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荷兰科学家与联合利华合作设计口感爽脆的巧克力为3D打印食品提供新思路

2022-05-23 06:49:45 来源：凤凰网

人们喜欢一种食物，往往因为它具有某种独特的口感。以巧克力放入口中为例，如果在享受其味道的同时，还可咬出尽可能多的“嘎嘣脆”声音，会不会是一种美妙的体验？

那么，怎样通过科学的方法，制作出这种口感清脆的巧克力呢？

最近，荷兰阿姆斯特丹大学联合多团队在 Soft Matte 上发表论文称，他们利用最新的 3D 打印技术，以独特的设计结构制造出口感完美、爽脆的巧克力。

相关论文题目为《设计具有可调裂纹数量的可食用机械超材料》（Edible mechanical metamaterials with designed fracture for mouthfeel control）[1]。团队成员包括阿姆斯特丹大学、乌得勒支大学、代尔夫特理工大学与联合利华的创新中心。

想要得要一种具备优越特定的超材料（具有特殊性质的人造材料），与材料本身的设计和结构密不可分，例如超材料在电磁学和力学领域的应用。而根据需求在食品领域设计材料，此前还未曾出现。

该团队设计了一种具有定制断裂特性的可食用“机械超材料”，通过这种方式让巧克力的脆裂程度和口感更好。通过试验证明，这种创新的材料加工出的巧克力口感更佳，这种方法也为 3D 打印按需设计食品提供了新的思路。

由于巧克力自身的特性，加工巧克力这种材料并非易事。如果想要达到更脆的口感，巧克力需要经过“加热-冷却”的过程。

因此，如何“控制”材料成为影响巧克力口感的关键因素。在这个过程中，研究人员先将巧克力稍微加热，然后添加冷巧克力，接着再次冷却后放入 3D 打印机。正是因为这样，可以按需制作出理想中的巧克力材料，并保持巧克力原有的特点。

（来源：YouTube）

巧克力的形状也有讲究。起初，研究人员尝试 S 状螺旋排列的巧克力。他们通过试验发现，巧克力在入口“破裂”时会产生不一样的裂缝，而这种断裂取决于人们吃巧克力时咬下去的方向。

于是，该团队使用巧克力作为模型材料，然后通过演示制造断裂各向异性和裂纹数量的过程，随后证明这些特性在口感体验中得到体现。他们用实验模拟“咬下去”的过程后发现，一旦巧克力受到从上至下的压力，会产生不同的裂缝。

但如果压力来自垂直于巧克力的方向，那么只会产生一个裂缝。相比之下，当结构沿其垂直方向被压缩时，机械超材料会软得多，因为它的刚度比水平方向低 40 倍。

此外，机械超材料的脆性也较小，因为力-位移曲线对于较大范围的压缩位移和多个峰值表现出有限的力。因此，该材料表现出强烈的各向异性断裂响应，这在典型的食品微观结构中难以实现。

图丨各向异性可食用机械超材料（来源：Soft Matte）

这项结果给该团队带来了新的启发，研究人员在由 10 人组成的受试小组观察相关体验效果。随后，他们通过不同结构进行尝试，以确认一种可设计的材料结构达到理想断裂次数。

他们对不同形状的巧克力进行了逐一测试，还对每位受试者“咬下”巧克力发出的声音进行录音。结果发现，巧克力的形状与“嘎嘣脆”声音相关。简单来说，巧克力结构的螺旋绕程度越大，人们咬下巧克力时就会听见越多的声音。