3D打印具有“最佳口感”的巧克力！

2022年4月22日，南極熊獲悉，來自阿姆斯特丹大學、烏得勒支大學、代爾夫特理工大學和聯(lián)合利華的創(chuàng)新中心（ University of Amsterdam, Utrecht University, TU Delft and Unilever’s Innovation Centre ）的研究者們利用3D打印制作了口感極佳的巧克力，讓我們來看看他們的研究吧。



在介紹他們的研究前，南極熊不得不介紹一個概念，這就是“超材料”，超材料往往可以顯示出不尋常的卓越特性，這些特性源于科學家們精心設計的結(jié)構(gòu)，而不是組成蹭分。超材料已經(jīng)應用到大片的科學領(lǐng)域，包括電磁學和機械學。在這項研究中，科學家們設計了一類可食用的機械超材料，這種材料具有一定的斷裂特性，可以控制咀嚼口感，這聽起來是不是很神奇？

科學家們以巧克力為模型材料，首先創(chuàng)建和控制了斷裂的各向異性和裂縫的數(shù)量，并證明這些特性能夠在口感體驗中被捕捉到。從而進一步利用拓撲優(yōu)化合理地設計具有最大各向異性斷裂強度的可食用超材料，并利用3D打印技術(shù)將他們制造出來。他們的工作為使用超材料控制斷裂強度和加強人與超材料的聯(lián)系開辟了新途徑。該團隊表示，在未來，它還可用于改善其他食物的“口感體驗”。


△該團隊發(fā)現(xiàn)有可能制造出可食用的“機械超材料”，其裂紋數(shù)量可調(diào)。圖片來自軟物質(zhì)雜志。

探索“機械超材料”
“口感體驗”能夠控制食物的味道、質(zhì)地和整體感官體驗，對于使它們具有吸引力至關(guān)重要。正因為追求“口感體驗佳”，人們在日常生活中往往會主動吃日常，如湯、酸奶和餅干，而不太會更主動地吃更健康或無肉的食物的問題（這就是“口感不佳”）。 控制感覺體驗是設計食品的一個重要課題，而且使用3D打印是直接制造食品質(zhì)地的一個有前途的途徑，但使用機械超材料來調(diào)節(jié)口感的做法此前還沒有被研究過。

為了使食物更美味，越來越多的實驗室、初創(chuàng)企業(yè)和研究小組開始嘗試通過3D打印來制造它們。2021年，MeaTech 利用3D生物打印打印技術(shù)，制作了一塊 3.67 盎司的牛排。近日，新加坡科技與設計大學(SUTD) 的團隊開發(fā)了一種用富含蛋白質(zhì)的豆渣進行3D打印的方法。

但此報道中的研究內(nèi)容的獨特性在于“機械超材料”。之前的研究發(fā)現(xiàn)，這些人造材料具有形狀變化可控的特性，這使得它們具有成為可調(diào)斷裂和強度質(zhì)量的新型材料的潛力。


△科學家們的 3D 打印巧克力設計。圖片來自軟物質(zhì)雜志。

通過拓撲優(yōu)化獲得更美味的食物
科學家們利用機械超材料制作了螺旋形的結(jié)構(gòu)，他們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整層數(shù)（裂縫數(shù)量），可以獲得不同的斷裂性能。并且將這些食物喂給10名味覺測試人員時，該團隊還觀察到，具有多層螺旋形的巧克力在被咀嚼時會對口感體驗有積極作用。

△螺旋形結(jié)構(gòu)

在確定了機械超材料能夠影響用餐者的口感體驗后，研究人員進一步使用拓撲算法創(chuàng)建“最大各向異性結(jié)構(gòu)”，易獲得”最佳口感“。他們利用了ETEC 3D Bioplotter 平臺進行巧克力打印，所使用的材料是，證明優(yōu)化形狀可以“控制口感感官體驗”，為使用可食用超材料設計口感和斷裂特性的拓撲設計開辟了途徑。


△3D打印的巧克力“迷宮蛋糕”。照片來自 byFlow。

3D打印食物
● SUTD研究人員提出了一種3D 打印牛奶甜點的方法，并用它制造不同含量的巧克力、糖漿和椰子餡的甜點。

● 食品3D打印機制造商byFlow通過3D打印個性化巧克力展示了其專利打印頭的能力。該技術(shù)在2021 年全球 50 家最佳餐廳頒獎典禮上展示，主要通過平衡打印頭不同區(qū)域的溫度與環(huán)境條件確保一致的食品打印結(jié)果。

●哥倫比亞大學的科學家們3D打印多種食物混合物，改變菜肴的味道。

論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/sm/d1sm01761f