瀋陽師範大学: ジャガイモデンプンベースの材料の3Dプリント特性に対するさまざまなコロイドの影響

瀋陽師範大学: ジャガイモデンプンベースの材料の3Dプリント特性に対するさまざまなコロイドの影響
著者: Dong Mingyang、Chen Ge、Yang Qingyu 出典: Journal of Food Science and Technology

さまざまな食品コロイドの添加がジャガイモ澱粉ゲルの 3D 印刷特性に与える影響を調査するために、瀋陽師範大学食品学院の Dong Mingyang、Chen Ge、Yang Qingyu は、3 種類のコロイドを含むジャガイモ澱粉ゲルの構造と印刷特性を研究しました。ジャガイモデンプンと大豆タンパク質分離物のグリコシル化産物を基本原料として使用し、ゼラチン、ジェランガム、カードランを構造改質剤として添加しました。さまざまなコロイドがジャガイモデンプンゲルのレオロジー特性、安定性、テクスチャ特性に与える影響を、走査型電子顕微鏡、赤外分光法、レオメーター検出によって体系的に分析しました。研究結果によると、ジャガイモデンプンゲルと比較して、ジャガイモゼラチン、ジャガイモジェランガム、ジャガイモカードランガムの複合ゲルの硬度はそれぞれジャガイモデンプンゲルの390％、233％、469％高く、コロイドの添加によりジャガイモデンプンゲルの機械的強度が効果的に向上することが示されています。3つのコロイドのうち、ジャガイモゼラチン複合ゲルの貯蔵弾性率と損失弾性率は最も大幅に低下しています。コロイドを追加した後、3Dプリントサンプルの印刷直径と高さは、保存後の直径と高さに近くなり、コロイドの追加によりサンプルの印刷安定性が大幅に向上することが示されています。 3種類のコロイドを添加した場合のジャガイモ澱粉ゲルの印刷特性への影響を比較したところ、ジェランガムはジャガイモ澱粉ゲルの印刷特性に大きな影響を与え、室温で長期間保存でき、安定した形状を維持できることがわかりました。研究成果は、ジャガイモのでんぷんベースの材料の3Dプリントの安定性と精度を向上させ、デジタル食品栄養の正確な設計と制御のための理論的基礎を築くことを目的としています。

食品3Dプリンティング技術は、積層製造技術とも呼ばれ、事前に設計された構造を層ごとに印刷し、積み重ねて成形する食品加工技術です[1]。食品加工における3Dプリント技術の応用により、パーソナライズされた形状や食感を持つ食品を開発し、さまざまなグループの人々の食事ニーズに応じて食品の栄養を最適化し、健康食品を便利に生産することができます[2-3]。近年、3Dプリント食品は豊富な栄養と多様なカスタマイズ方法により、食品業界で話題になっています。材料の形状と成形技術の原理に応じて、食品3Dプリント技術は主に選択的レーザー焼結法（SLS）、インクジェット印刷（IJP）、熱溶解積層法（FDM）の3つのカテゴリーに分類されます[4]。食品材料の特性は、食品3Dプリント産業の発展の基礎です。食品安全による食品原料の制限により、3D食品プリント技術に適した材料は非常に限られており、食品3Dプリント技術の発展に重大な影響を及ぼしています。3Dプリントに適した食品ベースの原材料の開発は、食品3Dプリント産業の発展を促進する重要な方法です。複雑な食品システムの原材料特性は、3D プリントの効果に大きな影響を与えます。しかし、食品材料と 3D プリントの重要な変数との関係については、まだ十分な研究が不足しています。ジャガイモデンプンは分岐デンプンの割合が高いデンプンの一種です[5]。糊化温度が低く、吸水・膨潤しやすく、保水性が強いなどの利点があります[6]。食品3Dプリント技術の分野では重要な材料の一つとして使用できます。しかし、ジャガイモデンプンは粘度が高く、老化や再生が起こりやすいため、印刷プロセス中に断線や製品の堆積や崩壊などの問題が発生しやすくなります。食品コロイドは、乳化、ゲル化、溶解性などの優れた機能特性を持っています[7]。他の増粘剤と配合すると、二次結合を介して相乗効果を生み出し、コロイドのゲル構造を改善するのに役立ちます[8]。 Duan Songqiら[9]は、アロエベラゲルとジャガイモデンプンを原料として、さまざまな食品コロイドがアロエベラゲル-ジャガイモデンプンゲルマトリックスの印刷性と印刷効果に及ぼす影響を研究しました。Wang Haoら[3]は、コンニャクガムがゲルシステムの3D印刷に及ぼす影響を調査し、コンニャクガムがゲルシステムの印刷効果を改善し、印刷されたサンプルの復元度が高いことを発見しました。

現在、ゼラチン、ジェランガム、カードランの食品3Dプリント分野への応用に関する報告は少ない。本研究では、ジャガイモ澱粉を基礎研究対象とし、糖グラフト製品とコロイド配合技術を組み合わせて、それぞれゼラチン、ジェランガム、カードランを用いた印刷に適したゲルシステムを構築し、食品3Dプリントに適したジャガイモ澱粉ベースの材料を開発し、食品コロイドがジャガイモ澱粉ベースのゲルシステムの3Dプリント特性に与える影響を明らかにし、食品3Dプリント材料の開発と応用に理論的根拠を提供する。

1 材料と方法
1.1 材料と試薬 ジャガイモ澱粉、上海香料工業株式会社；ゼラチン、上水県富源ゼラチン株式会社；カードラン、江蘇省益鳴生物株式会社；ジェランガム、河南省万邦工業株式会社；アルギン酸ナトリウム、山東省斉魯生物技術株式会社；緑豆粉末、亳州華智堂生物技術株式会社；麦芽糖シロップ、春源食品株式会社。実験に使用した試薬はすべて分析グレードのものでした。

1.2 機器と設備
Model Multi-Purphes High-efficience遠心地（中国）Co.、FW80 Pulverizer一定の温度攪拌水浴場、Ltd Electron Microscope、日本、Ultima IV X線回折計、Rigaku Corporation、DSC-dignial Calorimeter、タイプレオメーター、Hake、ドイツ; ZE-6000 比色計、電色株式会社、日本; 3D フードプリンター、Guangzhou Wangneng Product Design Co., Ltd.

1.3 実験方法
1.3.1 糖グラフト化製品の製造 大豆タンパク質分離物（SPI）を一定量秤量し、リン酸緩衝液に溶解し、1時間磁気撹拌した。 一定の割合で麦芽糖を加え、30分間磁気撹拌した。 pH値を9.0に調整した後、混合物を磁気撹拌水浴で3時間加熱し、15分間遠心分離した後、沈殿物を濾過して除去し、上清を48時間透析した。混合溶液を凍結乾燥し、凍結乾燥粉末を粉砕して後で使用するために保存します。

1.3.2 3D プリント材料の準備 一定量の麦芽糖シロップを正確に量り、蒸留水に溶かし、磁気撹拌機を使用して完全に溶解し、均一に混ぜます。ジャガイモ澱粉、糖化物、調理した緑豆粉末を別々に計量し、3つの質量比は7:2:1でした（サンプルの総質量は乾燥基準の総質量です）。アルギン酸ナトリウムの 0.1% (乾燥ベース) を正確に量り、次にゼラチン、ジェランガム、カードランの 1.5% (乾燥ベース) を正確に量ります。コロイドとアルギン酸ナトリウムを乾燥ベースに加え、均一に混合して質量分率30%の溶液を調製しました。温度を90℃に上げ、30分間反応させました。得られたジャガイモデンプンベースの材料は、3Dプリントの準備が整いました。ジャガイモデンプンゲル、ジャガイモゼラチン複合ゲル、ジャガイモジェランガム複合ゲル、ジャガイモカードラン複合ゲルは、それぞれ PS、PS-PG、PS-PGG、PS-PC と表記されました。

1.3.3 サンプルの3Dプリントモデルは40 mm×20 mmの円筒形で、プリントパラメータはノズルの高さ1.2 mm、ノズルの直径0.4 mm、プリント速度30 mm/s、プリント層の高さ0.2 mmでした。 4 種類のジャガイモ澱粉コロイドを別々に 3D プリントしました。

1.3.4 分子構造の検出 ジャガイモデンプンコロイド凍結乾燥粉末サンプル 2.00 mg を正確に秤量し、赤外線スペクトル検出にかけた。サンプルは、15 kPa の圧力で錠剤プレス機を使用して錠剤に圧縮された。テスト範囲は 400 ～ 4 000 cm-1 で、スキャンは合計 32 回、解像度は 4 cm-1 で実行された。

1.3.5 微細構造の観察 3D プリントされたサンプルを正確に計量し、走査型電子顕微鏡を使用して微細構造を観察しました。サンプルを導電性接着剤でサンプルプレートに固定し、イオンスパッタリングコーティング装置にセットしてサンプルに金をスプレーし、サンプルの断面の微細構造を観察し、写真を撮影しました。

1.3.6 結晶構造試験 サンプルの結晶構造は、X線回折計（ターゲットタイプ：Cu、検出波長：15 nm、走査範囲：5°～50°、走査速度：10°/分）で試験した。サンプルの結晶度は、Mdi Jade 9.0 ソフトウェアを使用して分析されました。相対結晶化度は式（１）のように計算される。

Xc=[Ac/(Ac+An)]×100%です。 （１）

式（１）において、Ａｃ、Ａｎはそれぞれ結晶領域、非晶質領域であり、Ｘｃは相対結晶化度である。

1.3.7 レオロジー特性の測定レオロジー特性はLiuらの方法[10]を参考に若干の改良を加えて測定した。レオメーターにジャガイモデンプンゲルを置き、直径60mmのプレートを選択し、ゲルを底板に置き、余分なサンプルを取り除き、試験板のギャップを1000μmに設定し、試験温度を25℃に設定します。振動周波数：走査ひずみは1％、走査周波数は1〜100rad / sであり、振動周波数の増加に伴ってジャガイモ澱粉コロイドの貯蔵弾性率（G′）、損失弾性率（G″）、損失正接（tanδ）を測定した。せん断応力：ひずみ範囲は0.1％〜10.0％、周波数は1Hzであり、せん断応力が増加するにつれてジャガイモ澱粉コロイドの貯蔵弾性率（G′）と損失弾性率（G″）を測定し、動的レオロジー特性曲線を得た[11]。損失正接値の計算方法は式（２）の通りである。

tanδ=(G′/G″). (2)

1.3.8 テクスチャ特性の測定 ジャガイモデンプンコロイドのテクスチャ特性は、テクスチャアナライザーを使用して測定されました。 TP10円筒形プローブを選択し、測定パラメータは、測定前速度、試験速度、測定後速度がすべて2.0mm/s、圧縮率が50%、開始点誘導力が5g、2回の圧縮間の時間間隔が5秒に設定されました。

1.3.9 色の決定 3D プリントされたサンプルを計量し、サンプル プレートに置き、色彩計を使用してサンプルの色度を測定します。 L*、a*、b* はサンプルの色度を表します。ここで、L* は明るさ、a* は赤または緑、b* は黄色または青です。

1.3.10 粘度の測定すべてのジャガイモ澱粉コロイドの粘度特性は、高速粘度分析装置を使用して測定されました。混合粉末3.0gをRVAサンプルアルミ缶に量り取り、蒸留水25gを加えます。混合物を50℃で1分間保持し、その後12℃/分の速度で95℃まで加熱し、160r/分の速度で撹拌した。

1.3.11 熱特性の測定 ジャガイモデンプン印刷サンプル3mgを正確に量り、アルミポットサンプル皿に入れ、蒸留水6μLを加えます。サンプルを試験るつぼに入れ、加熱速度10℃/分で試験温度を20℃から120℃まで上昇させた。実験は3回繰り返され、平均値が算出されました。

1.4 データ処理 すべての実験は3回繰り返され、データが平均化されました。データの分析には SPSS 26.0 および Origin 9.5 ソフトウェアが使用されました。

2 結果と分析
2.1 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲルの分子構造に与える影響

図1は、ジャガイモデンプンコロイドの赤外線スペクトルに対するさまざまなコロイドの影響の分析結果を示しています。図1に示すように、3200-3500 cm-1の吸収ピークはO—Hの伸縮振動によるものであり、2924-2936 cm-1のピークの変化はCH2中のC—Hの伸縮振動によるものであり、2100 cm-1の吸収ピークは自由水によるものであり[12]、990-996 cm-1のピークはデンプン分子の非結晶領域の水分子によるものであり[13]、803-819 cm-1のピークはCH2中のC—Hの変角振動によるものであり[14]、これはジャガイモデンプンの赤外線吸収ピークの特徴と一致しています。 3 000～3 700 cm-1 のピーク幅が広くなり、PS-PG、PS-PGG、PS-PC のヒドロキシルピークの高さは PS のそれよりもわずかに高くなりますが、これはジャガイモ複合ゲルシステム中のヒドロキシル基の数の変化によるものと考えられます。 2800～3000cm-1のC-NおよびN-H吸収ピークの変化は、タンパク質とマルトース分子間のグリコシル化反応によるものと考えられる[15]。 1600～1700 cm-1のピークは、タンパク質のアミドI領域におけるCO結合の伸縮振動であり、タンパク質の二次構造の変化を示している[16]。ジャガイモデンプンゲルシステム中にこの化学結合が存在することは、単離されたタンパク質のグリコシル化生成物がジャガイモゲルシステム中に存在することを証明している。この研究では、コロイドを追加した後、サンプルに新しい吸収ピークが現れなかったことが判明しました。これは、コロイドがジャガイモの澱粉と化学的に反応せず、3D 印刷プロセス中に新しい官能基と化学結合が生成されなかったことを示しています。
図1 ジャガイモデンプンゲルの赤外線特性に対する異なるコロイドの影響 2.2 ジャガイモデンプンゲルの微細構造に対する異なるコロイドの影響

図2はジャガイモデンプンゲルのSEM分析結果です。図2に示すように、異なるコロイドはゲルシステムの微細構造に大きな影響を与えます。ジャガイモデンプンゲルシステムはジャガイモデンプンの微細構造をよりよく維持しますが、複合ゲルシステムはジャガイモデンプンの元の粒状構造をさまざまな程度に失い、ゲル表面が粗くなり、粒状表面に亀裂が現れます。 PSゲルは比較的無傷で粒子の均一性も良好であった。PSと比較して、PS-PGゲル粒子間の隙間が大きくなり、PS-PGGおよびPS-PC複合ゲル粒子の表面に亀裂が生じ、ジャガイモデンプン粒子の本来の形態が失われた。これは、デンプン-親水性コロイド混合系の「凝集消失」と関係している可能性がある[17]。図2の右上隅の完成品画像からわかるように、ジャガイモデンプン複合ゲル3Dプリントサンプルの組織構造は、ジャガイモデンプンゲルの組織構造よりも緩やかです。これは、食品コロイドとタンパク質の架橋により、複合ゲル構造の空間ネットワークが変化するためと考えられます[11]。異なるコロイドを添加すると、水分子、コロイド分子、デンプン分子間の相互作用が異なり、ゲルネットワークの空間構造に違いが生じます。

上段の写真の倍率は500倍、下段の写真の倍率は2000倍です。完成品は写真の一番上の列の右上にあります。図2 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲルの微細構造に与える影響 2.3 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲルの結晶構造に与える影響

図3は、異なるコロイドから作られたジャガイモ澱粉複合ゲルの結晶化パターン分析結果を示しています。デンプンの結晶化度はデンプン結晶の特性を測る重要な指標である。デンプン粒の結晶化度はデンプン分子中のアミロペクチンの二重らせん構造の配置によって決まる[18]。式（１）から、ＰＳ、ＰＳ−ＰＧ、ＰＳ−ＰＧＧ、ＰＳ−ＰＣの結晶化度はそれぞれ１１．８８％、１０．３２％、９．１２％、８．６５％であることがわかる。ジャガイモ澱粉複合ゲルの結晶化度は低下している。これは、コロイド分子の添加により、澱粉分子間の絡み合いや再配置が妨げられ、ジャガイモ澱粉の再結晶化プロセスに影響するためと考えられる。図 3 では、ジャガイモ澱粉は 22.82° に弱い回折ピークを持っていますが、これはコロイド分子の添加によってジャガイモ澱粉の結晶構造が破壊され、結晶領域が減少し、非晶質領域が増加し、結晶度が低下したためと考えられます。このプロセスでは、ジャガイモデンプンは完全には糊化されず、デンプンの結晶特性がいくらか保持され、異なるコロイド間の破壊の程度はそれほど大きくありません。
図3 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲルの結晶構造に与える影響 2.4 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲルのレオロジー特性に与える影響

図4は、さまざまなコロイドがジャガイモ澱粉コロイドのレオロジー特性に与える影響の分析結果を示しています。図4に示すように、振動周波数の増加に伴い、コロイドの貯蔵弾性率（G′）は増加傾向を示しています。 4つのコロイドはすべて擬塑性流体特性とせん断流動挙動を示し、これはコロイドのレオロジー特性に関するWangら[11]の研究結果と一致している。 PSと比較すると、3つのコロイドの中で、PS-PGコロイドの貯蔵弾性率（G′）と損失弾性率（G″）が最も大幅に減少しました。PS-PGの流動性は、PS-PGGおよびPS-PCよりも大幅に低下しました。これは、ジャガイモデンプンの二重らせんが加熱中にほどけ、ゼラチン分子がゲル特性を高め、それによってジャガイモデンプンコロイドの機械的強度が強化されるためと考えられます[9]。この変化は、食品3Dプリントの成形安定性を維持し、過度の流動性によって引き起こされる印刷サンプルの崩壊を回避するのに役立ちます。スキャンプロセス全体を通して、ゲルシステムのG′はG″よりもはるかに大きく、tanδは1より大きく、これはコロイドが良好な固相特性を持ち、ジャガイモデンプン3Dプリントシステム全体が弾性優勢状態にあることを示しています。
図 4 異なる振動周波数がジャガイモ澱粉ゲルのレオロジー特性に与える影響。図 5 異なるせん断応力がジャガイモ澱粉ゲルのレオロジー特性に与える影響。図 5 は、異なるゲル システムのせん断応力の分析結果を示しています。せん断応力は、外部圧力下でのさまざまなコロイドの固体-液体変換の傾向を示します。図 5 に示すように、PS、PS-PG、PS-PGG、PS-PC が液体から固体に変化する臨界応力は、それぞれ 2.03%、0.41%、1.10%、2.66% です。臨界点を超えると、G''はG′よりも大きくなり、コロイドは流動性を示す。これは、ゲルの粘弾性がアミロース含有量と密接に関係しており、コロイド分子がデンプン粒の吸水と膨張を妨げ[19]、デンプン分子の再配置を阻害して連続的なゲルネットワーク構造を形成するためと考えられる。

2.5 異なるコロイドがジャガイモ澱粉ゲルのテクスチャ特性に与える影響 表1は、異なるコロイドから作られたジャガイモ澱粉ゲルのテクスチャ特性の分析結果を示しています。表 1 に示すように、異なるコロイドで印刷されたサンプルの硬度、粘度、凝集力は有意に異なります (P<0.05)。硬度は、3D プリント後の材料の形状保持性と押し出し特性を反映します。PS-PG、PS-PGG、PS-PC の硬度は、それぞれ PS より 390%、233%、469% 高くなります。 PS サンプルの硬度は 6.83 N です。ジャガイモ澱粉複合ゲルシステムの硬度は PS の硬度よりも大幅に高く、これは澱粉分子のらせん構造とコロイド分子の間の架橋反応により脱水凝縮と再結晶化が起こったためと考えられます。ゼラチンがジャガイモデンプンの弾力性に与える影響は有意ではなかった。PS-PGGとPS-PCの弾力性はそれぞれ1.76と1.55で、対照群より22%と8%高かった。デンプンゲルシステム内の高分子は架橋して互いに絡み合っており、デンプンとコロイドの吸水と膨張に有益であり、システムが構造的に安定したゲルを形成するのを促進し、3Dプリント製品の成形安定性にプラスの効果をもたらします。 PSと比較すると、PS-PGGの凝集性は最も顕著に異なります。これは、ジェランガムに含まれるアセチル基がポリマー鎖の螺旋を形成してゲルを形成することを促進し[20]、コロイドの破壊ひずみを増加させ[21]、より緻密な三次元ネットワーク構造を形成し、3Dプリントサンプルの成形安定性を保証するためと考えられます。

表 1 異なるコロイドがジャガイモ澱粉ゲルのテクスチャ特性に与える影響 異なる小文字はグループ間の有意差を示します (P<0.05)。
2.6 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲルの色に与える影響

表2は、さまざまなコロイドがジャガイモ澱粉ゲルの色に与える影響の分析結果を示しています。表2に示すように、さまざまなコロイドを添加したジャガイモ澱粉のL*値はすべて上昇傾向を示し、つまり明度が増加しました。その中でも、ジェランガムはゲルシステムの明度（L*値）に最も大きな影響を与え、明度値は89.10で、ゼラチンやカードランよりも有意に高かった（P<0.05）。明度は通常、デンプンの糊化と関係があります。コロイドはジャガイモデンプンの糊化を効果的に阻害することができます[22]。特に、ジェランガムの水和はデンプンの再結晶化を促進し、サンプルの明度を大幅に向上させることができます。異なるコロイドで印刷されたサンプルのa*値は有意に異なっていました（P<0.05）。PS-PCの3Dプリントゲルシステムは赤くなる傾向があり、PS-PGゲルシステムは緑になる傾向がありました。これは、3Dプリントプロセス中に、ジャガイモデンプンと砂糖を含むさまざまなコロイドのグラフト生成物の熱効果と非酵素的褐色化が原因である可能性があります。 PS-PG、PS-PGG、PS-PCゲルのb*値は減少し、黄色の傾向は弱まりましたが、これは3Dプリントプロセス中に発生したメイラード褐色化およびカラメル化反応によるものと考えられます[23]。この研究は、さまざまなコロイドがジャガイモ澱粉 3D プリントゲルの色に大きな影響を与え、ジェランガムが最も顕著な影響を与えていることを示しています。PS-PGG サンプルの明度値が増加し、サンプルは赤みがかった黄色になる傾向があります。さまざまなコロイドを追加した後のサンプルの色の変化は、3D プリントされた食品のパーソナライズされた色に関する新しいアイデアを提供することができます。

表 2 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲルの色に与える影響 異なる小文字はグループ間の有意差を示します (P<0.05)。
2.7 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲルの粘度に与える影響

表3は、さまざまなコロイドがジャガイモ澱粉ゲルのテクスチャ特性に与える影響の分析結果を示しています。表3に示すように、さまざまなコロイドがジャガイモ澱粉ゲルの粘度に大きな影響を与えますが、ジェランガムはジャガイモ澱粉コロイドに最も大きな影響を与えます。PS-PGGのピーク粘度は914 mPa·sです。これはジェランガムとジャガイモデンプンが同じ電荷を帯びているためと考えられます。電荷間の相互反発によりジェランガム分子がデンプン粒の再配置を阻害し、デンプンの糊化を阻害します[24]。 3つのコロイドとジャガイモデンプンゲルの回復値はすべてマイナスで増加しました。冷却プロセス中に、親水性コロイド分子鎖が伸び、水素結合を介してデンプンの可溶性成分と互いに近づく可能性が高くなり[25]、それによって分子間凝集が強化され、回復値の増加を引き起こしました。異なるコロイドによって形成されたゲルシステムの崩壊値はすべて低下傾向を示しており、その中でPS-PGGが最も顕著でした。これは、ジェランガムとデンプンコロイドによって形成された空間ネットワーク構造[26]がデンプン分子間の立体障害を強化し、ジャガイモデンプンゲルシステムの安定性を向上させたためと考えられます。ゲルシステムの安定性の向上により、3Dプリントサンプルの成形と保管の安定性が保証されます。表3 ジャガイモデンプンゲルの粘度に対するさまざまなコロイドの影響
2.8 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲルの熱特性に与える影響

表4は、ジャガイモ澱粉ゲルシステムの熱力学的特性に対するさまざまなコロイドの影響の分析結果を示しています。表4から、PS、PS-PG、PS-PGG、PS-PCゲルシステムの最終ゲル化温度はそれぞれ79.75、79.94、81.03、83.59℃であることがわかります。コロイドを添加した後、ゲルシステムの最終的な糊化温度は上昇する傾向がある。これは、コロイドの添加によりデンプン分子鎖の密度が増加し、分子鎖の架橋と絡み合いが強化され、ゲルシステム内により多くの架橋領域が形成され、ゲルシステムの安定性が向上するためと考えられる[27]。カードランの最終糊化温度は最も高く、これはカードランの多糖鎖が空間構造を安定化させる役割を果たしているためと考えられます。 PS、PS-PG、PS-PGG、PS-PCゲルシステムのエンタルピー値はそれぞれ12.13、10.30、10.75、11.61 J/gです。ジャガイモ澱粉ゲルと比較して、ジャガイモ澱粉複合ゲルシステムのエンタルピー値はすべて減少傾向を示しました。これは、コロイド分子がゲルシステムの水分活性を低下させ、澱粉顆粒の結晶領域が部分的にゲル化し、エンタルピー値が減少したためと考えられます。ジャガイモ澱粉複合ゲルシステムのエンタルピー値の減少は、ジャガイモ澱粉分子の熱による巻き戻しに有益であり、ジャガイモ澱粉複合材料の温度感受性特性を改善し、ジャガイモ澱粉ベースの食品材料の 3D 印刷の加工適合性を向上させることができます。

表4 ジャガイモデンプンゲルの熱力学的特性に対する異なるコロイドの影響
2.9 異なるコロイドがジャガイモデンプンゲル3Dプリントの安定性に与える影響

表5は、ジャガイモデンプンゲルシステムの3Dプリント安定性に対するさまざまなコロイドの分析結果を示しています。表3から、コロイドを追加した後、サンプルの冷蔵保存時の直径と高さが印刷結果に近づいていることがわかり、印刷後のサンプルの収縮が減少することがわかります。コロイドを追加すると、サンプルの3D印刷安定性が大幅に向上し、これは本研究のテクスチャ特性における硬度の増加の結果と一致しています。印刷されたサンプルと比較すると、冷蔵後にジャガイモデンプンコロイドの直径と高さはそれぞれ 12.7% と 4.9% 減少しましたが、PS-PGG の直径と高さは冷蔵後に 0.6% と 0.4% しか減少しませんでした。これは、PS-PGG が最も安定性が高く、ジェランガムが保管後のサンプルの形状の安定性をよりよく維持できることを示しています。これは、ジェランガムコロイドが適切な硬度を持ち、より優れた支持特性を示すためと考えられます。この研究は、ジャガイモ澱粉ゲルシステムが優れたゲル強度を持ち、印刷された製品の形状と構造をよりよく維持できることを示しています。
表 5 異なるコロイドがジャガイモ澱粉ゲルシステムの 3D 印刷安定性に与える影響 異なる小文字はグループ間の有意差を示します (P<0.05)。
3 結論

この研究では、ジャガイモ澱粉と単離タンパク質-糖グラフト生成物を基本原料として使用し、さまざまなコロイドの添加がジャガイモ澱粉ベースの材料の 3D 印刷特性に与える影響を調査しました。糖化製品とコロイド配合技術を組み合わせることで、ジャガイモ澱粉3Dプリント材料の印刷性と安定性が最適化され、ジャガイモ澱粉3Dプリント製品の成形効果と安定性が向上しました。研究では、3種類の食品コロイドがジャガイモ澱粉ベースの食品材料の3D印刷特性を大幅に向上させることがわかった。ゼラチンはジャガイモ澱粉ゲルシステムのゲル化特性と機械的強度を高め、ジャガイモ澱粉ベースの材料の温度感度を改善した。ジェランガムはサンプルに優れたゲル色を呈示させ、安定したネットワーク構造を形成し、ゲルシステムの3D印刷安定性を向上させ、ゲルをスムーズに印刷して良好な形状を維持できるようにした。カードランはジャガイモ澱粉の硬度を高め、構造を安定させ、印刷の崩壊を回避した。 3 つのコロイドを追加することで、ジャガイモ澱粉ゲルシステムの 3D プリント効果が向上し、室温で長期間保存できるようになり、製品の形状の安定性がよりよく維持されます。

参考文献: (省略)


食べ物、食品、ジャガイモ

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CCTV: ヨーロッパ最大の 3D プリント建物が完成。長さ 55 メートル、高さ 9 メートル、リサイクル可能なコンクリート 450 トンで建設

2024年2月4日、アンタークティックベアはCCTVファイナンスから、最近ドイツのハイデルベルクで...

広東省付加製造協会: 3D プリント技術応用専門建設および教師上級トレーニング コース

関係機関の皆様へ：わが国の2019年職業学校教員養成作業計画によると、職業学校における3Dプリント技...