上海腾拔质构仪助力3D打印乳液凝胶测定

近日，仲恺农业工程学院研究人员在国际食品期刊《Current Research in Food Science》（中科院大类一区，IF：7）发表了题为"Edible 3D printed emulsion gels: Effects of inulin on sensory characteristics and mechanical properties"的研究论文。在该论文中，研究人员利用质构仪用于测定3D打印乳液凝胶的硬度和粘附性等指标。

菊粉是一种益生元，也是乳液凝胶的有效质构改良剂，对于咀嚼能力下降的消费者具有重要商业价值。本研究评估了菊粉对 3D 打印乳液凝胶的打印精度、结构完整性和感官品质的影响。研究成功开发出一种基于菊粉的乳液凝胶，该凝胶在 - 18°C 至 25°C 范围内具有理想的质构和冷冻稳定性。流变学分析显示，随着菊粉含量的增加，凝胶的弹性显著提升。在频率扫描中，储能模量（G′）从 2.99×10³ Pa（菊粉含量 6.7%）上升至 1.08×10⁴ Pa（菊粉含量 20%）；在振荡扫描中，G′从 2.27×10³ Pa 上升至 7.18×10³ Pa。频率和触变性测试表明，无盐凝胶的储能模量（G′）和黏度最高。温度扫描显示，在 - 18°C 时凝胶的模量达到峰值（G′=2.44×10⁶ Pa；损耗模量 G″=1.09×10⁶ Pa）。值得注意的是，20% 菊粉凝胶解冻后的 G′仅下降 65%，而 6.7% 菊粉凝胶的 G′下降了 76%，这证实高菊粉含量的凝胶具有更好的冻融稳定性。电子鼻检测和感官评价表明，菊粉含量越高，茶籽油的特征气味越淡。相关性分析显示，硬度与脂肪感和顺滑感等感官属性呈负相关，这凸显了仪器测量结果对 3D 打印食品感官质构的预测价值。

使用质构仪进行测试能够模拟并直观呈现乳液在口腔加工过程中的行为，为 3D 打印乳液凝胶的质构特性提供有价值的见解。3D 打印乳液凝胶产品的质构仪测试结果如图3所示。不出所料，打印产品的硬度随菊粉含量的增加而成比例上升。图 3（a）显示，含 20.00%（w/v）菊粉的乳液凝胶硬度最高，测得值为 108 gf，而配方 PC3 和 PC2 中含 20.00%（w/v）菊粉的产品硬度值分别为 75 gf和 50 gf。此外，图 3（a）显示 PC4、PC3 和 PC2 的最大负力分别为 - 9 gf、-7 gf和 - 24gf，这些数值代表乳液凝胶的黏附性。上述结果表明，菊粉含量越高的乳液越易吞咽。这一发现与打印结果分析一致，说明随着菊粉含量增加，乳液凝胶体系变得更加稳定。

图 3（b）显示，打印产品的硬度并未随盐浓度的增加而发生显著变化。然而，打印产品的黏附性却随着盐浓度的升高而逐渐增强。具体而言，PC4、PB1、PB2、PB3、PB4 和 PB5 的最大负力分别为 - 9gf、-27gf、-39gf、-45gf、-56gf和 - 75gf。这一结果与流变仪分析得出的结论相悖 —— 流变仪分析显示，盐的添加会导致乳液凝胶的黏度和储能模量（G′）下降。

由于蔗糖分子体积较小，无法像大型多糖分子那样形成坚固的三维网络结构。因此，蔗糖的添加对乳液凝胶的流变学特性和结构稳定性影响甚微。结果，添加了蔗糖的打印产品在质构仪测试结果中未表现出显著差异。