无任何添加剂如何实现豆渣油墨的3D打印

来源：食研私享

目前，食品3D打印的研究热点主要集中在食品材料的开发上，鉴于单一食品原料无法满足3D打印所需的材料特性，因此各种食品添加剂被加入到食品油墨中用来改变其流变性能，从而来提高食品油墨的可打印性。然而，食品添加剂(如亲水胶体)的加入一定程度会抑制原有食品的风味，也相应改变原有食品的质地。难免有部分消费者喜欢天然食材独特的风味和质地，那么有没有一种方法可以不添加任何食品添加剂也可以实现3D打印呢？

2021年11月8日，国外一项最新研究为了克服上述挑战，首次尝试无添加任何食品添加剂，通过改变食品颗粒的粒径和浓度实现了豆渣(豆浆和豆腐生产过程中产生的一种大豆副产物)的3D打印。

该研究由新加坡科技与设计大学联合南洋理工大学的研究人员完成，相关研究以“3D Printing of Okara Ink: The Effect of Particle Size on the Printability(豆渣油墨3D打印：粒度对可打印性的影响)”为题发表在国际期刊ACS Food Science & Technology上，且被评选为当期(Volume 1, Issue 11，2021)的封面论文(Front Cover)。

△封面展示

豆渣(Okara)是豆浆和豆腐生产过程中过滤可溶性成分后产生的一种大豆副产物。豆渣营养丰富，含有44%的膳食纤维、22%的蛋白质和10%的脂肪(以干重计)。

为了实现豆渣的再利用，研究人员从当地一家豆浆供应商收集到了作为厨余垃圾的豆渣，并将其烘干、磨成粉后分别采用500μm、300μm和100μm的筛子对豆渣粉进行筛分，以区分豆渣颗粒粒径。在无添加任何食品添加剂条件下，只加水配置成不同浓度(25%、33%、50%w/w)的豆渣油墨，然后将其进行直接墨水书写(DIW)3D打印。

△室温下豆渣的直接墨水书写(DIW)3D打印

△不同粒径(<100μm、100-300μm和300-500μm)和质量浓度(25%、33%和50%w/w)的豆渣油墨(即豆渣粉悬浮于水中)。(比例尺 : 10mm)

研究表明，粒径是决定豆渣油墨流变性能的一个重要变量，当豆渣粉粒径<100μm，浓度为33%时，其屈服应力为200±40Pa，储能模量为23300±300Pa，无颗粒结块导致的堵头现象发生，可用于3D打印。所选择的油墨能够保持印刷结构而不会由于扩散而变形，并且研究人员通过调节3D结构的填充密度实现了不同质地(如硬度、黏附性)的3D打印豆渣(下图A)。

研究人员指出，3D打印的豆渣产品可以直接食用，也可以进行进一步的后处理加工，如蒸、烤和冷冻干燥。并且研究人员向我们演示了将3D打印的豆渣产品进行了冻干处理，冻干后刚好可以作为一口能吃下的零食，同时产品由于经过了脱水，保质期更长(下图B)。

△直接墨水书写(DIW)3D打印豆渣

在文献中，像薯片等常见零食的硬度大约是140g。而该研究中，3D打印的豆渣产品的最大硬度为47.00±4.58g(100%填充)，但可以通过烘焙或冷冻干燥等后处理来提高硬度，从而达到与现有零食如薯片相似的质地。

综上所述，为了不添加食品添加剂(如可食用亲水胶体)，保留食品原有风味和质地的同时实现3D打印，可以通过改变食品颗粒的粒径来制备一种颗粒食品水悬浮液的3D打印食品油墨。该研究涉及的原理和方法也可以适用于其他副产品和非副产品的可食用材料，这将推动3D食品打印在医疗保健和食品可持续性方面的潜在应用。

论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsfoodscitech.1c00236