上海騰拔質(zhì)構(gòu)儀助力仲愷農(nóng)業(yè)工程學院發(fā)表關(guān)于3D打印乳液凝膠的論文

近日，仲愷農(nóng)業(yè)工程學院研究人員在國際食品期刊《Current Research in Food Science》（中科院大類一區(qū)，IF：7）發(fā)表了題為"Edible 3D printed emulsion gels: Effects of inulin on sensory characteristics and mechanical properties"的研究論文。在該論文中，研究人員利用上海騰拔Universal TA國產(chǎn)質(zhì)構(gòu)儀用于測定3D打印乳液凝膠的硬度和粘附性等指標。

菊粉是一種益生元，也是乳液凝膠的有效質(zhì)構(gòu)改良劑，對于咀嚼能力下降的消費者具有重要商業(yè)價值。本研究評估了菊粉對 3D 打印乳液凝膠的打印精度、結(jié)構(gòu)完整性和感官品質(zhì)的影響。研究成功開發(fā)出一種基于菊粉的乳液凝膠，該凝膠在 - 18°C 至 25°C 范圍內(nèi)具有理想的質(zhì)構(gòu)和冷凍穩(wěn)定性。流變學分析顯示，隨著菊粉含量的增加，凝膠的彈性顯著提升。在頻率掃描中，儲能模量（G′）從 2.99×103 Pa（菊粉含量 6.7%）上升至 1.08×10? Pa（菊粉含量 20%）；在振蕩掃描中，G′從 2.27×103 Pa 上升至 7.18×103 Pa。頻率和觸變性測試表明，無鹽凝膠的儲能模量（G′）和黏度最高。溫度掃描顯示，在 - 18°C 時凝膠的模量達到峰值（G′=2.44×10? Pa；損耗模量 G″=1.09×10? Pa）。值得注意的是，20% 菊粉凝膠解凍后的 G′僅下降 65%，而 6.7% 菊粉凝膠的 G′下降了 76%，這證實高菊粉含量的凝膠具有更好的凍融穩(wěn)定性。電子鼻檢測和感官評價表明，菊粉含量越高，茶籽油的特征氣味越淡。相關(guān)性分析顯示，硬度與脂肪感和順滑感等感官屬性呈負相關(guān)，這凸顯了儀器測量結(jié)果對 3D 打印食品感官質(zhì)構(gòu)的預測價值。

使用質(zhì)構(gòu)儀進行測試能夠模擬并直觀呈現(xiàn)乳液在口腔加工過程中的行為，為 3D 打印乳液凝膠的質(zhì)構(gòu)特性提供有價值的見解。3D 打印乳液凝膠產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)儀測試結(jié)果如圖3所示。不出所料，打印產(chǎn)品的硬度隨菊粉含量的增加而成比例上升。圖 3（a）顯示，含 20.00%（w/v）菊粉的乳液凝膠硬度最高，測得值為 108 gf，而配方 PC3 和 PC2 中含 20.00%（w/v）菊粉的產(chǎn)品硬度值分別為 75 gf和 50 gf。此外，圖 3（a）顯示 PC4、PC3 和 PC2 的最大負力分別為 - 9 gf、-7 gf和 - 24gf，這些數(shù)值代表乳液凝膠的黏附性。上述結(jié)果表明，菊粉含量越高的乳液越易吞咽。這一發(fā)現(xiàn)與打印結(jié)果分析一致，說明隨著菊粉含量增加，乳液凝膠體系變得更加穩(wěn)定。

圖 3（b）顯示，打印產(chǎn)品的硬度并未隨鹽濃度的增加而發(fā)生顯著變化。然而，打印產(chǎn)品的黏附性卻隨著鹽濃度的升高而逐漸增強。具體而言，PC4、PB1、PB2、PB3、PB4 和 PB5 的最大負力分別為 - 9gf、-27gf、-39gf、-45gf、-56gf和 - 75gf。這一結(jié)果與流變儀分析得出的結(jié)論相悖 —— 流變儀分析顯示，鹽的添加會導致乳液凝膠的黏度和儲能模量（G′）下降。

由于蔗糖分子體積較小，無法像大型多糖分子那樣形成堅固的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。因此，蔗糖的添加對乳液凝膠的流變學特性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響甚微。結(jié)果，添加了蔗糖的打印產(chǎn)品在質(zhì)構(gòu)儀測試結(jié)果中未表現(xiàn)出顯著差異。

圖3 含有不同含量菊粉（a）、鹽（b）和蔗糖（c）的3D打印乳液凝膠的質(zhì)構(gòu)

參考文獻：Junjie Liu et al. Edible 3D printed emulsion gels: Effects of inulin on sensory characteristics and mechanical properties. Current Research in Food Science, 2025。