昆士蘭大學：3D打印能夠輕松制造具有人類舌頭特征的基材，用于分析食品乳液的摩擦行為

來源： 食研私享

2021年8月17日，昆士蘭大學•農(nóng)業(yè)與食品科學學院：Juan Fan（1作）......、Sangeeta Prakash*（通訊）等在農(nóng)林科學1區(qū)TOP期刊Innovative Food Science & Emerging Technologies（IF：5.916）在線發(fā)表了題為“3D enabled facile fabrication of substrates with human tongue characteristics for Analysing the Tribological behaviour of food emulsions”的研究文章。

口腔感知是感官評價中的一個重要組成部分，其對于鑒賞和識別食品至關重要。食品的口腔感知是發(fā)生在口腔中的物理現(xiàn)象和大腦即時解讀的結果。預測食品口腔感知的能力有利于未來產(chǎn)品的開發(fā)改良，減少對人類感官小組評價食品的依賴。
事實證明，摩擦學測量可以深入了解食品在口腔加工過程中的感官感知。摩擦學體系中使用的固體基質(zhì)通常由金屬和玻璃等硬質(zhì)材料制成。近年來，軟彈性材料（如硅橡膠）用于模仿人類舌頭特征引起了人們的極大興趣，并且已有一些模仿人類舌-腭表面的研究報道。然而，由于個體差異，很難保持舌頭的一致性，因此，有必要使用硅橡膠等彈性材料開發(fā)人造舌頭。

關于使用模鑄技術制備軟基質(zhì)的摩擦學研究已有相關報道。然而，由于3D打印技術可以通過逐層沉積方式實現(xiàn)產(chǎn)品的完全定制，因此，3D打印可以用于生產(chǎn)具有不同粗糙度的模具，以鑄造具有不同表面變化的軟基質(zhì)。

該研究通過在3D打印的母模上澆注硅橡膠預聚物來制備了具有類似人類舌頭特征的軟基質(zhì)。采用粘度稀釋劑對市售的雙組分硅橡膠預聚物體系配方進行調(diào)整，實現(xiàn)了對體積彈性特性的調(diào)節(jié)。此外，還研究了具有不同表面和體積特性的有機硅基質(zhì)對食品乳液樣品的摩擦學性能的影響。

文章結構思維導圖

圖文摘要

成果介紹
食物的口感或口腔感知在不同的口腔表面或舌腭環(huán)境中可能因人舌的物理特性而不同。模擬舌腭環(huán)境特征的摩擦學測量將有助于食物材料的口腔感知評價。

該研究報告了一種可用于快速制造具有不同表面（粗糙度）和體積特征（彈性模量和厚度）的軟質(zhì)彈性體基質(zhì)的3D打印輔助方法，以進行摩擦學測量。研究了具有不同規(guī)則圖案表面、彈性模量和厚度的基質(zhì)對四種食品乳液（全脂和脫脂牛奶、高脂和低脂酸奶）潤滑性能的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，食品乳液的摩擦系數(shù)隨著代表軟基質(zhì)表面乳頭狀突起的矩形微尺度柱子的高度減少或密度增加而增加。值得注意的是，基質(zhì)的彈性模量的降低導致牛奶樣品的摩擦系數(shù)增加，而酸奶樣品的摩擦系數(shù)則降低�；�質(zhì)厚度的變化對食品乳液的摩擦系數(shù)影響不大。

這種簡單的基底制造策略能夠快速評估食品的摩擦學性能，以減少對基于人的感官分析的依賴。進一步的研究應側(cè)重于將摩擦學數(shù)據(jù)與感官分析聯(lián)系起來。

圖4. 數(shù)字化設計的模具，其內(nèi)底有規(guī)則的矩形網(wǎng)格凹槽，用來復制硅膠基材上的不同粗糙度（R1、R2、R3）。

圖5. (a) 側(cè)面和垂直視圖，其中 “h 值”代表設定的硅膠凸起高度，HD/LD代表硅膠凸起的高密度和低密度。(b) 具有不同表面結構的三種彈性體基質(zhì)（R1、R2和R3）的表面粗糙度輪廓和（c）掃描圖像。為了清晰起見，R2和R3的表面輪廓分別上移了1000μm和2500μm。

圖6. (a) 不同脂肪含量和粒徑的食品乳液 (全脂奶 (FFM)、脫脂奶 (SM)、高脂酸奶 (HFY) 和低脂酸奶 (LFY) 示意圖；(b) 在具有粗糙度R1 (乳頭狀突起微尺度柱子100μm，密度為 16/cm2）和彈性模量為169kPa的硅膠基質(zhì) (S1) 上測量的潤滑行為 (Stribeck曲線)。

專 家 簡 介

Sangeeta Prakash
Sangeeta Prakash，博士，昆士蘭大學農(nóng)業(yè)與食品科學學院高級講師，主要研究領域：食品科學與技術。Sangeeta 在昆士蘭大學獲得博士學位，并在印度頂尖農(nóng)業(yè)研究機構印度農(nóng)業(yè)研究所攻讀碩士學位。她的研究興趣集中在食品結構、口腔加工、流體和半固態(tài)食品的流動和潤滑行為以及質(zhì)地方面，重點是改善食品的感官質(zhì)量和體外消化率。