上海騰拔質構儀助力仲愷農業工程學院發表關于3D打印乳液凝膠的論文

近日，仲愷農業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，IF：7）發表了題為"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國產質構儀用于測定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構改良劑，對于咀嚼能力下降的消費者具有重要商業價值。本研究評估了菊粉對 3D 打印乳液凝膠的打印精度、結構完整性和感官品質的影響。研究成功開發出一種基于菊粉的乳液凝膠，該凝膠在 - 18°C 至 25°C 范圍內具有理想的質構和冷凍穩定性。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。相關性分析顯示，硬度與脂肪感和順滑感等感官屬性呈負相關，這凸顯了儀器測量結果對 3D 打印食品感官質構的預測價值。

使用質構儀進行測試能夠模擬并直觀呈現乳液在口腔加工過程中的行為，為 3D 打印乳液凝膠的質構特性提供有價值的見解。3D 打印乳液凝膠產品的質構儀測試結果如圖3所示。不出所料，打印產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，這些數值代表乳液凝膠的黏附性。上述結果表明，菊粉含量越高的乳液越易吞咽。這一發現與打印結果分析一致，說明隨著菊粉含量增加，乳液凝膠體系變得更加穩定。

圖 3（b）顯示，打印產品的硬度并未隨鹽濃度的增加而發生顯著變化。然而，打印產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。這一結果與流變儀分析得出的結論相悖 —— 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絡結構。因此，蔗糖的添加對乳液凝膠的流變學特性和結構穩定性影響甚微。結果，添加了蔗糖的打印產品在質構儀測試結果中未表現出顯著差異。

圖3 含有不同含量菊粉（a）、鹽（b）和蔗糖（c）的3D打印乳液凝膠的質構

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。