统研究仍然有限。
为了能够对口腔处理变量进行机制研究，我们开发了一种基于生物学的口腔咀嚼系统（iBOMS-III），该系统集成了生理真实的颌关节运动学、可编程的咬合力、独立控制的唾液输送和动态的团块形成功能。这一平台能够独立且定量地控制关键口腔参数，从而系统地检验它们对食物分解的各自影响。先前的研究表明，iBOMS-3生成的团块的物理性质与体内形成的团块相当，包括相似的水分含量、颗粒大小分布和流变行为（Xu et al., 2024）。进一步的研究证实，减少咀嚼力和唾液流速会导致颗粒变大，并增加对酶促分解的抵抗力（Lv et al., 2025b）。此外，iBOMS-3形成的普通和高支链淀粉含量大米团块的淀粉水解曲线与人类数据一致，尤其是在接近吞咽阈值的咀嚼周期（Lv et al., 2025a）。这些发现表明，iBOMS-3是一个独特的研究工具，可用于分离和机制探究口腔处理变量。
在本研究中，我们利用iBOMS-3系统系统地控制咬合力和唾液流速，以阐明它们在不同口腔处理条件下对奶酪团块形成和挥发性化合物分布的各自影响。选择了半硬切达干酪和软质山羊奶酪作为模型系统，以研究基质硬度和脂肪含量在受控口腔条件下的影响。从开始咀嚼到达到吞咽阈值的过程中，我们对团块的演变进行了表征，包括水分吸收、颗粒大小、质地和流变性质等方面的测量，并使用气相色谱-质谱（GC–MS）对化学上不同的香气化合物的实时释放进行了定量分析。这项工作提供了关于可调节的口腔处理参数如何与食物质地相互作用以控制风味传递的机制见解，为奶酪和其他固体乳制品的感官设计和质地优化提供了直接指导。
章节片段
奶酪
选择了两种具有明显不同质地和成分的市售奶酪作为模型食品：半硬切达干酪和软质新鲜山羊奶酪。选择这两种奶酪是为了对比不同的乳制品基质，研究口腔处理条件对团块形成和挥发性化合物分布的影响（表1）。切达干酪（Ameri Dairy Ltd., USA）和新鲜山羊奶酪（Filotas Belas & Son SA Ltd., Greece）是从中国一家主要电子商务平台购买的
水分含量
已有充分证据表明，唾液在团块形成和安全吞咽中起着核心作用，它通过湿润食物、提供润滑并在咀嚼过程中改变食物质地来发挥作用（Chen, 2014）。因此，团块水分含量的变化提供了关于唾液混合程度和口腔处理过程中食物结构改变的重要信息（Labouré et al., 2014）。对于切达干酪，初始水分含量约为37.1?±?1.3%。
结论
本研究利用iBOMS-III平台展示了咬合力和唾液流速如何影响奶酪中团块的转变和挥发性化合物的分布。唾液流动显示出增加团块水分含量的趋势，而增加的咬合力和唾液流动显著改变了团块的机械性质。较高的咬合力（500?N）和唾液流量（2.4?mL/min）将完整奶酪的硬度从50.67?kPa（切达干酪）和42.44?kPa（山羊奶酪）降低了到5.17和2.77?kPa
CRediT作者贡献声明
袁浩:撰写 – 原始草稿、方法论、研究、数据分析。吕博雅:方法论、研究、数据分析。吴鹏:撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、监督、资金筹集。陈晓东:监督、资源管理、概念构建。
伦理声明
本研究未涉及任何人类参与者或动物，因此不需要伦理审批和知情同意。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：本研究得到了中国Pro-health Instrumentation (Suzhou) Co., Ltd.的工业研究资助（项目编号H210330）。实验是在该公司的设施中使用iBOMS-3系统进行的。作者声明他们没有个人财务利益、雇佣关系或其他可能构成利益冲突的情况
Yuanhao Xu | Boya Lv | Peng Wu | Xiao Dong Chen
