一軸3Dプリンティングによって作製されたマルチマテリアルによる微細繊維状食品の統合デザイン

Integrated design of micro-fibrous food with multi-materials fabricated by uniaxial 3D printing.

抄録

持続可能な食品への関心から、3Dフードプリンティングと呼ばれる新しいアプローチが、肉や魚の代替となる繊維状食品を作るために採用されつつある。本研究では、魚のすり身ベースのインク（SI）と植物ベースのインク（PI）から成るマルチマテリアルインクを用い、シングルノズル印刷と蒸煮を用いてフィラメント構造を開発した。PIとSIはともにゲル状のレオロジー挙動を示したが、PIとSI+PIミックスはせん断弾性率が低いため、印刷後に崩壊した。しかし、対照とは異なり、1フィラメントあたり2本と4本のカラムで印刷したものは、蒸煮後も安定したまま繊維化した。SIとPIの各サンプルは約50℃で不可逆的にゲル化した。冷却後のこれらのインクのレオロジー値が異なるため、比較的強い繊維（PI）と弱い繊維（SI）が生じ、フィラメントマトリックスを構成した。切断試験により、印刷物の繊維状構造の横方向強度は、縦方向強度よりも高く、対照のそれとは対照的であることが示された。テクスチャー化の程度は、カラム数やノズルサイズに基づく繊維の太さとともに増加した。このように、我々は印刷と後処理を用いた繊維状システムの設計に成功し、持続可能な食品類似物のための繊維状マトリックスを作成する応用の可能性を大幅に広げた。

Owing to the interest in sustainable foods, a new approach known as 3D food printing is being employed to make fibrous foods for meat and fish substitutes. In this study, we developed a filament structure with a multi-material ink comprising fish surimi-based ink (SI) and plant-based ink (PI), using single-nozzle printing and steaming. PI and an SI + PI mix collapsed after printing owing to their low shear modulus, although both PI and SI showed gel-like rheological behaviors. However, unlike the control, the objects printed with two and four columns per filament remained stable and fiberized after steaming. Each SI and PI sample gelatinized irreversibly at approximately 50 °C. The different rheological values of these inks after cooling resulted in relatively strong (PI) and weak (SI) fibers, which constructed a filament matrix. A cutting test demonstrated that the transverse strength of the fibrous structure of the printed objects was higher than the longitudinal strength, in contrast to that of the control. The degree of texturization increased with the fiber thickness based on the column number or nozzle size. Thus, we successfully designed a fibrous system using printing and post-processing and substantially broadened the application opportunities for creating fibril matrices for sustainable food analogs.