華南農業大学：印刷温度により混合ゲルインクのレオロジー特性を制御し、より良い成形効果を実現

出典: Food Research Private

食品の 3D プリントプロセスは、押し出し、引き出し、安定化の 3 つの段階に分けられます。食品インクは、押し出す前に適切な温度で柔らかくして、スムーズに押し出せるようにする必要があります。インクの軟化は、3D プリンターがバレル壁の温度を制御することによって実現されます。しかし、バレルには一定の直径があるため、加熱時に質量移動と熱伝達によってインクが軟化するため、バレルの中心温度と表面温度は一致しません。一方、ハイブリッドゲルインクには、熱伝導率の異なるハイドロゲルと有機ゲルが含まれています。混合されたゲルインクは加熱プロセス中に不均一に加熱され、インクの押し出しに役立ちません。そのため、印刷前には一定時間印刷温度に保つことで温度差を均衡させる必要があります。

温度によって温度依存材料のレオロジー挙動が変化するため、3D プリントの特殊な用途に適したものになります。ハイドロゲルと蜜蝋は温度に依存する材料であり、異なる温度で特定のレオロジー特性を示します。したがって、このシステムは食品の 3D プリントのためにさらに分析する必要があります。多くの研究により、脂質充填ゲルは温度が上昇するにつれて不活性および活性の両方の方法でハイドロゲル相と相互作用する可能性があることが示されています。混合ゲル化剤は、温度によって異なる機械的強度と変形効果を示します。したがって、異なる温度での混合ゲルインクの相互作用メカニズムを理解することは、3D プリント食品材料の開発と応用において重要な役割を果たします。

2022年1月25日、華南農業大学食品科学工学学院が主導し、食品分野のトップジャーナル「Food Hydrocolloids（Zone 1; IF: 9.147）」に「3Dプリントにおける蜜蝋・カラギーナン・キサンタンハイブリッドゲル化剤システムの機械的・構造的性能に対するインキュベーション温度の影響」と題する研究論文がオンライン公開されました。この研究は、印刷温度によってハイブリッドゲルインクのレオロジー特性を制御でき、より優れた成形効果が得られることを示しています。

研究者らは、蜜蝋・カラギーナン・キサンタンガムのハイブリッドゲルインクの印刷性能、レオロジー特性、微細構造に対する保持温度（印刷温度）の影響を研究しました。保持温度が 25°C から 35°C に上昇すると、蜜蝋の結晶構造は非晶質から球晶に変化します。蜜蝋粒子は混合ゲルインク内で均一に分散しており、凝集する傾向があります。混合ゲルインクのτ0とnはそれぞれ23.64Paから33.63Pa、0.20から0.26に増加し、インクの機械的強度が低く、成形に適さないことを示しています。保持温度が55℃を超えると、蜜蝋中に多数の針状結晶が現れ、固形脂肪含有量は29.98％から30.60％に増加した（p<0.05）。蜜蝋は溶けてより大きな粒子を形成し、蜜蝋の表面には相互浸透/浸透ネットワークが観察されました。 K と n の増加は、インク粒子が大きくなり、粘度が高くなることを示していますが、これは押し出しには役立ちません。保持温度が45℃に達すると、インク中に球状結晶と針状結晶が同時に現れます。インクのτ0、K、n値はそれぞれ113.44 Pa、248.40 Pa·sⁿ、0.34です。インクはスムーズに押し出すことができ、押し出されたフィラメント材料は忠実度が良好です。印刷された中空立方体モデルは形状保持性が良好です。この研究は、3D プリンティングにおける新しいハイブリッドゲルシステムの開発と応用のための研究アプローチを提供します。

グラフィックアブストラクト

蜜蝋・カラギーナン・キサンタンガム混合ゲルシステムの3Dプリント構造の評価

論文リンク:
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107541

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