張奮楠， 周星宇,2， 俞經(jīng)虎,2，*， 錢善華,2， 楊濤濤

(1.江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 江蘇 無(wú)錫 214122；2.江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 無(wú)錫 214122)

食品口腔加工是指在口腔中將食物轉(zhuǎn)變?yōu)榭赏萄适硤F(tuán)的過(guò)程[1]，主要包括上下頜的咀嚼運(yùn)動(dòng)、牙齒與食品的相互作用、舌頭的攪拌運(yùn)動(dòng)以及唾液與食品的混合。食品口腔加工能力直接影響人體的消化能力以及健康狀況。研究表明，由牙齒缺失[2]、咀嚼力下降[3]等原因?qū)е率称房谇患庸つ芰Φ拖氯巳旱木捉佬瘦^正常人低，這在老年人群中尤其常見(jiàn)[4]，因此咀嚼效率研究已成為食品設(shè)計(jì)、口腔康復(fù)等領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題。盡管超聲波成像技術(shù)[5]和視頻熒光技術(shù)[6]可以捕捉食品口腔加工過(guò)程中的咀嚼運(yùn)動(dòng)和食品團(tuán)的位置，但仍然無(wú)法直接觀察食品團(tuán)的形變過(guò)程，并且有部分食團(tuán)會(huì)在主要吞咽前就進(jìn)入腸胃[7]，使得由測(cè)試人員開(kāi)展的咀嚼實(shí)驗(yàn)中的食物團(tuán)不容易完整準(zhǔn)確收集，且食團(tuán)與唾液的比例難以確定；同時(shí)，食團(tuán)的形成受到多種口腔加工條件的影響，而不同測(cè)試人員之間的口腔加工參數(shù)不易量化和標(biāo)準(zhǔn)化，使得每次咀嚼實(shí)驗(yàn)中食團(tuán)都是在一種不完全可控的過(guò)程中形成的。除此之外，在研究具有污染物的危害性食品(過(guò)期變質(zhì)食品、實(shí)驗(yàn)性食品等)時(shí)，要求測(cè)試人員開(kāi)展咀嚼實(shí)驗(yàn)是不可行的。本研究團(tuán)隊(duì)前期開(kāi)發(fā)的仿口腔平臺(tái)，是根據(jù)人類口腔數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的[8-9]，可以再現(xiàn)人類下頜咀嚼運(yùn)動(dòng)，目的是通過(guò)模擬口腔環(huán)境和咀嚼運(yùn)動(dòng)，生成與人類咀嚼產(chǎn)生的性質(zhì)相似的食物團(tuán)，同時(shí)在食品口腔加工的過(guò)程中檢測(cè)食品的質(zhì)構(gòu)特性，從而為與食品口腔加工和食物團(tuán)等相關(guān)的多種研究提供一種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。前人的研究主要集中于基于該平臺(tái)探究義齒壽命評(píng)估方法和食品的物性檢測(cè)[10-11]，而進(jìn)行食品咀嚼效率測(cè)定的研究較少。

咀嚼效果反映咀嚼能力的大小，是評(píng)估咀嚼作用實(shí)際效果的重要指標(biāo)。目前評(píng)定咀嚼效果的方法有很多，基于糖釋放的咀嚼效果測(cè)試[12]是根據(jù)咀嚼后食團(tuán)糖度釋放量推算咀嚼效果，該方法由于實(shí)驗(yàn)易受沖洗時(shí)間和流水溫度等因素的影響，重復(fù)性較差；吸光度法是借助分光光度計(jì)測(cè)定溶液的吸光度，應(yīng)用在評(píng)定咀嚼效果方面時(shí)間較早[13]，該方法測(cè)試出的數(shù)據(jù)結(jié)果易受咀嚼測(cè)試物在懸濁靜置時(shí)不可避免的食物損失和時(shí)間不一致等因素的影響，因此在評(píng)定咀嚼效果方面應(yīng)用很少。脆性食品的過(guò)篩稱重法[14]和塑性食品的混色判別法[15]是常用的評(píng)價(jià)咀嚼效果的方法。過(guò)篩稱重法通過(guò)分析食物嚼碎的程度、測(cè)試物粒徑的中位數(shù)來(lái)表征咀嚼效果，多應(yīng)用于花生、杏仁等脆性食品，易觀察顆粒分布狀態(tài)，比較精確[16]；混色判別法則通過(guò)測(cè)定食物經(jīng)咀嚼后的混合程度間接評(píng)估個(gè)體咀嚼效果，該方法更全面、精確，在臨床方面應(yīng)用潛力大。

本研究擬通過(guò)仿口腔平臺(tái)對(duì)典型的脆性和塑性實(shí)驗(yàn)食品開(kāi)展咀嚼實(shí)驗(yàn)，同時(shí)收集口腔加工能力良好的受試者咀嚼后的食團(tuán)，分別采用過(guò)篩稱重法和混色判別法對(duì)脆性和塑性食團(tuán)進(jìn)行計(jì)算。處理數(shù)據(jù)后對(duì)比食團(tuán)的評(píng)定指標(biāo)(包括脆性材料的中值粒徑和塑性材料的咀嚼效果指數(shù))，評(píng)定咀嚼效果，從而為減少人工成本、建立食品咀嚼模型、開(kāi)發(fā)咀嚼能力受損人群合適食品、提高咀嚼受損人群咀嚼滿意度等提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料制備

選擇食品級(jí)石蠟和去皮熟花生作為咀嚼實(shí)驗(yàn)的樣品。石蠟材料具備很好的塑性，食品口腔加工過(guò)程中形變顯著，且不易產(chǎn)生大面積破碎斷裂。石蠟樣品的制作過(guò)程：將組成成分相同的紅色和綠色石蠟切成10 mm×10 mm×2 mm的長(zhǎng)方體，綠色石蠟布置于底層、中層和上層，每?jī)蓪泳G色石蠟之間放置一片紅色石蠟，最終壓制成高度為10 mm的正方體石蠟樣品(圖1)。

圖1 制備完成的石蠟樣品

花生是一種典型的脆性食品，口腔加工過(guò)程中破碎效果顯著[17]?；ㄉ?jīng)過(guò)電子秤稱重，選取質(zhì)量相近、含水量(g/g)為(4±1)%的花生樣品。每次實(shí)驗(yàn)前，將低溫干燥密封保存的石蠟樣品浸入 35 ℃ 恒溫水浴鍋中1 min來(lái)保證樣品的物性一致。每次實(shí)驗(yàn)后，回收的食團(tuán)均編號(hào)并放置在培養(yǎng)箱中干燥0.5 h，以待測(cè)定。

1.2 仿口腔平臺(tái)設(shè)備

1.2.1設(shè)備結(jié)構(gòu)

仿口腔平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)如圖2，主要包括仿生口腔環(huán)境和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

(b)圖中，全局坐標(biāo)系建立在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)架上{O1}-XYZ，靜坐標(biāo)系{O}-xyz固連在上頜靜平臺(tái)上，動(dòng)坐標(biāo)系{P}-uvw固連在下頜動(dòng)平臺(tái)上。

1.2.2仿口腔平臺(tái)的咀嚼復(fù)現(xiàn)原理

咀嚼復(fù)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)是指在上下頜牙之間不斷重復(fù)的切向滑動(dòng)和沖擊運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牙齒的功能性可以分成切牙的切割運(yùn)動(dòng)、尖牙的壓碎運(yùn)動(dòng)和磨牙的研磨運(yùn)動(dòng)。仿口腔平臺(tái)的咀嚼復(fù)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是基于經(jīng)典的Stewart結(jié)構(gòu)[18]進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在空間中的標(biāo)準(zhǔn)自由度為6，完全可以實(shí)現(xiàn)下頜運(yùn)動(dòng)的模擬以及咀嚼參數(shù)的控制。機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源為在同一圓周上布置的6臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，每臺(tái)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的平移運(yùn)動(dòng)，滑塊即成為直線執(zhí)行器的主體。每個(gè)滑塊通過(guò)球鉸和1根連桿與動(dòng)平臺(tái)相連接，各機(jī)構(gòu)之間相互配合和約束，控制動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)。由于切割運(yùn)動(dòng)和壓碎運(yùn)動(dòng)可用一維的直線運(yùn)動(dòng)近似代替，所以在此主要描述研磨運(yùn)動(dòng)。研磨運(yùn)動(dòng)主要由開(kāi)口相、閉口相和咀嚼相構(gòu)成，從牙尖交錯(cuò)位開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)下頜的速度較快，靠近最大開(kāi)口時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度逐漸減小；當(dāng)閉合運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度逐漸增加，當(dāng)磨牙位置接近即將產(chǎn)生咬合接觸時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度急劇下降，至此研磨運(yùn)動(dòng)完成。根據(jù)臨床醫(yī)學(xué)中成年人下頜運(yùn)動(dòng)的掃描軌跡[19]，磨牙的研磨運(yùn)動(dòng)可用空間斜橢圓進(jìn)行表征，轉(zhuǎn)換為動(dòng)平臺(tái)相對(duì)于靜平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程如式(1)。

(1)

式(1)中，x、y、z分別表示沿x軸、y軸、z軸的位移；α、β、γ分別表示沿x軸、y軸、z軸的旋轉(zhuǎn)角度。

基于運(yùn)動(dòng)學(xué)求逆的方法，首先對(duì)口腔加工過(guò)程中下頜的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行空間投影以及方程擬合，擬合出的方程可作為動(dòng)平臺(tái)的原始運(yùn)動(dòng)軌跡。通過(guò)RPY角方法進(jìn)行矩陣變換，即動(dòng)平臺(tái)在空間內(nèi)的任意位置和姿態(tài)都可以通過(guò)動(dòng)坐標(biāo)系{P}-uvw相對(duì)于靜坐標(biāo)系{O}-xyz3個(gè)坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)量x、y、z和繞3個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度α、β、γ來(lái)描述。以矩陣方程的形式描述動(dòng)平臺(tái)的位姿與6個(gè)滑塊所處空間位置之間的關(guān)系，并分別推導(dǎo)出各滑塊的位移方程、速度方程和加速度方程。通過(guò)編制連續(xù)插補(bǔ)程序?qū)⒚枋?個(gè)滑塊的運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)化為脈沖量。脈沖信號(hào)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡輸入步進(jìn)電機(jī)中，整個(gè)機(jī)構(gòu)即可按照預(yù)定的軌跡進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1體外口腔加工實(shí)驗(yàn)

體外實(shí)驗(yàn)是基于仿口腔平臺(tái)開(kāi)展的。本實(shí)驗(yàn)中，咀嚼次數(shù)是主要研究對(duì)象，設(shè)置為3水平(3、6、10次)自變量，其他咀嚼參數(shù)設(shè)置為常量，其中平均咀嚼速度為2 mm/s，咀嚼應(yīng)變?yōu)?00%(單次咀嚼中牙齒在Z軸方向?qū)κ称返淖饔昧浚?00%為食品的總高度，即上下牙齒在咬合運(yùn)動(dòng)完成時(shí)接觸)，唾液輸送量為2 mL，口腔溫度為37 ℃，所用牙齒為第一磨牙和第二磨牙。

1.3.2體內(nèi)口腔加工實(shí)驗(yàn)

召集測(cè)試人員5名，選擇標(biāo)準(zhǔn)：年齡在20～26周歲，除第三磨牙外其他牙齒完整且健康，無(wú)咀嚼障礙、吞咽障礙以及口腔疾病，對(duì)實(shí)驗(yàn)食品無(wú)過(guò)敏反應(yīng)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)階段：第一階段為咀嚼訓(xùn)練，評(píng)定人員在慢咀嚼條件下(單次咬合時(shí)間控制在 3～5 s，盡量使用兩側(cè)的第一磨牙和第二磨牙)對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行口腔加工，從而使得在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中咀嚼參數(shù)保持相近；第二階段為吐出訓(xùn)練，評(píng)定人員需要在感覺(jué)樣品能夠被吞咽時(shí)盡量完整地吐出食團(tuán)，其中，當(dāng)咀嚼3次時(shí)，已經(jīng)初步有可吞咽的感覺(jué)，咀嚼超過(guò)10次以上，食團(tuán)已經(jīng)完全具備吞咽條件；在第三階段的咀嚼實(shí)驗(yàn)中，將咀嚼次數(shù)分別設(shè)定為3、6、10次，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中評(píng)定人員達(dá)到指定的咀嚼次數(shù)后便將食團(tuán)吐出，并進(jìn)行回收。所有受試者在實(shí)驗(yàn)前均給予詳細(xì)解釋并簽署知情同意書。

1.3.3咀嚼效果評(píng)定方法

1.3.3.1 石臘食團(tuán)的評(píng)定方法

石蠟食團(tuán)的評(píng)定方式為混色判別法。與采用雙色膠母糖作為實(shí)驗(yàn)材料[20]不同的是，石蠟不易黏附在牙齒上，可降低咀嚼難度。通過(guò)咀嚼后實(shí)驗(yàn)材料邊緣顏色對(duì)比度反映咀嚼效率易受主觀視覺(jué)影響，準(zhǔn)確性不高，故本實(shí)驗(yàn)采用YX6060型工業(yè)相機(jī)拍攝食團(tuán)圖像。拍攝前先將培養(yǎng)箱中干燥的石蠟食團(tuán)壓成薄片狀鋪在透明塑料布上，使用軟件Image pro-Plus 6.0提取圖像特征(圖3)。

RA代表紅色區(qū)域面積，GA代表綠色區(qū)域面積，A代表除去孔洞部分面積，TA代表咀嚼后樣品面積；W為樣品寬度，L為樣品長(zhǎng)度。

根據(jù)式(2)～(7)計(jì)算食團(tuán)參數(shù)，式(2)～(7)中：MIX為樣品中紅色區(qū)域和綠色區(qū)域與總面積之比，LW為咀嚼后樣品的長(zhǎng)寬關(guān)系，F(xiàn)F為咀嚼后樣品的延展性，TA′為咀嚼后樣品總面積與咀嚼前樣品總面積之比，S2為咀嚼后樣品中混合區(qū)域里紅色光密度和綠色光密度的方差，TR為去除孔洞后樣品面積與總面積之比，RA代表紅色區(qū)域面積，GA代表綠色區(qū)域面積，A代表除去孔洞部分樣品面積，L代表樣品長(zhǎng)度，W為樣品寬度，TA代表咀嚼后樣品面積，OA為咀嚼前樣品的面積，DR為紅色光密度，DG為綠色光密度，M為平均光密度。

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Fisher判別法[21]可以用于建立判別方程并求得食團(tuán)的咀嚼效果指數(shù)(MEI)，計(jì)算MEI的判別方程，見(jiàn)式(8)。在此種計(jì)算方法下，MEI值越小，越接近0，代表咀嚼的效果越好。

MEI=6.695·MIX+0.705·LW-0.028·FF-0.637·TA′+0.056·S2-2.995·TR+0.843 。

(8)

1.3.3.2 花生食團(tuán)的測(cè)定方法

花生食團(tuán)的測(cè)定方法為粒度測(cè)定法。中值粒徑d50即50%顆粒質(zhì)量能夠通過(guò)的理論篩分粒徑[22]。將培養(yǎng)箱中干燥的花生食團(tuán)倒入8層篩網(wǎng)中進(jìn)行篩分，每層篩網(wǎng)的篩孔直徑分別為8.00、5.00、2.00、1.40、1.00、0.71、0.50、0.25 mm。經(jīng)過(guò)完全的篩分后，對(duì)每一層篩網(wǎng)上的顆粒進(jìn)行稱重，進(jìn)而求得每份花生食團(tuán)的d50。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018、IBM SPSS Statistics 26軟件對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析方法分析數(shù)據(jù)的顯著性(顯著性水平0.05)，采用雙變量相關(guān)性方法分析各變量的相關(guān)性。所有實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 食團(tuán)圖像特征參數(shù)分析

表1顯示了口腔加工實(shí)驗(yàn)中在體內(nèi)和體外收集的石蠟食團(tuán)的圖像特征參數(shù)。對(duì)于體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，在相同咀嚼次數(shù)下組內(nèi)樣本間的MIX、LW、FF、TA′和S2的值波動(dòng)較大，且伴隨著咀嚼次數(shù)的增加，這些參數(shù)并未出現(xiàn)規(guī)律性的增長(zhǎng)或下降。對(duì)于來(lái)自體外咀嚼的石蠟食團(tuán)，在相同咀嚼次數(shù)下組內(nèi)樣本間的圖像特征參數(shù)值波動(dòng)較小，且隨著咀嚼次數(shù)的增加，MIX和S2呈現(xiàn)出下降規(guī)律，F(xiàn)F和TA′呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的規(guī)律。為便于閱讀，未在各樣本的圖像特征參數(shù)處標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)差和顯著性，只在完成計(jì)算后對(duì)MEI進(jìn)行標(biāo)注。

表1 石蠟樣品經(jīng)過(guò)體內(nèi)和體外的3、6、10次咀嚼后形成食團(tuán)的圖像特征參數(shù)

2.2 測(cè)試食品的d50與MEI值分析

表2顯示了來(lái)自體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)的花生食團(tuán)的d50和石蠟食團(tuán)的MEI。在每一種咀嚼次數(shù)的水平下，每位實(shí)驗(yàn)人員均完成生產(chǎn)3個(gè)食團(tuán)，并在表中記錄相關(guān)數(shù)據(jù)的平均值和方差。來(lái)自相同實(shí)驗(yàn)人員在相同咀嚼次數(shù)下的3個(gè)食團(tuán)沒(méi)有顯著差異(P>0.05)，因此可以忽略重復(fù)效應(yīng)。對(duì)于花生食團(tuán)，當(dāng)咀嚼次數(shù)為3次時(shí)，d50在5名測(cè)試人員(體內(nèi)咀嚼)之間存在顯著性差異，在仿口腔平臺(tái)(體外咀嚼)的每次實(shí)驗(yàn)之間差異不顯著。此時(shí)來(lái)自體內(nèi)的d50的最大值為4.4 mm，小于來(lái)自體外的最小值4.8 mm。當(dāng)咀嚼6次時(shí)，來(lái)自體內(nèi)和體外食團(tuán)的d50差異的顯著情況與咀嚼3次時(shí)相似，且此時(shí)體內(nèi)的最大值(2.7 mm)仍然小于體外的最小值(2.9 mm)。當(dāng)咀嚼達(dá)到10次時(shí)，來(lái)自體內(nèi)咀嚼實(shí)驗(yàn)的食團(tuán)的d50基本不再有顯著差異，此時(shí)體內(nèi)的最大值(1.3 mm)大于體外的最小值(1.2 mm)。對(duì)于石蠟食團(tuán)，其MEI受到體內(nèi)、體外以及咀嚼次數(shù)的影響規(guī)律與花生食團(tuán)相似。當(dāng)咀嚼次數(shù)為3次和6次時(shí)，體內(nèi)組的MEI差異顯著，體外組差異不顯著，體內(nèi)組的MEI普遍小于體外組；當(dāng)咀嚼次數(shù)為10次時(shí)，體內(nèi)組和體外組的MEI差異均不顯著，且兩組間數(shù)值相近。

表2 體內(nèi)和體外分別完成3、6、10次咀嚼后花生食團(tuán)的d50以及石蠟食團(tuán)的MEI

2.3 體內(nèi)- 體外咀嚼次數(shù)與食團(tuán)的MEI/d50的相關(guān)性分析

圖4顯示了體內(nèi)實(shí)驗(yàn)、體外實(shí)驗(yàn)和咀嚼次數(shù)對(duì)食團(tuán)的影響，表3顯示了各變量間的相關(guān)性。由圖4的數(shù)據(jù)分析可得：無(wú)論是體內(nèi)實(shí)驗(yàn)還是體外實(shí)驗(yàn)，隨著咀嚼次數(shù)的增加，石蠟食團(tuán)的MEI[圖4(a)]和花生食團(tuán)的d50[圖4(b)]均值均差異較大且顯著降低(P<0.05)。體內(nèi)組的標(biāo)準(zhǔn)差大于體外組。由圖4可見(jiàn)，當(dāng)咀嚼次數(shù)為3次和6次時(shí)，體內(nèi)組的d50平均值和MEI平均值均小于體外組。當(dāng)咀嚼10次時(shí)，體內(nèi)組和體外組平均值基本相同。根據(jù)表3也可以看出：咀嚼次數(shù)與體內(nèi)d50的相關(guān)系數(shù)為-0.945，雙尾檢驗(yàn)的顯著性概率為0.000，雙星號(hào)標(biāo)記表明-0.945的相關(guān)性在0.01的水平上達(dá)到顯著，這說(shuō)明咀嚼次數(shù)與體內(nèi)d50相關(guān)性很強(qiáng)；此外，負(fù)值的相關(guān)性系數(shù)又說(shuō)明，咀嚼次數(shù)越多，體內(nèi)d50均值越低。同理，結(jié)果分析也適用于體外d50、體內(nèi)MEI、體外MEI。

*、**、***表示體內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)，#、##、###表示體外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)。

表3 Pearson相關(guān)系數(shù)及相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果

3 討 論

相比于咀嚼測(cè)試人員，仿口腔平臺(tái)的可重復(fù)性更高、可控性更好，相同條件下獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間差異更小，這與Peyron等[23]設(shè)計(jì)的咀嚼模擬器具有相同的優(yōu)勢(shì)。盡管測(cè)試人員經(jīng)過(guò)咀嚼訓(xùn)練后使得平均咀嚼速度盡可能保持一致，但牙齒結(jié)構(gòu)、咬合力、咬合過(guò)程的加速度以及咀嚼軌跡的差異都會(huì)影響牙齒與食品的相互作用程度，這是導(dǎo)致來(lái)自不同測(cè)試人員之間的樣本存在顯著差異的關(guān)鍵。相比之下，仿口腔平臺(tái)的咀嚼過(guò)程是按照設(shè)定的軌跡和參數(shù)執(zhí)行的，每次循環(huán)中牙齒對(duì)食品的作用位置及程度基本相同。當(dāng)咀嚼處于初級(jí)階段(咀嚼次數(shù)小于3次)，咀嚼機(jī)器人對(duì)食團(tuán)的口腔加工效果低于測(cè)試人員，這是由于舌頭在口腔加工過(guò)程中也發(fā)揮著作用[24]。舌頭的運(yùn)動(dòng)使得測(cè)試人員的口腔加工具有自適應(yīng)性[25]，即每次咀嚼前會(huì)在上一次的食團(tuán)中自動(dòng)感知大顆粒(厚度更高)的區(qū)域，并通過(guò)舌頭將食團(tuán)調(diào)整到更利于咀嚼破碎的位置，而仿口腔平臺(tái)的舌頭是固定的，只能起到防止食團(tuán)掉落的作用。實(shí)驗(yàn)成果均基于實(shí)驗(yàn)所給的塑性和脆性食品材料，不同食品的質(zhì)地特性也應(yīng)作為影響咀嚼效果測(cè)定的參數(shù)。后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)會(huì)考慮設(shè)計(jì)添加具備可變彈性且能夠以運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的方式參與口腔加工的人工仿舌，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)模糊控制，面向更多不同質(zhì)地的食品材料，提升仿口腔平臺(tái)咀嚼實(shí)驗(yàn)的仿生性以及咀嚼效果評(píng)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

本研究提出了一種基于仿口腔平臺(tái)咀嚼實(shí)驗(yàn)的客觀評(píng)價(jià)咀嚼效果的方法，以食品級(jí)石蠟和花生作為咀嚼實(shí)驗(yàn)材料，建立咀嚼效果指數(shù)模型。無(wú)論是體內(nèi)還是體外實(shí)驗(yàn)，隨著咀嚼次數(shù)的增加，MEI均值差異較大且顯著性降低，表明咀嚼效果逐漸變好；針對(duì)花生d50值，體外組均大于體內(nèi)平均組，咀嚼次數(shù)越多，口腔加工的食品顆粒尺寸越小，咀嚼效果越好。因此，體內(nèi)- 體外實(shí)驗(yàn)和咀嚼次數(shù)均具有相關(guān)性，d50與MEI受到這些條件的影響規(guī)律具有相似性。即在花生的d50評(píng)價(jià)方法和石蠟的MEI評(píng)價(jià)方法下，口腔加工實(shí)驗(yàn)并未因食物種類的不同導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生差異，仿口腔平臺(tái)在面向脆性(花生)和塑性(石蠟)材料的口腔加工與食團(tuán)生產(chǎn)的功能上與人類口腔具有較高的一致性。