無任何添加劑如何實現豆渣油墨的3D打印

來源：食研私享

目前，食品3D打印的研究熱點主要集中在食品材料的開發(fā)上，鑒于單一食品原料無法滿足3D打印所需的材料特性，因此各種食品添加劑被加入到食品油墨中用來改變其流變性能，從而來提高食品油墨的可打印性。然而，食品添加劑(如親水膠體)的加入一定程度會抑制原有食品的風味，也相應改變原有食品的質地。難免有部分消費者喜歡天然食材獨特的風味和質地，那么有沒有一種方法可以不添加任何食品添加劑也可以實現3D打印呢？

2021年11月8日，國外一項最新研究為了克服上述挑戰(zhàn)，首次嘗試無添加任何食品添加劑，通過改變食品顆粒的粒徑和濃度實現了豆渣(豆?jié){和豆腐生產過程中產生的一種大豆副產物)的3D打印。

該研究由新加坡科技與設計大學聯(lián)合南洋理工大學的研究人員完成，相關研究以“3D Printing of Okara Ink: The Effect of Particle Size on the Printability(豆渣油墨3D打�。毫６葘�可打印性的影響)”為題發(fā)表在國際期刊ACS Food Science & Technology上，且被評選為當期(Volume 1, Issue 11，2021)的封面論文(Front Cover)。

△封面展示

豆渣(Okara)是豆?jié){和豆腐生產過程中過濾可溶性成分后產生的一種大豆副產物。豆渣營養(yǎng)豐富，含有44%的膳食纖維、22%的蛋白質和10%的脂肪(以干重計)。

為了實現豆渣的再利用，研究人員從當地一家豆?jié){供應商收集到了作為廚余垃圾的豆渣，并將其烘干、磨成粉后分別采用500μm、300μm和100μm的篩子對豆渣粉進行篩分，以區(qū)分豆渣顆粒粒徑。在無添加任何食品添加劑條件下，只加水配置成不同濃度(25%、33%、50%w/w)的豆渣油墨，然后將其進行直接墨水書寫(DIW)3D打印。

△室溫下豆渣的直接墨水書寫(DIW)3D打印

△不同粒徑(<100μm、100-300μm和300-500μm)和質量濃度(25%、33%和50%w/w)的豆渣油墨(即豆渣粉懸浮于水中)。(比例尺 : 10mm)

研究表明，粒徑是決定豆渣油墨流變性能的一個重要變量，當豆渣粉粒徑<100μm，濃度為33%時，其屈服應力為200±40Pa，儲能模量為23300±300Pa，無顆粒結塊導致的堵頭現象發(fā)生，可用于3D打印。所選擇的油墨能夠保持印刷結構而不會由于擴散而變形，并且研究人員通過調節(jié)3D結構的填充密度實現了不同質地(如硬度、黏附性)的3D打印豆渣(下圖A)。

研究人員指出，3D打印的豆渣產品可以直接食用，也可以進行進一步的后處理加工，如蒸、烤和冷凍干燥。并且研究人員向我們演示了將3D打印的豆渣產品進行了凍干處理，凍干后剛好可以作為一口能吃下的零食，同時產品由于經過了脫水，保質期更長(下圖B)。

△直接墨水書寫(DIW)3D打印豆渣

在文獻中，像薯片等常見零食的硬度大約是140g。而該研究中，3D打印的豆渣產品的最大硬度為47.00±4.58g(100%填充)，但可以通過烘焙或冷凍干燥等后處理來提高硬度，從而達到與現有零食如薯片相似的質地。

綜上所述，為了不添加食品添加劑(如可食用親水膠體)，保留食品原有風味和質地的同時實現3D打印，可以通過改變食品顆粒的粒徑來制備一種顆粒食品水懸浮液的3D打印食品油墨。該研究涉及的原理和方法也可以適用于其他副產品和非副產品的可食用材料，這將推動3D食品打印在醫(yī)療保健和食品可持續(xù)性方面的潛在應用。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsfoodscitech.1c00236