新しい研究: セルロースナノクリスタル (CNCS) は食品 3D プリントの材料の範囲を拡大できます。ほうれん草、トマト、リンゴはすべて印刷可能です!

はじめに: 食用原料を使用した付加製造は「食用 3D 印刷」と呼ばれ、カスタマイズ可能な栄養配合と印刷モデルを通じて、見た目に魅力的な食品を生産する独自の食品製造方法です。数多くの 3D 印刷技術の中でも、直接インク書き込み(DIW) 3D 印刷は、低コストで使いやすいため、食用 3D 印刷の人気のある選択肢となっています。しかし、多くの潜在的な食用原材料（食品ピューレなど）は粘度が低いため、DIW 3D プリントには非常に不向きであるため、DIW 3D プリントに適した食品の種類は限られています。

2022年4月、アンタークティックベアは、ジョージア工科大学機械工学部の研究者が、セルロースナノクリスタル（CNCS）を安全で再生可能な印刷原料として使用し、ほうれん草のピューレ、トマトのピューレ、アップルソースなどさまざまな食品のDIW 3Dプリントを実現し、凍結乾燥プロセスを通じて最終的な固体構造を得ることを提案したことを知りました。具体的な研究を見てみましょう！

この研究では、ジョージア工科大学機械工学部の研究者らがまず食品のレオロジー特性を分析し、異なる体積分率のカーボンナノチューブを使用して、せん断減粘特性を持つ印刷可能なインクを製造した。次に、画像処理技術を使用して、さまざまなインクの印刷品質を分析しました。最後に、マルチマテリアル構造を含むさまざまな構造を印刷することで、インクをデジタル制御する能力が実証されました。この研究では、カーボンナノチューブが食品添加物の製造に効果的な原料であり、研究対象の食用原料のずり流動化と粘性挙動を促進することが分かりました。これらは、DIW 3Dプリントされた自立型食用構造物に必要な特性です。

△生の食品を印刷可能な食品構造に変換するプロセス。 (A) マッシュしたアップルソースを CNCS と混合して、せん断減粘性のある印刷可能なインクを製造しました。 (B) スライスソフトウェア内のタコモデルの正面図と等角図。 (C) 食用構造物を印刷するために使用される DIW 3D プリンター。 (D) 印刷されたタコの模型。 (E) 凍結構造から氷結晶を昇華させるために使用される凍結乾燥機。（F）凍結乾燥した最終製品。

レオロジー特性は、材料が DIW 製造に適しているかどうかを測定する重要な指標です。インクは、粘弾性を生成して、自立型 3D 構造を作成するために必要な層の積み重ねを可能にし、印刷プロセス中に堆積ノズルを通って流れるせん断減粘挙動を示すために、調整可能な粘度を備えている必要があります。研究者らは主に濃度が粘度、G'、G'、tanδに及ぼす影響を調査し、すべての食用インクが良好なせん断減粘性を示し、粘度曲線が負のべき乗傾向に近く、最大粘度が濃度の増加とともに増加することを観察しました。

△ 材料特性に関する研究

5% および 7.5% の食用インクと直径 1.194 mm のノズルを使用して、さまざまな構造を印刷しました。テスト結果によると、アップルソースインクは凍結乾燥後の表面仕上げが最も良好でしたが、ほうれん草インクとトマトインクで印刷した構造には空隙や粗さが見られました。

△印刷品質の研究

マルチマテリアル 3D プリントにより、食用インクが CNC ゲルにカプセル化され、食用の外層が作成されます。純粋なゲル外層は、生分解性で食用の保護シェルとして機能し、食用の印刷構造物の包装を削減または排除する可能性があります。

△完成品印刷・マルチマテリアル印刷

研究者らは凍結乾燥後の食用食品構造の機械的特性も研究した。現在の結果は、CNCS が印刷食品の範囲を拡大し、より食べやすい 3D 印刷アプリケーションを可能にし、幅広い展望を持っていることを示しています。

△ 食品の機械的性質

詳細については、元の論文をご覧ください：https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2022.111086

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