脫脂大豆粉也能3D打��？

導讀：3DFP代表了一種創(chuàng)新技術(shù)，可以打印具有精細結(jié)構(gòu)和復雜形狀的食品，這是使用其他制造技術(shù)難以實現(xiàn)的。使用 3DFP 制作的食品可以根據(jù)個人健康狀況和喜好在營養(yǎng)價值、口味、質(zhì)地和外觀方面進行定制。研究人員已廣泛研究基于擠出的印刷以使用 3DFP 制備食品。在這種技術(shù)中，食品材料通過計算機控制的噴嘴擠出打印各種形狀的食品。半固態(tài)或糊狀的不同類型的食品可用作擠出式打印機中的墨水。那么脫脂大豆粉在3D打印中的表現(xiàn)如何呢？



2022年8月，南極熊獲悉最近發(fā)表在《食品工程雜志》上的一篇論文展示了在3D食品打印機 (3DFP) 中使用脫脂大豆粉 (DSF) 打印具有所需質(zhì)量和形狀的食品的可行性。研究人員研究了脫脂大豆粉在3D食品打印機的適用性，以及研磨方法對3D打印食品的可打印性和質(zhì)量的影響。

背景



3D打印食物主要有以下幾個步驟：使用3D計算機輔助設計 (CAD) 預先設計食物形狀，然后使用切片器軟件將其轉(zhuǎn)換為幾何代碼 (G-code)，以控制噴嘴運動、分配速度和行進速度，最后加載到打印機中。脫脂大豆含有 25-30% 的碳水化合物和 50% 的蛋白質(zhì)，是高膳食纖維和其他營養(yǎng)物質(zhì)的極好來源，但它們作為食品成分的用途仍然有限。 DSF 被認為適合作為 3DFP 的原材料，因為它價格低廉且具有很高的營養(yǎng)價值。然而，直到現(xiàn)在還沒有進行調(diào)查在 3DFP 中使用 DSF 的可行性的研究。

此外，食品材料（例如基于擠出的 3DFP 中的 DSF 糊劑）的可打印性取決于形成3D模型并在打印后在特定時間內(nèi)保持其形狀的能力。食品材料的打印參數(shù)和流變特性對打印適性有重要影響。例如，食品材料必須表現(xiàn)出剪切稀化行為和足夠的流動性，以便通過打印機噴嘴輕松擠出，并且具有必要的機械強度來支撐它們的重量和頂層的重量。DSFs的物理化學性質(zhì)因其生產(chǎn)方法和粒徑的相關(guān)變化而不同。然而，尚未進行任何研究來評估 DSF 的可打印性和粒徑之間的關(guān)系。

研究



在這項研究中，研究人員使用錘磨機和氣流粉碎機對脫脂大豆進行研磨，生產(chǎn)出不同粒徑的 DSF，并研究了不同粒徑對 DSF 糊的適印性和理化性質(zhì)以及打印物表面結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的影響。本研究的主要原料是短直徑和長直徑分別為 2 mm 和 4 mm 的顆粒狀脫脂大豆。使用包含 12 個可移動錘的錘磨機和噴射磨機分別獲得具有粗顆粒和細顆粒的 DSF。將 DSF與蒸餾水手動混合 5 分鐘，以制備 DSF 糊狀物，用作食品打印機中的油墨。制備的漿料中的水含量保持在 74、72、70 和 68% wb，以確保漿料的適印性。

研究人員進行了研磨粉末的粒度分布測量和 DSF 糊劑的流變測量，并評估了基于螺桿擠出機的3DFP對使用DSF糊劑進行3D打印食品的適用性。使用干粉系統(tǒng)模塊獲得了 90% (D 90 )、50% (D 50 ) 和 10% (D 10 ) 粒徑的累積體積。

研究人員了一個 10 毫米高、10 毫米內(nèi)徑和 20 毫米外徑的空心圓柱體的 3D 模型�？纱蛴⌒允峭ㄟ^評估外觀并使用卡尺測量打印結(jié)構(gòu)的直徑和高度并將它們與最初設計的模型進行比較來確定的。研究人員將損耗模量、儲能模量和復數(shù)粘度作為頻率的函數(shù)同時還分析了 3D 打印食品的表面結(jié)構(gòu)和表面輪廓。



結(jié)論和展望
●使用螺旋式 3DFP 和 DSF 漿料作為原材料/打印機墨水成功地對食品進行 3D 打印。脫脂大豆研磨后的粒度分布形狀接近正態(tài)分布。然而，與使用錘磨機制備的 DSF 相比，在使用噴射磨機制備的 DSF 中觀察到更高比例的細顆粒。因此，氣流粉碎機更適合制備顆粒更細、均勻度更高的粉末。

●DSF 漿料由彈性凝膠狀結(jié)構(gòu)組成，使其在3D打印后能夠保持其形狀。漿料的損耗模量和儲能模量隨著含水量的增加而降低，導致DSF漿料的粘度和強度降低。與從較細 DSF 獲得的漿料相比，當水分含量為 68-74% wb 時，在由較粗 DSF 生產(chǎn)的 DSF 漿料中觀察到更高的損耗和儲能模量。此外，DSF 漿料的復數(shù)粘度隨著頻率的升高呈線性下降。

●DSF 漿料的剪切變稀行為，是從 3DFP 噴嘴擠出漿料所必需的。此外，粗 DSF 的復數(shù)粘度比細 DSF 高，并且隨著水分含量的增加，差異增加。這些流變特性的差異影響了打印性能。

●具有較細顆粒和 70-74% 水分含量的 DSF 漿料的可打印性與具有較粗顆粒的漿料相比更高，使其適用于在實際應用中改善打印食品的外觀。當水分含量低于 70% 時，漿料的硬度沒有顯著差異。然而，當水分含量高于70%時，硬度會發(fā)生變化，與水分含量為 72%的較粗 DSF 相比，較細的 DSF 顯示出更高的硬度。在質(zhì)地特性中也觀察到這些變化，在 70% wb 水分含量的較粗 DSF 中觀察到較高的粘性、內(nèi)聚性和粘附性。

此外，由于顆粒尺寸之間紋理分布的變化，打印樣品的表面結(jié)構(gòu)因 DSF 顆粒尺寸而異，用更細的 DSF 打印的樣品具有更少的凹凸和光滑的表面結(jié)構(gòu)�？偠�言之，這項研究的結(jié)果有效地證明了更精細的 DSF 可以有效地用于 3DFP 打印具有所需形狀、質(zhì)量和外觀的食品。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2022.111237