昆士兰大学：3D打印能够轻松制造具有人类舌头特征的基材，用于分析食品乳液的摩擦行为

来源： 食研私享

2021年8月17日，昆士兰大学•农业与食品科学学院：Juan Fan（1作）......、Sangeeta Prakash*（通讯）等在农林科学1区TOP期刊Innovative Food Science & Emerging Technologies（IF：5.916）在线发表了题为“3D enabled facile fabrication of substrates with human tongue characteristics for Analysing the Tribological behaviour of food emulsions”的研究文章。

口腔感知是感官评价中的一个重要组成部分，其对于鉴赏和识别食品至关重要。食品的口腔感知是发生在口腔中的物理现象和大脑即时解读的结果。预测食品口腔感知的能力有利于未来产品的开发改良，减少对人类感官小组评价食品的依赖。
事实证明，摩擦学测量可以深入了解食品在口腔加工过程中的感官感知。摩擦学体系中使用的固体基质通常由金属和玻璃等硬质材料制成。近年来，软弹性材料（如硅橡胶）用于模仿人类舌头特征引起了人们的极大兴趣，并且已有一些模仿人类舌-腭表面的研究报道。然而，由于个体差异，很难保持舌头的一致性，因此，有必要使用硅橡胶等弹性材料开发人造舌头。

关于使用模铸技术制备软基质的摩擦学研究已有相关报道。然而，由于3D打印技术可以通过逐层沉积方式实现产品的完全定制，因此，3D打印可以用于生产具有不同粗糙度的模具，以铸造具有不同表面变化的软基质。

该研究通过在3D打印的母模上浇注硅橡胶预聚物来制备了具有类似人类舌头特征的软基质。采用粘度稀释剂对市售的双组分硅橡胶预聚物体系配方进行调整，实现了对体积弹性特性的调节。此外，还研究了具有不同表面和体积特性的有机硅基质对食品乳液样品的摩擦学性能的影响。

文章结构思维导图

图文摘要

成果介绍
食物的口感或口腔感知在不同的口腔表面或舌腭环境中可能因人舌的物理特性而不同。模拟舌腭环境特征的摩擦学测量将有助于食物材料的口腔感知评价。

该研究报告了一种可用于快速制造具有不同表面（粗糙度）和体积特征（弹性模量和厚度）的软质弹性体基质的3D打印辅助方法，以进行摩擦学测量。研究了具有不同规则图案表面、弹性模量和厚度的基质对四种食品乳液（全脂和脱脂牛奶、高脂和低脂酸奶）润滑性能的影响。

研究发现，食品乳液的摩擦系数随着代表软基质表面乳头状突起的矩形微尺度柱子的高度减少或密度增加而增加。值得注意的是，基质的弹性模量的降低导致牛奶样品的摩擦系数增加，而酸奶样品的摩擦系数则降低。基质厚度的变化对食品乳液的摩擦系数影响不大。

这种简单的基底制造策略能够快速评估食品的摩擦学性能，以减少对基于人的感官分析的依赖。进一步的研究应侧重于将摩擦学数据与感官分析联系起来。

图4. 数字化设计的模具，其内底有规则的矩形网格凹槽，用来复制硅胶基材上的不同粗糙度（R1、R2、R3）。

图5. (a) 侧面和垂直视图，其中 “h 值”代表设定的硅胶凸起高度，HD/LD代表硅胶凸起的高密度和低密度。(b) 具有不同表面结构的三种弹性体基质（R1、R2和R3）的表面粗糙度轮廓和（c）扫描图像。为了清晰起见，R2和R3的表面轮廓分别上移了1000μm和2500μm。

图6. (a) 不同脂肪含量和粒径的食品乳液 (全脂奶 (FFM)、脱脂奶 (SM)、高脂酸奶 (HFY) 和低脂酸奶 (LFY) 示意图；(b) 在具有粗糙度R1 (乳头状突起微尺度柱子100μm，密度为 16/cm2）和弹性模量为169kPa的硅胶基质 (S1) 上测量的润滑行为 (Stribeck曲线)。

专 家 简 介

Sangeeta Prakash
Sangeeta Prakash，博士，昆士兰大学农业与食品科学学院高级讲师，主要研究领域：食品科学与技术。Sangeeta 在昆士兰大学获得博士学位，并在印度顶尖农业研究机构印度农业研究所攻读硕士学位。她的研究兴趣集中在食品结构、口腔加工、流体和半固态食品的流动和润滑行为以及质地方面，重点是改善食品的感官质量和体外消化率。