《Food Hydrocolloids》：Influence of Structure and Non-Newtonian Rheology on the Lubrication of Emulsion Gels in Soft Contacts
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乳液凝胶是由包裹于凝胶基质中的乳液液滴构成的软材料，在食品与个人护理产品中广泛存在。此类材料通常表现出非牛顿流变行为，并具有表观屈服应力。本研究采用软接触摩擦学（viscoelastic lubrication，粘弹性润滑）考察结构与非牛顿流变对乳液凝胶润滑行
乳液凝胶是由包裹于凝胶基质中的乳液液滴构成的软材料，在食品与个人护理产品中广泛存在。此类材料通常表现出非牛顿流变行为，并具有表观屈服应力。本研究采用软接触摩擦学（viscoelastic lubrication，粘弹性润滑）考察结构与非牛顿流变对乳液凝胶润滑行为的影响。研究人员发现，乳液凝胶在混合润滑（mixed lubrication, ML）区表现出明显的二次转变；非牛顿流变控制该转变的起始位置与程度；较弱的凝胶结构会削弱该转变，使其向类乳液行为偏移。软接触摩擦学能够区分具有复杂微结构的软材料的润滑行为。
该研究发表于《Food Hydrocolloids》，由Ming Y. Lim、Yuan Xu、Heather M. Shewan和Jason R. Stokes完成。研究背景方面，乳液凝胶（emulsion gel，乳液液滴被包裹于凝胶基质中的软材料）广泛存在于干酪、酸奶、涂抹酱、蛋黄酱以及化妆品中。口腔加工会在舌腭之间狭窄间隙内对乳液凝胶进行剪切和变形，因此软接触摩擦学（soft tribology，模拟柔软生物表面间接触润滑的测量手段）被视为研究食品口腔加工行为的重要模型。然而，乳液凝胶具有强非牛顿流变和复杂多相微结构，其摩擦-速度关系难以用传统Stribeck主曲线统一描述，组成、流变和微结构对润滑的贡献又常同时变化，难以分离。为解决这一问题，研究人员在单一酸化奶凝胶平台上系统改变蛋白质含量、脂肪含量、脂肪与蛋白质比例以及游离脂肪含量，以解耦组成、流变和微结构完整性对润滑的影响，建立可解释复杂食品乳液凝胶润滑行为的机理框架。
研究方法方面，以奶油干酪的脂肪和蛋白质含量为参照，利用葡萄糖酸-δ-内酯（GDL）慢酸化制备模型乳液凝胶。样本包括蛋白质含量1%–10%、脂肪含量5%–30%、不同脂肪/蛋白质比例以及相同组成但不同均质条件产生不同游离脂肪含量的系列。主要技术包括旋转/振荡流变学与Herschel-Bulkley模型拟合、软接触摩擦学（Mini-Traction Machine，PDMS球-盘，载荷2 N，滑滚比50%，37°C）、激光衍射粒度分析（Mastersizer 3000）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）。
3.1 蛋白质含量的影响：通过固定脂肪30%、改变蛋白质1%–10%的样本，结合CLSM、流变和摩擦学测量发现，游离脂肪随蛋白质含量升高而减少；屈服应力、储能模量（G′）和黏度升高；摩擦曲线在混合润滑区出现二次转变，且随蛋白质增加更显著，EHL区可用高剪切黏度进行标度。
3.2 脂肪含量的影响：固定蛋白质5%、脂肪5%–30%时，高、低剪切黏度随脂肪增加而升高，但屈服应力在30%脂肪时才显著上升；低脂肪样本因微结构更稳定而产生更明显的二次转变，而高脂肪且总固形物较低的样本向类乳液润滑行为偏移。
3.3 脂肪与蛋白质比例的影响（流变受控）：在低总固形物和高总固形物两组中改变脂肪/蛋白质比例，高比例促进游离脂肪形成，低比例形成更大蛋白聚集体；二次转变随比例升高而减弱，最低比例样本的转变最明显，表明聚集簇是二次转变的主要结构来源。
3.4 游离脂肪的影响（组成受控）：通过相同组成但不同均质方式制备不同游离脂肪含量的样本，发现游离脂肪增加使凝胶变弱（屈服应力从86 Pa降至12 Pa，储能模量从674 Pa降至42 Pa），摩擦系数整体下降，二次转变起始Uη
high向更高值移动，润滑行为更接近乳液。
3.5 软接触乳液凝胶润滑的概念模型：研究人员提出，弱蛋白网络在低速度窄间隙下发生脂肪局部相分离和聚并，摩擦由失稳脂肪主导；强结合网络则由非牛顿流变和簇的剪切破碎主导。二次转变幅度取决于微结构强度，其起始位置取决于非牛顿程度。
讨论部分总结认为，乳液凝胶在剪切流中破碎成脂肪-蛋白簇并被卷入接触区；低剪切黏度促进卷吸，但接触区高剪切使黏度骤降，造成类似微弹性流体动压润滑（micro-EHL）的二次转变。该行为与液相乳液和脂肪颗粒悬浮液不同，但与熔融巧克力相似，说明半固态颗粒凝胶的润滑由流变与微结构共同控制。游离脂肪释放会降低摩擦，且测量温度下脂肪完全熔化，不形成蜡状膜。
研究结论可翻译为：非牛顿流变强烈影响乳液凝胶的润滑行为；乳液凝胶的润滑偏离传统Stribeck主曲线，在混合润滑与弹性流体动压润滑（elastohydrodynamic lubrication, EHL）区之间呈现二次转变。影响该转变的两个关键因素是剪切变稀程度和表观屈服应力（决定转变起始位置），以及微结构完整性（决定转变幅度）；较弱结构会使曲线向类乳液行为回归。该框架将组成、流变、微结构、流体卷吸和接触区相分离联系起来，为理解口腔加工中的口感和感官感知提供了机理基础。
