昆士蘭大學(xué)：3D打印能夠輕松制造具有人類舌頭特征的基材，用于分析食品乳液的摩擦行為

來源： 食研私享

2021年8月17日，昆士蘭大學(xué)•農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院：Juan Fan（1作）......、Sangeeta Prakash*（通訊）等在農(nóng)林科學(xué)1區(qū)TOP期刊Innovative Food Science & Emerging Technologies（IF：5.916）在線發(fā)表了題為“3D enabled facile fabrication of substrates with human tongue characteristics for Analysing the Tribological behaviour of food emulsions”的研究文章。

口腔感知是感官評價中的一個重要組成部分，其對于鑒賞和識別食品至關(guān)重要。食品的口腔感知是發(fā)生在口腔中的物理現(xiàn)象和大腦即時解讀的結(jié)果。預(yù)測食品口腔感知的能力有利于未來產(chǎn)品的開發(fā)改良，減少對人類感官小組評價食品的依賴。
事實證明，摩擦學(xué)測量可以深入了解食品在口腔加工過程中的感官感知。摩擦學(xué)體系中使用的固體基質(zhì)通常由金屬和玻璃等硬質(zhì)材料制成。近年來，軟彈性材料（如硅橡膠）用于模仿人類舌頭特征引起了人們的極大興趣，并且已有一些模仿人類舌-腭表面的研究報道。然而，由于個體差異，很難保持舌頭的一致性，因此，有必要使用硅橡膠等彈性材料開發(fā)人造舌頭。

關(guān)于使用模鑄技術(shù)制備軟基質(zhì)的摩擦學(xué)研究已有相關(guān)報道。然而，由于3D打印技術(shù)可以通過逐層沉積方式實現(xiàn)產(chǎn)品的完全定制，因此，3D打印可以用于生產(chǎn)具有不同粗糙度的模具，以鑄造具有不同表面變化的軟基質(zhì)。

該研究通過在3D打印的母模上澆注硅橡膠預(yù)聚物來制備了具有類似人類舌頭特征的軟基質(zhì)。采用粘度稀釋劑對市售的雙組分硅橡膠預(yù)聚物體系配方進行調(diào)整，實現(xiàn)了對體積彈性特性的調(diào)節(jié)。此外，還研究了具有不同表面和體積特性的有機硅基質(zhì)對食品乳液樣品的摩擦學(xué)性能的影響。

文章結(jié)構(gòu)思維導(dǎo)圖

圖文摘要

成果介紹
食物的口感或口腔感知在不同的口腔表面或舌腭環(huán)境中可能因人舌的物理特性而不同。模擬舌腭環(huán)境特征的摩擦學(xué)測量將有助于食物材料的口腔感知評價。

該研究報告了一種可用于快速制造具有不同表面（粗糙度）和體積特征（彈性模量和厚度）的軟質(zhì)彈性體基質(zhì)的3D打印輔助方法，以進行摩擦學(xué)測量。研究了具有不同規(guī)則圖案表面、彈性模量和厚度的基質(zhì)對四種食品乳液（全脂和脫脂牛奶、高脂和低脂酸奶）潤滑性能的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，食品乳液的摩擦系數(shù)隨著代表軟基質(zhì)表面乳頭狀突起的矩形微尺度柱子的高度減少或密度增加而增加。值得注意的是，基質(zhì)的彈性模量的降低導(dǎo)致牛奶樣品的摩擦系數(shù)增加，而酸奶樣品的摩擦系數(shù)則降低�；�質(zhì)厚度的變化對食品乳液的摩擦系數(shù)影響不大。

這種簡單的基底制造策略能夠快速評估食品的摩擦學(xué)性能，以減少對基于人的感官分析的依賴。進一步的研究應(yīng)側(cè)重于將摩擦學(xué)數(shù)據(jù)與感官分析聯(lián)系起來。

圖4. 數(shù)字化設(shè)計的模具，其內(nèi)底有規(guī)則的矩形網(wǎng)格凹槽，用來復(fù)制硅膠基材上的不同粗糙度（R1、R2、R3）。

圖5. (a) 側(cè)面和垂直視圖，其中 “h 值”代表設(shè)定的硅膠凸起高度，HD/LD代表硅膠凸起的高密度和低密度。(b) 具有不同表面結(jié)構(gòu)的三種彈性體基質(zhì)（R1、R2和R3）的表面粗糙度輪廓和（c）掃描圖像。為了清晰起見，R2和R3的表面輪廓分別上移了1000μm和2500μm。

圖6. (a) 不同脂肪含量和粒徑的食品乳液 (全脂奶 (FFM)、脫脂奶 (SM)、高脂酸奶 (HFY) 和低脂酸奶 (LFY) 示意圖；(b) 在具有粗糙度R1 (乳頭狀突起微尺度柱子100μm，密度為 16/cm2）和彈性模量為169kPa的硅膠基質(zhì) (S1) 上測量的潤滑行為 (Stribeck曲線)。

專 家 簡 介

Sangeeta Prakash
Sangeeta Prakash，博士，昆士蘭大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院高級講師，主要研究領(lǐng)域：食品科學(xué)與技術(shù)。Sangeeta 在昆士蘭大學(xué)獲得博士學(xué)位，并在印度頂尖農(nóng)業(yè)研究機構(gòu)印度農(nóng)業(yè)研究所攻讀碩士學(xué)位。她的研究興趣集中在食品結(jié)構(gòu)、口腔加工、流體和半固態(tài)食品的流動和潤滑行為以及質(zhì)地方面，重點是改善食品的感官質(zhì)量和體外消化率。