UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA
ODDELEK ZA ŽIVILSTVO
Gašper MEDVED
UPORABA RAZLIČNIH VRST MOKE PRI 3D TISKU IZDELKOV IZ TESTA
DIPLOMSKO DELO
Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana
Ljubljana, 2021
BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ODDELEK ZA ŽIVILSTVO
Gašper MEDVED
UPORABA RAZLIČNIH VRST MOKE PRI 3D TISKU IZDELKOV IZ TESTA
DIPLOMSKO DELO
Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana
APPLICATION OF DIFFERENT FLOUR TYPES IN 3D PRINTING OF DOUGH PRODUCTS
B. SC. THESIS
Academic Study Programmes: Field Food Science and Nutrition
Ljubljana, 2021
Diplomsko delo je zaključek univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje Živilstvo in prehrana. Delo je bilo opravljeno na Katedri za biokemijo in kemijo živil Oddelka za živilstvo.
Komisija za študij 1. in 2. stopnje Oddelka za živilstvo je za mentorico diplomskega dela imenovala prof. dr. Natašo Poklar Ulrih in za recenzentko doc. dr. Petro Terpinc.
Mentorica: prof. dr. Nataša POKLAR ULRIH
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo
Recenzentka: doc. dr. Petra TERPINC
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo
Komisija za oceno in zagovor:
Predsednik:
Mentorica:
Recenzentka:
Datum zagovora:
Ime Priimek kandidata
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ŠD Du1
DK UDK 664.682:681.625.9(043)=163.6
KG piškoti, 3D tisk, ekstruzijski 3D tisk, sposobnost tiskanja, tekstura, ohranitev oblike, testo, moka
AV MEDVED, Gašper
SA POKLAR ULRIH, Nataša (mentorica), TERPINC, Petra (recenzentka) KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101
ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo LI 2021
IN UPORABA RAZLIČNIH VRST MOKE PRI 3D TISKU IZDELKOV IZ TESTA TD Diplomsko delo (Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana)
OP VIII, 28 str., 5 pregl., 3 sl., 1 pril., 88 vir.
IJ sl JI sl/en
AI 3D tisk živil ponuja rešitev za povpraševanje trga po personaliziranih živilih.
Ekstruzijski 3D tisk je najbolj uporabna in raziskana tehnologija 3D tiska, s svojimi ugodnimi reološkimi lastnostmi pa testo za piškote kaže velik potencial za oblikovanje. Pripravili smo recepturo na podlagi podatkov v literaturi na temo 3D tiska piškotnega testa. S spreminjanjem sestave v recepturi smo hoteli pridobiti testo, ki bi imelo čim boljše lastnosti za tiskanje. V recepturah smo uporabili različne vrste mok v različnih deležih z namenom, da bi ugotovili kako različne vrste moke in njihove komponente vplivajo na sposobnost tiskanja piškotov, ohranitev oblike med pečenjem in teksturne lastnosti pečenih izdelkov. Vrsta moke vpliva na sposobnost tiskanja testa, predvsem zaradi vsebnosti beljakovin, poleg tega pa moka bolj, kot na sposobnost tiskanja, vpliva na sposobnost ekstruzije. Vsi vzorci razen enega so bili natisnjeni v obliko primerljivo 3D modelu. Med vzorci je bila največja razlika v ohranitvi oblike piškotov med pečenjem. Najboljše rezultate smo dobili pri uporabi ajdove in pšenične moke. Na ohranitev oblike piškotov med pečenjem najbolj vpliva razmerje med moko in ostalimi sestavinami. Z naraščajočim deležem moke se je zmanjšala deformacija med pečenjem. Največjo trdoto so imeli vzorci iz pšenične moke. Receptura iz 70,4 g masla, 28,2 g saharoze, 16,9 g beljakov in 84,5 g moke se je izkazala optimalna za vse vrste moke, razen pri koruzni, kjer je bila optimalna količina moke 74,5 g.
KEY WORDS DOCUMENTATION ND Du1
DC UDC 664.682:681.625.9(043)=163.6
CX biscuits, 3D printing, extrusion 3D printing, printability, texture, dimensional stability, postprocessing stability, dough, flour
AU MEDVED, Gašper
AA POKLAR ULRIH, Nataša (supervisor), TERPINC, Petra (reviewer) PP SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101
PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Food Science and Technology
PY 2021
TI APPLICATION OF DIFFERENT FLOUR TYPES IN 3D PRINTING OF DOUGH PRODUCTS
DT B. Sc. Thesis (Academic Study Programmes: Field Food Science and Nutrition) NO VIII, 28 p., 5 tab., 3 fig., 1 ann., 88 ref.
LA sl AL sl/en
AB 3D food printing offers a solution to market demand for personalized foods.
Extrusion 3D printing is the most useful and well researched 3D printing technology, and with its favourable rheological properties, cookie dough shows a great potential for shape formation. We designed the recipe based on data in the literature on the topic of 3D printing of cookie dough. By designing the recipe, we wanted to obtain a dough with good printability. In the recipes, we used different types of flour in different proportions to determine how different types of flour and their components affect the printability of the dough, shape retention during baking, and the textural properties of baked products. The type of flour affects the printability of the dough, mostly on account of protein, but more than printability, flour affects the extrudability. All but one of the samples were printed in a shape comparable to the 3D model. The biggest difference between the samples was in shape retention during baking. In this aspect, buckwheat and wheat flour performed best. The ratio of flour to other ingredients has had the greatest effect on shape retention during baking. With the increasing proportion of flour, there was less deformation during baking. Samples from wheat flour had the highest hardness. The recipe of 70.4 g of butter, 28.2 g of sucrose, 16.9 g of protein and 84.5 g of flour proved to be optimal for all types of flour, except for corn, where the optimal amount of flour was 74.5 g.
KAZALO VSEBINE
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ... III KEY WORDS DOCUMENTATION ... IV KAZALO VSEBINE ... V KAZALO PREGLEDNIC ... VII KAZALO SLIK ... VIII KAZALO PRILOG ... VIII
1 UVOD ... 1
1.1 HIPOTEZA ... 1
2 PREGLED OBJAV ... 2
2.1 PIŠKOTI IN PIŠKOTNO TESTO ... 2
2.2 SESTAVINE PIŠKOTNEGA TESTA ... 3
2.2.1 Moka ... 3
2.2.1.1 Pšenična moka ... 3
2.2.1.2 Velikost delcev ... 3
2.2.1.3 Škrob in njegove funkcijske lastnosti ... 4
2.2.1.4 Beljakovine pšenične moke ... 5
2.2.1.5 Koruzna moka ... 6
2.2.1.6 Riževa moka ... 6
2.2.1.7 Ajdova moka ... 6
2.2.2 Maščoba ... 7
2.2.3 Sladkorji ... 8
2.2.4 Vpliv sestavin testa na fizične lastnosti piškotov ... 9
2.3 REOLOGIJA TESTA ... 11
2.4 3D TISK ŽIVIL ... 12
2.4.1 3D tisk testa ... 12
2.4.1.1 Izvirni članki na temo ekstruzijskega 3D tiska piškotnega testa ... 14
3 MATERIAL IN METODE ... 17
3.1 MATERIAL ... 17
3.1.1 Material za testo... 17
3.1.2 Pribor in aparature ... 18
3.2 METODE ... 18
3.2.1 Priprava testa ... 18
3.3.2 Nastavitev 3D tiskalnika in tisk ... 19
3.3.3 Analiza teksture ... 20
4 REZULTATI Z RAZPRAVO ... 20
4.1 SPOSOBNOST TISKANJA IN STABILNOST TESTA MED PEČENJEM ... 20
4.2 TEKSTURNE LASTNOSTI ... 21
5 SKLEPI ... 22
6 POVZETEK ... 23
7 VIRI ... 24 PRILOGE
KAZALO PREGLEDNIC
Preglednica 1: Primerjava receptur testa uporabljenega za 3D tisk med Pulatsu in sod.,
2020 in Pulatsu in sod., 2021 ... 15
Preglednica 2: Osnovne recepture vzorcev ... 18
Preglednica 3: Variacije receptur vzorcev ... 19
Preglednica 4: Nastavljeni parametri na 3D tiskalniku ... 20
Preglednica 5: Rezultati analize s teksturometrom... 21
KAZALO SLIK
Slika 1: Graf strižne napetosti v odvisnosti od strižne deformacije (Baltsavias in sod., 1999) ... 12 Slika 2: Skica spremenljivk strižnega modula (G) (Kim in sod., 2019) ... 13 Slika 3: Slika natisnjene oblike iz vzorca RSSHTF25 pred in po peki (Pulatsu in sod., 2020) ... 15
KAZALO PRILOG
Priloga A: Slike natisnjenih izdelkov
1 UVOD
Tridimenzionalno tiskanje (3DP) ali tehnologija aditivne produkcije je tehnologija digitalne proizvodnje 3D struktur z nalaganjem materiala v plasti (Zhang in sod., 2021). Za namene 3DP živil je najbolj ugodna tehnologija ekstruzije (Liu in sod., 2017). Proizvodnja ima 3 stopnje: modeliranje, tiskanje in obdelava po tisku. V stopnji tiskanja je pomembna sposobnost ekstruzije materiala – lastnost, ki omogoča gladko ekstruzijo materiala skozi šobo. Poleg zmožnosti ekstruzije mora material imeti sposobnost oblikovanja v želeno strukturo in ohranitve natisnjene le-te (Wang in sod., 2018). Po uspešnem tisku se natisnjeno testo toplotno obdela, zato je za ta korak nujno upoštevati ohranitev oblike pri segrevanju testa (Yang in sod., 2019). 3DP s tehnologijo ekstruzije omogoča oblikovanje širokega izbora živil (Godoi in sod., 2016). Živila, primerna za ekstruzijski tisk, so poleg piškotnega testa (Yang in sod., 2018) tudi testo za testenine in testo za pico (Sher in Tutó, 2015) ter sir, čokolada, sladkorna glazura, humus, maslo (Zhang in sod., 2021), čokoladna glazura in hidrokoloidni geli (Sun in sod., 2015). Živila, ki jih želimo natisniti, morajo biti poltrdna s primernimi reološkimi lastnostmi, da lahko uspešno prehajajo skozi šobo (Chen in Mackley, 2006). Za optimizacijo tehnologije 3DP živil je potrebno raziskati lastnosti živil in dodatkov za pomoč pri doseganju željenih končnih izdelkov s procesom 3DP živil (Manstan in McSweeney, 2020). V zadnjih petih letih je bilo objavljenih nekaj študij, ki so se osredotočale na pripravo testa za 3DP. Raziskovalci so uporabili testo, ki je podobno testu za piškote. Glavne sestavine, ki so jih uporabili, so različne vrste mok, različni viri maščob v trdni ali pa tekoči obliki in sladkor. Nekateri so uporabili tudi dodatke kot so mleko, mleko v prahu, rumenjaki in med (Yang in sod., 2018; Kim in sod., 2019; Yang in sod. 2019;
Pavičić in sod., 2021; Pulatsu in sod., 2020).
3D tiskalnik je bil v študijskem letu 2019/20 nova pridobitev Katedre za biokemijo in kemijo živil. Ker smo v okviru te diplomske naloge prvič uporabili 3D tiskalnik, je velik del laboratorijskega dela prevzelo učenje upravljanja in rokovanja s tiskalnikom. V sklopu tega diplomskega dela smo se odločili uporabiti recepturo testa na osnovi testa za krhke piškote iz različnih vrst moke (pšenične, ajdove, riževe in koruzne) in raziskati vpliv različnih mok in drugih glavnih sestavin testa na sposobnost tiskanja testa, stabilnost oblike med pečenjem in zmožnost ekstruzije.
1.1 HIPOTEZA
Hipoteza 1: Različne vrste moke, uporabljene v polnilu, različno vplivajo na strukturne lastnosti natisnjenega izdelka iz testa.
2 PREGLED OBJAV
2.1 PIŠKOTI IN PIŠKOTNO TESTO
Piškoti so priljubljen živilski izdelek, v proizvodnji katerih so glavne sestavine pšenična moka, sladkor in maščobe. V proizvodnji piškotov je tradicionalno pšenična moka glavna sestavina in škrob najpomembnejša komponenta. Škrob je pomemben strukturni element v mnogih živilih, to vlogo pa lahko prevzame tudi sladkor ali pa maščoba. Sladkor daje sladek okus, barvo, poveča volumen in vpliva na teksturo piškotov. Poleg tega vpliva na temperaturo pri kateri pride do zaklejitve škroba. Maščoba ima pomembno vlogo pri proizvodnji piškotov, vrsta uporabljene maščobe pa določa kakovost končnega izdelka (Mamat in Hill, 2018).
Sestavine testa razdelimo na glavne in pomožne. Glavne sestavine so moka, vir maščobe, sladkor in voda, pomožne pa rahljalna sredstva, sol, jajca, emulgatorji, mleko in dodatki za aromo (Mancebo in sod., 2015).
Testo za piškote delimo (Sman in Renzetti, 2018):
• na trdo testo za sladke in polsladke trde piškote (npr. Petit Beurre), pri katerem maščoba predstavlja manj kot 20 % mase moke (Manley, 2011b),
• na krhko testo za drobljivo in porozno čajno pecivo, pri katerem maščoba in sladkor predstavljata vsaj 20 % mase moke, lahko pa tudi do 200 % (Manley in sod., 2011b),
• na mehko testo za brizgane piškote, pri katerem maščoba predstavlja med 65 % in 75 % mase moke in lahko vsebuje beljake (Manley, 2011d).
Piškoti se od drugih pekovskih izdelkov (npr. kruha in biskvitov) razlikujejo predvsem po vsebnosti vode, ki je navadno nižja od 4 % (Mamat in Hill, 2018).
Mešanje sestavin je glavni korak pri pripravi testa. Z mešanjem dosežemo (Manley, 2011):
• mešanje sestavin v enotno pasto,
• aeracijo oz. disperzijo zraka v maščobno fazo testa,
• disperzijo maščobne faze v vodno fazo testa,
• (delno) raztapljanje kristalov sladkorja v vodni fazi,
• preprečevanje razvoja glutenske mreže in
• preprečevanje popolnega taljenja maščobnih kristalov.
Najbolj razširjenja načina mešanja sestavin v testo sta: 1) stepanje maščobe in postopno dodajanje ostalih sestavin in 2) mešanje vseh sestavin naenkrat (Manohar in Rao, 1999).
2.2 SESTAVINE PIŠKOTNEGA TESTA
2.2.1 Moka
Pšenica je žitarica, ki je po svetovni proizvodnji na tretjem mestu (Baloch, 1999). Moka je glavna sestavina kruha, piškotov, biskvitov in ostalega pekovskega peciva. Moka je pretežno sestavljena iz škroba, beljakovin in vode (Manley in sod., 2011a).
2.2.1.1 Pšenična moka
Pšenična moka ima edinstveno zmožnost tvorbe glutenske mreže, kar ji omogočajo založne beljakovine. V manjšem obsegu lahko tvorbo glutena opazimo tudi v rži. Lastnosti pšenice so odvisne od kultivarja in pridelovalnih pogojev. Vsebnost in razmerje beljakovin v pšenici neposredno vpliva na zmožnost tvorbe glutenske mreže v testu iz pšenične moke. Moka iz trde pšenice ima več beljakovin glutena, medtem ko ima moka iz mehke pšenice manj glutena. Pšenična moka za namen priprave piškotov ima 7-9 % beljakovin (krhko testo) oz.
9-11 % beljakovin (trdo testo). Običajno ima bela pšenična moka za piškote 14 % vode in med 70 % in 75 % škroba. Pšenična moka vsebuje približno 2 % lipidov s primerljivo vsebnostjo polarnih in nepolarnih lipidov. Škrobne lipide najdemo vgrajene v škrobnih zrnih.
Neškrobni lipidi obsegajo približno 75 % skupnih lipidov in so sestavljeni pretežno iz triacilglicerolov in iz drugih nepolarnih lipidov – glikolipidov, kot so digalaktozil diacilgliceroli in fosfolipidi. Pšenica vsebuje tudi majhne količine (manj kot 3 %) mono-, di- in oligosaharidov, kot so glukoza, fruktoza, saharoza, rafinoza in glukofruktani (Manley in sod., 2011a).
2.2.1.2 Velikost delcev
Velikost delcev pšenične moke vpliva na sposobnost vezave vode. Velikost delcev v moki določa tehnologija mletja zrn. Majhni delci omogočajo, da moka absorbira več vode. Moka za piškote ima povprečno velikost delcev 50 µm, pri čemer je manj kot 10 % delcev večjih od 130 µm. Piškoti iz moke z majhnimi delci so trši in se manj razširijo pri toplotni obdelavi (Manley in sod., 2011a).
V študiji pšeničnih mok z različnimi velikostmi delcev Landillon in sod. (2008) poročajo o dobrih kohezivnih lastnostih testa iz moke z majhno velikostjo zaradi večje stične površine in močnejših medmolekularnih sil med njimi.
Mancebo in sod. (2015) v preglednem članku poročajo o manjšem širjenju piškotov pri uporabi brezglutenskih pšeničnih mok. Poleg tega so taki piškoti bolj trdi. Piškoti iz moke z velikimi delci se bolj širijo in so manj trdni. Piškoti iz finozrnatih (gladkih) mok so imeli manjši premer napram piškotom iz grobozrnatih (ostrih) mok. To ugotavljajo tudi Zucco in
sod. (2011) in dodajajo, da vključevanje finozrnatih mok v testo prispeva k trdnosti, vključevanje grobozrnatih mok v testo pa ima ravno obraten učinek.
Za fino mlete moke je značilno, da imajo višjo kapaciteto vezave vode kot grobo mlete (Mancebo in sod., 2015).
2.2.1.3 Škrob in njegove funkcijske lastnosti
Škrob je eden najbolj zastopanih sestavljenih ogljikovih hidratov v rastlinah. Predstavlja zalogo hrane in energije. Njegove molekule se skladajo v škrobna zrna. Sestavljen je iz dveh polimernih molekul. Ti sta amiloza in amilopektin, v razmerju 20-30 % proti 70-80 %.
Razmerje med amilozo in amilopektinom ter lastnosti škrobnih zrn so odvisne od vira škroba (Mamat in Hill, 2018).
Amiloza je linearni polimer, sestavljen iz glukoznih enot, ki se povezujejo z α(1→4) glikozidno vezjo. Amilopektin je razvejan polimer, sestavljen in glukoznih podenot, ki se povezujejo zα(1→4) vezjo, na točkah razvejanja pa glukozni enoti tvorita α(1→6) vez.
Molekula amilopektina vsebuje približno 5-6 % takih vezi, glede na število α(1→4) vezi.
Razvejanje se pojavlja na približno vsakih 20-25 podenot (Mamat in Hill, 2018).
Škrobna zrna imajo semikristalinično strukturo in so relativno slabo topna v hladni vodi (Mamat in sod., 2010). Med mletjem žita se fizično poškodujejo, kar vpliva na kristalinično strukturo in posledično topnost v vodi (Tanhehco in Ng, 2008).
Frakcija poškodovanih in nepoškodovanih škrobnih zrn vpliva na absorbcijo vode v moko.
Poškodovana škrobna zrna lahko absorbirajo 100 % vode glede na lastno maso, nepoškodovana zrna pa absorbirajo 33 % vode glede na lastno maso (Manley in sod., 2011a).
Fino mlete moke iz zrn z veliko gostoto (riž, pšenica in koruza) imajo večji delež poškodovanega škroba napram grobo mletim mokam. Ajdova moka in moka iz žita tef (tefova moka) pa imata manjši delež poškodovanih škrobnih zrn, tudi če sta fino mleti (Torbica in sod., 2012). Višja frakcija poškodovanih škrobnih zrn v moki pomeni manjše širjenje piškotov med peko (Donelson in Gaines, 1998). Miller in Hoseney (1997) predpostavljata, da se med mletjem ne poškodujejo samo škrobna zrna, ampak s fragmentacijo škrobnih molekul nastanejo tudi dekstrini. Posledično poškodovana škrobna zrna in dekstrini z vezavo vode prispevajo k bolj viskoznem testu. Nishio in sod. (2020) poročajo, da na širjenje piškota bolj pomembno vpliva delež poškodovanih škrobnih zrn kot velikost delcev.
Škrob iz skoraj kateregakoli vira lahko opredelimo kot netopen v vodi. Škrobna zrna pri sobni temperaturi sicer lahko vežejo vodo v amorfnih regijah, vendar je vezava reverzibilna s sušenjem (Biladeris, 2009).
V piškotnem testu ni dovolj vode, ki bi jo škrobna zrna lahko vezala, da bi ob toplotni obdelavi prišlo do porušenja medmolekulskih vezi in zaklejitve (Chevallier in sod., 2000).
Škrob deluje kot polnilo oz. sestavina za povečanje volumna (Wade, 1988). Tako poročajo tudi Kulp in sod. (1991) in dodajajo, da škrobna zrna v piškotih najdemo v nativni obliki, ker med peko ne pride do zaklejitve in nadalje do retrogradacije.
2.2.1.4 Beljakovine pšenične moke
Pšenična moka, ki se najpogosteje uporablja za izdelavo piškotov, običajno vsebuje 8–11 % beljakovin. Glede na njihove funkcionalne lastnosti lahko beljakovine pšenične moke razdelimo v dve ločeni skupini: glutenske in neglutenske beljakovine (Manley in sod., 2011).
Neglutenske beljakovine (približno 15–20 % vseh pšeničnih beljakovin) so heterogena skupina, ki jo sestavljajo albumini in globulini. Beljakovine v tej skupini so encimsko aktivne, lahko pa imajo tudi strukturno funkcijo. Beljakovine glutena (približno 80–85 % vseh pšeničnih beljakovin) so glavne založne beljakovine pšenice. Skupno jim je, da so napram neglutenskim beljakovinam netopne v vodi zaradi nizke količine nabitih stranskih verig. Beljakovine glutena so glutenini in gliadini. Gliadine lahko opredelimo kot heterogeno zmes linearnih monomernih beljakovin, glutenine pa kot heterogeno zmes polimernih beljakovin. Ti so sestavljeni in gliadinskih podenot, ki so povezane z disulfidnimi vezmi.
Beljakovine iz različnih sort pšenice in celo iz iste sorte, pridelane v različnih pogojih, kažejo velike razlike v tvorjenju glutenske mreže. Gluten je lahko močan, in ga je težko raztegniti, vendar zelo elastičen, lahko pa je šibek in lahko raztegljiv, vendar ni elastičen. Prvi je najprimernejši za kruh in nekatere krekerje, drugi za piškote. Praviloma imajo moke z veliko beljakovin »močan gluten«, moke z nizko vsebnostjo beljakovin pa »šibek gluten« (Manley in sod., 2011a).
Stopnja razvoja glutenske mreže je odvisna od vsebnosti glutena v moki. Če želimo, da je piškot trd in ne krhek, mora priti vsaj do delnega razvoja glutenske mreže (Di Cairano in sod., 2018). Če želimo krhke in drobljive piškote, gluten ne igra strukurne vloge in razvoj mreže preprečimo (Dapčević Hadnadev in sod., 2013). Kljub temu velika količina beljakovin pripomore k temu, da se piškoti med peko ne širijo (HadiNezhad in Butler, 2010).
Torej, če želimo piškote s krhko in drobljivo teksturo, ki se lahko med pečenjem razširijo, za pripravo testa uporabimo moko z malo beljakovin (Wilderjans in sod., 2008).
2.2.1.5 Koruzna moka
Koruza je žitarica, ki je po globalni produkciji na svetu na prvem mestu (Mejía, 2003).
Koruzna zrna se lahko melje na tradicionalni (suhi) način ali pa na mokri način. Končni produkt prvega načina je rumene barve z 9-13 % beljakovin, ki ne tvorijo glutenske mreže.
Glede na velikost delcev ga poimenujemo koruzni zdrob ali pa koruzna moka. Produkt mokrega mletja je koruzni škrob (ang. cornflour v Združenem kraljestvu in cornstarch v ZDA), skoraj v celoti sestavljen iz škroba, saj se med postopkom mletja škrob loči od beljakovin in maščob v zrnu. Zaradi enotne sestave in odsotnosti maščob se dobro skladišči.
Koruzni škrob se lahko uporablja kot pomožna sestavina v receptih za trde sladke piškote in za izboljšanje površinskega sijaja piškotov. Če se koruzna moka doda moki z veliko beljakovin, se tako testo lažje razvalja in je manj elastično. Piškoti z dodatkom koruzne moke imajo bolj krhko teksturo. 10 do 15 % moke lahko nadomestimo s koruznim škrobom. Če je nadomeščen odstotek previsok, piškoti dajejo neprijetno suh občutek v ustih. Kemično obdelana koruzna moka je v piškotih lahko uporabljena kot zgoščevalno sredstvo (Manley, 2011a).
2.2.1.6 Riževa moka
Riž je najpomembnejša žitarica v Aziji. Po svetovni pridelavi je na drugem mestu (Lantin, 1999). Obstaja več kot 40 000 različnih sort, ki se razlikujejo predvsem v vsebnosti amiloze, proteinov in zmožnostih tvorbe gela oz. zaklejitve. Riževa moka nastane v procesu mletja, tako da se najprej odstrani luščina in pridobi rjavi oz. nepoliran riž. Taka zrna so lahko zmleta v polnozrnato oz. rjavo riževo moko. S procesom brušenja oz. poliranja rjavi riž ločimo na beli riž in otrobe. V riževem zrnu je približno 80 % škroba in 6,3-7,1 % beljakovin, med katerimi prevladujejo glutelini. Vsebnost amiloze vpliva na zmožnost tvorbe gela in viskoelastične lastnosti. Količina škroba narašča od površine do jedra zrna, medtem ko je trend pri beljakovinah ravno nasproten. To pomeni, da obseg poliranja vpliva na količino posameznih komponent v moki (Rosell in Gomez, 2014). Poliran riž z mletjem lahko spremenimo v moko ali zdrob čistega videza in bele barve ter neizrazitega okusa. V riževi moki, podobno kot v zrnu, prevladujeta škrob in majhen delež beljakovin, maščoba pa je skoraj odsotna, kar pomeni, da ima moka dobre skladiščne lastnosti. Beljakovine riževe moke ne tvorijo glutenske mreže, vendar moka samostojno tradicionalno ni uporabljena za pripravo piškotov. Bolj pogosto se dodaja pšenični moki, ko želimo mehkejšo teksturo ali pa želimo zmanjšati vzhajanje med pečenjem (Manley, 2011a).
2.2.1.7 Ajdova moka
Ajda je psevdožito in ne vsebuje glutena (Molinari in sod., 2018). Po svetu se uporabljata dve vrsti ajde: navadna ajda (Fagopyrum esculentum) in tartarska ajda (Fagopyrum tataricum). V Evropi, severni Ameriki, Braziliji, južni Afriki, Avstraliji, Koreji ter na
Japonskem in severu Kitajske se prideluje navadna ajda. Tatarsko ajdo gojijo v nekaterih predelih Kitajske, v Sloveniji, na severu Italije in v regiji Islek (Bonafaccia in sod., 2003).
Tatarska in navadna ajda imata primerljivo vsebnost beljakovin, vlaknin, maščob in pepela, vendar ima tatarska ajda 4-krat več bioaktivnega flavonoida rutina in je značilnega grenkega okusa (Li in Howard Zhang, 2001). Kaljenje in slajenje ajde izboljša senzorično sprejemljivost (Terpinc in sod., 2016). Iz moke ajdovega sladu se v kombinaciji z riževo moko lahko uspešno pripravijo piškoti (Molinari in sod., 2018).
Ajdova moka ima 10 % beljakovin, približno 2,5 % maščob, 80 % škroba in skoraj 2 % pepela (Bonafaccia in sod., 2003). Do 50 % beljakovin v ajdi predstavljajo globulini in okoli 25 % albumini (Choi in sod., 2006). Ajdova moka je bogata z bioaktivnima polifenoloma rutinom in kvercetinom (Holasova in sod., 2002).
2.2.2 Maščoba
Maščoba je skupaj z moko in sladkorjem ena izmed glavnih sestavin v piškotnem testu. Vir maščobe nam lahko predstavlja maslo, živalska maščoba, rastlinska maščoba ali rastlinsko olje (palmovo olje, sončnično olje, itd.). Pred razširjeno rabo rastlinskih virov maščob je bila uporaba živalskih maščob (skoraj izključno rafiniranih) pogostejša. Živalske maščobe zaradi izvora po svoji naravi nihajo v kakovosti, kljub izboljšani senzoriki pa je povpraševanje potrošnikov vodilo v uporabo rastlinskih maščob. Vključitev maščobe je ključna za značilno teksturo piškotov, ki je rahla in drobljiva ter daje občutek topljenja v ustih. Karakteristično teksturo dosežemo ne glede na vir uporabljene maščobe. Pogoj je, da so uporabljene maščobe trdne ali pa poltrdne pri sobni temperaturi (Atkinson, 2011).
Z izjemo držav zahodne Azije (Indonezija, Malezija, itd.), kjer palmino olje prevladuje in je pri sobni temperaturi trdno, so najbolj komercialno prevladujoča rastlinska olja (repično olje, sojino olje, sončnično olje) tekoča pri sobni temperaturi. S procesom hidrogenacije se tekoča olja spremeni v popolnoma hidrogenirana in delno hidrogenirana olja. Tako spremenjena olja imajo višje temperature tališča, torej so trdna pri sobni temperaturi (Atkinson, 2011).
Od razkritja škodljivih učinkov delno hidrogeniranih olj se je veliko proizvajalcev poslužilo uporabe palminega olja, ki je s temperaturo tališča 36 °C primeren nadomestek delno hidrogeniranim in popolnoma hidrogeniranim rastlinskim oljem (Atkinson, 2011).
Zaradi povečanega povpraševanja po palminem olju so nekateri dobavitelji, z namenom zadovoljitev potreb trga, nekaj palminega olja pridobivali s pomočjo krčenja gozdov v naravovarstvenih območjih, kar je imelo neposreden negativen vpliv na ogrožene vrste, kot je orangutan. Poleg tega ima palmino olje neprimerno maščobnokislinsko sestavo glede na trenutna priporočila v Veliki Britaniji in Evropi, zato so ga nadomeščali s sončničnim oljem
z visoko vsebnostjo oleinske kisline, ki ima bolj primerno maščobnokislinsko sestavo, vendar ni tako strukturno učinkovito (Atkinson, 2011).
Maslo se v industriji zaradi visoke cene redko uporablja. Piškotom daje odličen vonj in okus, vendar lahko variira v konsistenci in je pri sobni temperaturi mehkejše kot hidrogenirana rastlinska olja, zato lahko pride do odpuščanja maščobe iz testa. Margarina se lahko uporablja podobno kot maslo, vendar je treba upoštevati, da vsebuje med 16 % in 18 % vode in temu prilagoditi recepturo (Atkinson, 2011).
Maščoba z razvito kristalinično strukturo bolj učinkovito prekrije zračne mehurčke kot tekoča maščoba, zato se v velikih obratih poslužujejo tekoče masti (ang. liquid shortening), ki je kristalizirano olje, suspendirano v tekočem olju. Maščobo se s pomočjo specializirane opreme kristalizira v bolj stabilno obliko (Atkinson, 2011).
Za značilno porozno teksturo testa je pri proizvodnji kruha in pekovskega peciva kot tudi piškotov ključno, da se v stopnji mešanja vključi čim večja količina zračnih mehurčkov. Pri proizvodnji kruha se zrak vključuje v fazi gnetenja, pri pripravi piškotov pa v fazi stepanja maščobe. V testo za piškote je zaradi velike količine sladkorja težje vključiti zračne mehurčke kot v testo za kruh, ki ima razvito glutensko mrežo, v katero se lahko ujame več zraka. Večja kot je aeracija testa, manjša je gostota končnega izdelka (Brijwani in sod., 2008). Med stepanjem se zračni mehurčki vključijo v trdno maščobo. Piškoti, ki vsebujejo olje in ne trdne maščobe, imajo slabše strukturne lastnosti (Mamat in Hill, 2014).
Med mešanjem sestavin maščoba obda delce moke, kar omeji zmožnost kontakta med dodano vodo in moko. Ta funkcija oz. vloga maščobe je za piškote ključnega pomena, saj v nasprotnem primeru voda, ki pride v stik z moko, hidrira beljakovine ter omogoči razvoj glutenske mreže, kar vodi v bolj elastično ter trdo testo in piškote brez značilne teksture.
Končna tekstura je v takem primeru lomljiva ter trda kot kruhova skorja. Z vmešavanjem maščobe se stabilizira tudi velikost zračnih mehurčkov v testu in sicer tako, da maščoba prekrije zračne mehurčke in omeji njihovo združevanje ter jih ščiti pred pokanjem zaradi mehanskih sil (Atkinson, 2011).
Poleg tega maščoba z obdajanjem delcev moke ne preprečuje samo razvoja glutena, temveč tudi onemogoča vstop vode v škrobne granule in posledično zaklejitev škroba med peko.
Razlog je tvorba kompleksov med lipidi in amilozo med peko piškotov (Renzyaeva, 2013).
2.2.3 Sladkorji
Sladkor predstavlja poleg moke in maščobe glavno sestavino v piškotnem testu (Misra in Tiwari, 2014). Saharoza je najpogosteje uporabljen vir sladkorja pri proizvodnji piškotov in
ima znaten vpliv na hidracijo in zaklejitev škroba ter razvoj glutena (Sman in Renzetti, 2018).
Kristali saharoze se v piškotnem testu tekom pečenja raztopijo ali delno raztopijo, odvisno od količine prisotne vode, nato pa po pečenju rekristalizirajo ali pa tvorijo amforno steklasto strukturo. Sladkor v taki spremenjeni obliki je ključen za dobro teksturo piškota (Manley, 2011c).
Velikost kristalov saharoze, in s tem njihova hitrost raztapljanja tekom segrevanja med pečenjem, vpliva na širjenje, videz in hrustljavost piškota po pečenju. Velikost kristalov vpliva tudi na hitrost raztapljanja saharoze ne le med pečenjem, temveč tudi v ustih med uživanjem piškota. Kristali, večji od 40 µm, dajejo peskat občutek med zobmi, na jeziku pa lahko zaznamo kristale večje od 20 µm (Manley, 2011c).
Piškoti, pripravljeni iz kristalov večjih od 500 µm, se med peko bolj razširijo. Prevelika količina sladkorja poslabša kohezivnost in konsistenco testa, ki postane bolj mehko (Sman in Renzetti, 2018). Velika količina saharoze vodi v trdo teksturo piškotov (Manley, 2011c).
Ko se saharoza med pečenjem raztaplja, to pomeni, da se med pečenjem poveča količina vode v testu, kar je dobro upoštevati pri razvoju recepture. Količina dodane vode v recepturi je odvisna od količine dodane saharoze. Saharoza tudi zviša temperaturo zaklejitve škroba, kar pomeni, da lahko testo med pečenjem bolj naraste. Lahko deluje tudi kot antioksidant in zavira žarkost ter s tem podaljšuje rok uporabnosti. Reducirajoči sladkorji (glukoza, fruktoza, laktoza, maltoza, itd.) naj bi zaradi njihove vloge pri Maillardovi reakciji predstavljali 10-20 % vseh sestavin. Dodajajo se lahko samostojno (v prahu), ali pa v obliki invertnih sirupov. Drugi viri sladkorja so še vodne raztopine saharoze, med, javorjev sirup, glukozni sirupi, sušena glukoza, fruktoza, slad in kot vir sladkega okusa tudi umetna sladila (Manley, 2011c).
2.2.4 Vpliv sestavin testa na fizične lastnosti piškotov
Širitveno razmerje (tudi širitveni faktor) je pomembna lastnost piškotov. Definirana je kot razmerje med premerom in višino piškota (Mancebo in sod., 2015).
Širitveno razmerje = premer piškota/višina piškota … (1) Moka je ena glavnih sestavin piškotov in ima verjetno pomembno vlogo pri širjenju.
Sestavine moke, kot so škrob, beljakovine in arabinoksilani, vežejo vodo in omejujejo širjenje (Pareyt in Delcour, 2008). Piškoti iz moke s slabimi hidratacijskimi sposobnostmi imajo visoko širitveno razmerje (Mancebo in sod., 2015). Piškoti, pripravljeni iz pšenične moke z veliko beljakovinami, imajo manjše širitveno razmerje, saj imajo beljakovine v moki
veliko sposobnost vezave vode (Cheng in Bhat, 2016). Arepally in sod. (2020) poročajo o visokem širitvenem razmerju pri uporabi nepšeničnih mok z veliko lipidi ter vlakninami. To so ugotovili tudi pri uporabi moke iz amaranta (Chauhan in sod., 2016), sezamovih luščin (Zouari in sod., 2016) in jabolčnih tropin (Parra in sod., 2019). Vendar v nasprotju s temi ugotovitvami prisotnost neškrobnih polisaharidov oz. vlaknin, na primer celuloze, lignina in hemiceluloze, pomaga pri znižanju širitvenega razmerja (Rathore in sod., 2019). Donelson in Gaines (1998) poročata, da imajo piškoti manjši premer, če je imela moka, iz katere so bili pripravljeni, večji delež poškodovanega škroba, kar potrjujejo tudi Barrera in sod.
(2006). Razširitveno razmerje je nižje pri uporabi moke iz kaljene bele metlike (Jan in sod., 2016). Učinek lahko pripišemo encimski razgradnji škroba in beljakovin v krajše sladkorje in beljakovine, ki v testu poskrbijo za hidrofilno okolje in tako lahko testo veže več vode.
Vključitev krompirjevega škroba in koruzne moke v piškote iz pšenične moke naredi bolj prožno testo, vendar se poveča tudi širitveno razmerje piškotov (Singh in sod., 2003).
Zmanjševanje razmerja med moko ter sladkorjem in maščobo vodi v bolj konsistentno testo in omejeno širjenje piškota med peko (Canalis in sod., 2018).
Sladkor se med peko raztaplja, to pa povzroči, da se v testu poveča količina proste vode in zniža viskoznost testa, kar vodi v širjenje piškotov (Chevalier in sod., 2000). Povečevanje deleža sladkorja sladkorja linearno narašča z večanjem premera piškota po peki in hitrostjo širjenja med peko (Pareyt in sod., 2009). Za povečevanje deleža maščobe v testu velja isti trend, torej več kot ima testo maščobe, bolj se širi, medtem ko ima zmanjševanje količine obraten učinek in je širjenje zaradi maščobe manjše. Maščoba med peko poudari viskozne oz. tekočinske lastnosti testa in povzroči nepovratno širjenje piškotov. Vsa maščoba preide iz trdne v tekočo obliko pri 55 °C, kar se zgodi na začetku pečenja. Takrat pride do največjega širjenja piškotov.
Na širjenje piškotov vpliva tudi aeracija maščobe. Če povečamo količino maščobe v testu, lahko vtepemo več zraka in ima tako testo več zračnih mehurčkov ter je bolj porozno.
Mehurčki se med peko razširijo zaradi uhajanja CO2 in N2 (Paryet in sod., 2009). Velika količina in povečanje zračnih mehurčkov v testu pomeni znižanje viskoznosti testa in posledično večje širjenje piškotov (Jacob in Leelavathi, 2007). Pri aeraciji igra vlogo tudi sladkor, vendar neodvisno od njegove količine (Paryet in sod., 2009). Sladkorni kristali pri stepanju delujejo abrazivno in stabilizirajo zračne mehurčke, zaradi česar so piškoti bolj porozni.
Piškoti, ki vsebujejo olje, se razširijo bolj kot piškoti iz margarine ali hidrogeniranega olja, še manj pa se razširijo piškoti z dodatkom emulgiranega hidrogeniranega olja (Jacob in Leelavathi, 2007). Podobno poročata Menjivar in Faridi (1994) in dodajata, da se piškoti iz svinjske masti ali hidrogeniranega olja manj razširijo kot piškoti iz margarine ali masla.
Vpliv maščobe na širjenje piškotov je odvisen od temperature tališča. Če bo tališče nižje, bo do širjenja prišlo hitreje in obsežneje kot pri maščobah z višjo temperaturo tališča.
Sladkor in maščoba se tekom pečenja raztalita in povečata skupno količino tekočine v testu, zato testo postano bolj viskozno. Maščoba onemogoča razvoj glutenske mreže in tako še poveča širjenje piškotov med peko. Ko je količina maščobe v testu manjša, je testo bolj elastično in piškoti se med peko manj razširijo (Paryet in sod., 2009).
Jacob in Leelavathi (2007) poročata, da emulgirana maščoba daje testu boljšo konsistenco v nasprotju s sončničnim oljem. Izmed vseh tipov maščobe hidrogenirana olja z visokim odstotkom kristalizirane maščobe naredijo najbolj trdo testo (Manohar in Rao, 1999).
Najverjetneje je razlog nezadostna aeracija maščobe (Devi in Khatkar, 2016).
Trdne maščobe prispevajo k plastičnosti testa. V testu z nizko vsebnostjo vode lahko povečana količina maščobe s svojo mazavostjo izboljša homogenost in mehkobo (Maache- Rezzoug in sod., 1998).
Gostota je v sorazmerju s teksturo piškotov. Nizka gostota pomeni dobro oz. značilno teksturo piškotov. Velik delež sladkorja in maščobe v testu ugodno vplivata na teksturo piškotov, ker moka težje veže vodo in med pečenjem voda lažje izhlapi ter se tako gostota piškota zniža (Manohar in Rao, 1999).
2.3 REOLOGIJA TESTA
Testo je kompleksen sistem sestavljen iz beljakovin, maščob, sladkorjev in drugih sestavin.
Zaradi raznolikosti sestavin je preučevanje reoloških lastnosti zelo zahtevno, v nekaterih primerih pa celo nemogoče. Testo lahko opredelimo kot ne-Newtonsko tekočino (Kazemzadeh, 2012).
Piškotno testo iz pšenične moke je kohezivno, vendar ni tako raztegljivo in elastično kot na primer testo za kruh. V piškotnem testu je največja strižna deformacija mera raztegljivosti, odstotek povrnitve pa mera elastičnosti. Testo se do mejne napetosti (ang. yield stress) obnaša viskoelastično, nato pa se obnaša viskoplastično zaradi odsotnosti glutenske mreže (Amemiya in Menjivar, 1992).
Obnašanje testa s pomočjo krivulje strižne deformacije v odvisnosti od strižne napetosti opisujejo Baltsavias in sod. (1999).
Slika 1: Graf strižne napetosti v odvisnosti od strižne deformacije (Baltsavias in sod., 1999)
Na Sliki 1 vidimo, da pri konstantnem količniku deformacije z večanjem strižne deformacije (εb) strižna napetost (σ) najprej ostro naraste 0,01–0,05. Z nadaljnjim večanjem deformacije lahko opazimo linearno območje, kjer strižna napetost vseeno rahlo narašča. Spremembe strižne napetosti v tem območju so odvisne od količnika deformacije. Pri določeni točki (εb
> 0,7) začne strižna napetost ponovno močno naraščati, vendar ne tako ostro kot pri nizki napetosti. Viskoelastične lastnosti testa lahko opazimo v območju, kjer krivulja narašča, in je vrednost strižne napetost od 0 do 0,01-0,05 (odvisno od količnika deformacije). Nato testo postane viskoplastično. Ostro naraščanje strižne napetosti pri nizki deformacij pomeni, da je to zelo občutljivo na deformacijo, kar je tipično za visoko koncertirane disperzije.
2.4 3D TISK ŽIVIL
3D tisk živil je nov koncept, ki temelji na tehnologiji aditivne proizvodnje in uporablja 3D tiskalnik za proizvodnjo živilskih izdelkov. Tehnologija aditivne proizvodnje ali hitra izdelava prototipov temelji na nalaganju plasti ene na drugo, glede na predhodno oblikovan izrezan 3D model. Tehnologije aditivne proizvodnje so kategorizirane po standardu ISO/ASTM 52921:2013 (Liu in sod., 2019). V živilstvu so se v zadnjem času najbolj uporabljale selektivno sintranje, vroča in hladna ekstruzija, brizganje veziva in brizganje materiala (Sun in sod., 2015). Med njimi se je najbolj obnesla tehnologija ekstruzije (Liu in sod., 2019).
2.4.1 3D tisk testa
Za uspešen ekstruzijski 3D tisk arhitekturno zapletenih oblik je ključna dobra sposobnost tiskanja materiala (Kim in sod., 2017). Sposobnost tiskanja je definirana kot skupek
lastnosti, ki materialu omogočajo dovolj veliko stabilnost, da podpira lastno težo (Godoi in sod., 2016). Na sposobnost tiskanja vplivajo mehanske lastnosti materiala, konstanta deformacije, strižni modul in sila potrebna za ekstruzijo (Kim in sod., 2017). Sposobnost tiskanja opredelimo z sposobnostjo ohranitve oblike in sposobnostjo ekstruzije. Sposobnost ohranitve oblike je odvisna od kompleksnosti in višine končne strukture, ki jo lahko dosežemo z materialom. Z vrednostjo strižnega modula (G), ki je razmerje med strižno napetostjo in strižno deformacijo, lahko določimo sposobnost ohranitev oblike (Kim in sod., 2019).
Slika 2: Skica spremenljivk strižnega modula (G) (Kim in sod., 2019)
G…strižni modul (Pa) F…tangencialna sila (N)
A…površina na katero deluje tangencialna sila (m2) h…višina (m)
Δx…zamik obremenjene površine zaradi delovanja tangencialne sile (m)
𝐺 = 𝐹 𝐴⁄
∆𝑥 ℎ⁄ = 𝑠𝑡𝑟𝑖ž𝑛𝑎 𝑠𝑖𝑙𝑎
𝑠𝑡𝑟𝑖ž𝑛𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑗𝑎 ...(2) Sposobnost ekstruzije je sorazmerna sili, ki je potrebna za ekstruzijo materiala. Mejna napetost je sorazmerna sposobnosti ekstruzije testa. Mejno napetost lahko odčitamo iz grafa viskoznosti v odvisnosti od strižne sile. Z reološko karakterizacijo je bilo prikazano, da je mejna napetost povezana s sposobnostjo ekstruzije in mehansko močjo testa za tiskanje (Pulatsu in sod., 2020). Visoka sposobnost ekstruzije nakazuje na zadostno mobilnost materiala pri nizki sili (Kim in sod., 2019). Do mejne napetosti se testo obnaša elastično in se po obremenitvi s strižno silo njegova oblika popolnoma obnovi. Po doseženi mejni napetosti materiali postanejo viskozni in so uspešno ekstrudirani (Pérez in sod., 2019).
Viskoznost testa med 3D tiskom se z višanjem strižne sile ostro povečuje do mejne napetosti, ki ji sledi območje konstante viskoznosti, pri nadaljnjem povečevanju napetosti pa viskoznost pade na začetno vrednost.
2.4.1.1 Izvirni članki na temo ekstruzijskega 3D tiska piškotnega testa
Pulatsu in sod. (2020) so predstavili metodo za izdelavo kompleksnih in strukturno stabilnih 3D oblik. Tekom raziskovanja so pripravili 24 različnih receptur, ki so vsebovale spremenljive deleže masla ali hidrogeniranega olja, sladkorja v prahu in mleka. Uporabili so 3 vrste moke: pšenično belo, riževo in tapiokino. Poročajo, da se je pri tisku in toplotni obdelavi najbolje obnesla receptura iz 100 g tapiokine moke, 62,5 g masla, 37,5 g sladkorja in 32,5 g mleka. Receptura je vsebovala relativno veliko mleka in relativno malo sladkorja glede na ostale recepture. Sposobnost tiskanja in stabilnost oblike med pečenjem sta bili skladni z dobrimi reološkimi lastnostmi in ugodno mikrostrukturo glede na posnetke, pridobljene s konfokalno mikroskopijo. Rezultati določanja mejne napetosti nakazujejo, da so recepture testa, ki so dosegle višjo mejno napetost (približno 225-275 Pa) med najbolj primernimi za tisk. Za 3D tisk so zaradi nezmožnosti ohranjanja natisnjene oblike neprimerne recepture testa z mejno napetostjo nižjo od 10 Pa. Tem recepturam sta bili skupni relativno velika količina mleka in tapiokina moka. Nadalje so določili komponenti kompleksnega strižnega modula (G*), elastični modul (G') in viskozni modul (G'') v linearni viskoelastični regiji (LVER). Poročajo, da imajo vzorci testa, pri katerih je elastični modul večji od viskoznega modula (G' > G'') značilnost trdnih snovi oz. elastičnost. To je ključno za uspešen ekstruzijski tisk, saj v nasprotnem primeru materiali niso sposobni tiskanja.
Vzorci testa iz tapiokine moke so imeli najvišji elastični in viskozni modul, vendar le v recepturi z relativno malo mleka. V nasprotnem primeru sta bila elastični in viskozni modul relativno nizka glede na vzorce testa iz drugih mok. Vzorci z nizkim kompleksnim strižnim modulom in nizko mejno napetostjo niso bili primerni za tisk. Količina mleka je imela velik vpliv na kompleksni strižni modul. Pri nizki količini mleka je povišanje količine sladkorja vodilo v povišanje vrednosti kompleksnega strižnega modula, torej so bili vzorci bolj viskoelastični. Piškoti z maslom imajo nižji elastični modul kot piškoti iz hidrogeniranega olja. Prav tako so imeli piškoti z maslom nižjo mejno napetost kot piškoti s hidrogeniranim oljem. To pomeni, da je za sposobnost tiskanja testa boljša uporaba hidrogeniranega olja kot masla, saj je testo iz masla premehko, najverjetneje zaradi vsebnosti vode v maslu. Vpliv 3D tiska na testo izven LVER je bil določen s testom lezenja in obnove (ang. creep-recovery).
S tem testom je bila določena sposobnost obnovitve po deformaciji oz. vpliv striga v daljšem časovnem obdobju. Najboljšo sposobnost obnovitve je imel vzorec RSSHTF25. Vzorci testa z relativno veliko količino mleka so imeli zelo slabe obnovitvene sposobnosti, ali pa obnovitve sploh niso bili zmožni. Receptura z oznako RSSHTF25 je z reološko karakterizacijo pokazala želene oz. ugodne reološke lastnosti. Težava s to recepturo je bila slaba sposobnost tiskanja v smislu, da je bil vzorec uspešno natisnjen le enkrat ali pa dvakrat v treh poskusih. Dobra ohranitev oblike med pečenjem pomeni, da so dimenzije izdelka pred in po peki čim bolj podobne ali pa enake. Raziskovalci poročajo, da velika količina sladkorja v recepturi neugodno vpliva na ohranitev oblike med pečenjem.
Slika 3: Slika natisnjene oblike iz vzorca RSSHTF25 pred in po peki (Pulatsu in sod., 2020)
Pulatsu in sod. (2021) so uporabili podobne recepture kot Pulatsu in sod. (2020), z nekaj spremembami. Sestavine testa so ostale enake, spremenile pa so se količine. Recepture so vsebovale spremenljive deleže masla ali hidrogeniranega olja, saharoze in mleka. Uporabili so 3 vrste moke in sicer pšenično belo, riževo in tapiokino. Razlike med najboljšo recepturo v objavi iz leta 2020 in recepturo v 2021 so predstavljene v Preglednici 1:
Preglednica 1: Primerjava receptur testa uporabljenega za 3D tisk med Pulatsu in sod., 2020 in Pulatsu in sod., 2021
Sestavine Pulatsu in sod., 2020 Pulatsu in sod., 2021
Moka (g) 100 100
Sladkor v prahu (g) 37,5 88
Maščoba (g) 62,5 160
Mleko (g) 32,5 114
Razlika je bila tudi v tem, da so testo pred tiskanjem kuhali 3 min. Najvišja dosežena temperatura je bila 55 °C. Šest receptur so toplotno obdelali, drugih šest pa ne. Opravili so reološko karakterizacijo znotraj in izven LVER. Po toplotni obdelavi so vzorci testa iz tapiokine moke odpustili maščobo in postali heterogeni, tako da niso bili primerni za reološke analize in tisk. Poleg tega je bila mejna napetost toplotno neobdelanih vzorcev iz tapiokine moke testa prenizka in neprimerna za 3D tisk. Tako so bili za nadaljnje analize upoštevani le še vzorci testa iz pšenične in riževe moke. Vzorcu testa iz pšenične in riževe moke se je po toplotni obdelavi močno povečala mejna napetost. Bolj se je povečala, če je testo vsebovalo hidrogenirano olje, kot pa če je vsebovalo maslo. Vsem toplotno obdelanim vzorcem se je povišal kompleksni strižni modul, kar pomeni, da so bolj viskoelastični.
Toplotno obdelani in surovi vzorci iz pšenične moke in hidrogeniranega olja so imeli najbolj ugodne reološke lastnosti v LVER. To lahko pripišemo agregaciji proteinov in razvoju glutenske mreže med toplotno obdelavo. Izven LVER regije je bil uporabljen Burgersov model. Elastični odziv na deformacijo, tj. sposobnost obnovitve, je bila najvišja pri surovem vzorcu iz hidrogeniranega olja in pšenične moke. Elastični modul se je povečal s toplotno obdelavo. Toplotna obdelava pred tiskom je najbolj primerna za testo iz pšenične in riževe moke. Ker vsebujeta beljakovine, te lahko med toplotno obdelavo agregirajo in močno izboljšajo elastične lastnosti testa, kar ga naredi bolj odpornega na delovanje strižni sil med 3DP. Testo ima tudi izboljšane obnovitvene sposobnosti po deformaciji. Iz mikrostrukture je razvidno, da je več proteinskih agregatov in manj zračnih mehurčkov v maščobi prisotnih
po toplotni obdelavi. Najbolj stabilen med toplotno obdelavo je bil vzorec iz pšenične moke in masla, surov vzorec pa je bil primerljiv vendar slabši.
Sun in sod. (2020) so izvedli podobno študijo, vendar so za razliko od Pulatsu in sod. (2021) testo pred tiskom 2 min toplotno obdelali v mikrovalovni pečici z različno močjo (od 0 W do 70 W). Testo so reološko karakterizirali ter analizirali z jedrsko magnetno resonanco.
Mikrovalovi povzročijo odparitev vode iz moke (Xue in sod., 2010), kar povzroči delno zaklejitev škroba v testu. V mikrovalovni pečici neobdelani (kontrolni) vzorci testa so imeli najmanj zaželene reološke lastnosti, medtem ko so imeli tisti, obdelani v mikrovalovni pečici povišan elastični modul, kar pomeni, da se je povečala elastičnost testa in posledično odpornost na deformacijo. Prav tako je bilo po obdelavi v mikrovalovni pečici testo bolj kohezivno in bolj psevdoplastično, kar pomeni, da se viskoznost znižuje z višanjem količnika deformacije, kar imenujemo tudi strižno redčenje (ang. shear thinning). Skladno z reološkimi lastnostmi je bila oblika natisnjenega vzorca, ki je bil izpostavljen največji moči v mikrovalovni pečici najbolj podobna 3D modelu, torej je bila sposobnost tiskanja izboljšana. Kot že prej omenjeno, je zaradi obdelave v mikrovalovni pečici prišlo do delne zaklejitve škroba. Poleg tega je prišlo tudi do delne tvorbe glutenske mreže. Oboje ugodno vpliva na viskoelastičnost testa (Yang in sod., 2019), zato je testo bolj primerno za tiskanje.
Poročajo, da bi z jedrno magnetno resonanco lahko določili reološke lastnosti testa in tako kvantificirali njegovo sposobnost tiskanja in ekstruzije.
Pavišič in sod. (2021) so pripravili šest različnih receptur, sestavljenih iz ovsene, ržene, rožičeve in riževe moke v spremenljivih deležih, olivnega olja ali masla, vode in medu. Z reološko karakterizacijo ugotavljajo, da se vsem vzorcem pri povečanju količnika deformacije zniža viskoznost, torej pride do strižnega redčenja, ki je značilno za psevdoplastične tekočine. Vse vzorce je bilo mogoče uspešno natisniti. Vzorci z olivnim oljem so imeli višjo viskoznost, saj je bilo testo mehkejše. To je skladno z ugotovitvami Jacob in Leelavathi (2007). Vzorcem, ki so vsebovali del ržene in/ali rožičeve moke so dodali 33 % več vode kot vzorcem iz pšenične moke, da so dosegli primerne reološke lastnosti za tisk testa. Testo je lahko vezalo več vode na račun pentozanov v rži (Fidan in sod., 2019) in na račun galaktomanana v rožičevi moki (Miš, 2011). Poleg tega poročajo, da ima vrsta moke velik vpliv na višino in širino tiskalne linije ter na končno višino oblike. Pri vzorcih iz ovsene moke je bila tiskalna linija najširša, vendar so bili natisnjeni vzorci najvišji.
Uporabljena moka vpliva na končno višino izdelkov. Linije so bile najožje pri vzorcih, ki so vsebovali rženo in/ali rožičevo moko, najverjetneje na račun vlaknin. Sposobnost tiskanja pozitivno korelira z viskoznostjo in konsistenco testa. Na višino in širino tiskalne linije vpliva tudi hitrost pretoka materiala prek šobe. Če je pretok prevelik, bo linija širša od premera šobe. Prva plast natisnjene oblike je vedno najširša in vsaka naslednja ožja.
Optimalna hitrost pretoka je odvisna od sestavin testa in premera šobe. Natisnjene linije, ki so imele enak premer kot šoba, so tvorile vzorec najbolj podoben 3D modelu.
Kim in sod. (2019) so raziskovali, kako vključitev ksantan gumija v piškotno testo vpliva na sposobnost ohranitve oblike natisnjenih izdelkov med tiskom in med peko. V testo iz pšenične moke, masla, mleka in sladkorja v prahu so dodali različne koncentracije ksantan gumija. Viskozni modul in elastični modul sta se povečala pri vseh koncentracijah, elastični pa je bil višji od strižnega, kar pomeni, da je bilo testo bolj elastično in bolj primerno za tisk.
Strižni modul se je znatno povečal pri dodatku ksantan gumija, kar pomeni, da je bila natisnjena oblika bolj zmožna ohranitve oblike. Poleg tega je bila pri testu z dodatkom kasnatan gumija potrebna večja sila za ekstruzijo. Dodatek ksantan gumija v koncentraciji 0,5 g/100 g testa pomaga pri ohranitvi oblike med tiskanjem in pečenjem, prav tako pa ima izdelek iz takega testa najbolj primerne teksturne in strukturne lastnosti. Kontrolni vzorec brez ksantan gumija je imel najslabšo sposobnost tiskanja in sposobnost ohranitve oblike med peko. Ksantan gumi je ključen pri ohranjanju oblike tekom peke, saj je v primerjavi s kontrolnim vzorcem znatno pripomogel k sposobnosti ohranitve oblike med tiskom in po tisku.
Yang, in sod. (2018) so oblikovali recepturo iz vode, sladkorja v prahu, masla, moke z malo glutena in jajc. Najboljša sposobnost tiskanja je bila v recepturi voda (29 g), sladkor v prahu (6,6 g), maslo (6,0 g), moka (48 g) in jajce (10,4 g). Opravili so tudi reološko analizo, teksturno analizo, analizo distribucije vode v sistemu ter mikrostrukturno analizo. Poročajo, da je v LVER viskozni modul G′ manjši od elastičnega modula G'', kar pomeni, da je testo elastično in primerno za tisk. Predpostavljajo, da povečanje količine sladkorja v testu izboljša elastični modul in sposobnost tiskanja. Ko se masni deleži saharoze, masla in moke povečajo, se povečajo tudi trdnost, elastičnost in viskoznost gela, duktilnost pa se zmanjša.
Vse te spremembe pomagajo povečati sposobnost izdelkov, da podpirajo in ohranjajo obliko.
Ko masni deleži saharoze, masla in moke presežejo določeno mejno vrednost, se ekstrudabilnost materiala poslabša in zlahka pride do diskontinuitete tiskanja.
3 MATERIAL IN METODE
3.1 MATERIAL
3.1.1 Material za testo
Za pripravo testa smo uporabili:
• maslo (Mercator, surovo maslo I. vrste),
• jajčne beljake (Mercator, jajca M, hlevska reja),
• sladkor, (Mercator, beli kristalni sladkor),
• pšenično moko (Žito, gladka, tip 400),
• ajdovo moko (neznan proizvajalec),
• riževo moko (neznan proizvajalec),
• koruzno moko (Žito, koruzna moka).
3.1.2 Pribor in aparature
Uporabljali smo naslednji pribor:
• metlica za stepanje,
• posode za mešanje iz nerjavečega jekla,
• kovinske žlice, noži in vilice,
• velike steklene petrijevke,
• papir za peko,
• brizgalna vrečka,
• plastični pladnji.
Uporabljali smo naslednje aparature:
• električni mešalnik z metlicami (Siemens, MQ90001),
• tehtnica (Tehtnica, Exacta 2200 EB),
• hladilnik,
• štoparica,
• električni mlinček (Bosch TSM6A017C),
• 3D tiskalnik (Natural Machines, Foodini),
• teksturometer (Stable Micro Sysem Ltd., TA.XT Texture Analyser).
3.2 METODE
3.2.1 Priprava testa
Receptura je bila pripravljena po zgledu Yang. in sod. (2018) z nekaj prilagoditvami.
Pripravili smo testo iz štirih različnih mok. Za vsako vrsto moke smo pripravili recepture s standardno, zmanjšano in povečano količino moke (v variaciji 10 g). Recepture so predstavljene v Preglednici 2:
Preglednica 2: Osnovne recepture vzorcev
Maslo (g) Sladkor (g) Beljaki (g) Moka (g)
Receptura 1 70,4 28,2 16,9 64,5
Receptura 2 70,4 28,2 16,9 74,5
Receptura 3 70,4 28,2 16,9 84,5
Oznake vzorcev glede na vsebnost moke so navedene v Preglednici 3.
Preglednica 3: Variacije receptur vzorcev
Vrsta moke Količina moke (g) Oznaka
Pšenična moka 64,5 PM64
74,5 PM74
84,5 PM84
Ajdova moka 64,5 AM64
74,5 AM74
84,5 AM84
Riževa moka 64,5 RM64
74,5 RM74
84,5 RM84
Koruzna moka
64,5 KM64
74,5 KM74
84,5 KM84
Pred pripravo testa smo najprej vse sestavine termostatirali na sobno temperaturo. Ločili smo rumenjake in beljake. Beljake smo rahlo stepli z metlico za lažje tehtanje. Namizni sladkor smo v električnem mlinčku mleli dovolj dolgo, da se je velikost kristalov prepolovila. V posodo smo odtehtali 70,4 g masla in 28,2 g zmletega sladkorja. Maslo in sladkor smo stepali z električnim mešalnikom, dokler se ni volumen mešanice podvojil in je mešanica postala homogena ter bež barve. Med stepanjem smo stene posode večkrat postrgali z žlico. Nato smo dodali 16,9 g beljakov in z električnim mešalnikom stepali, dokler nismo dobili homogene mešanice. Na koncu smo dodali količino moke glede na recepturo. Moko smo s pomočjo žlice previdno vmešavali v mešanico, dokler ni bila popolnoma vključena v mešanico. Mešanico smo do uporabe shranili na sobni temperaturi.
3.3.2 Nastavitev 3D tiskalnika in tisk
Za 3D tisk smo uporabili Foodini (Natural Machines, 2020). Testo smo prenesli iz posode v brizgalno vrečko. Pri tem smo bili pozorni, da smo vrečko enakomerno napolnili s testom, tako da vmes ni bilo velikih zračnih mehurjev. Kapsule smo s pomočjo brizgalne vrečke napolnili s testom, da je bil celoten volumen kapsule zapolnjen in brez velikih zračnih mehurjev. Ko smo kapsule napolnili, smo nanje namestili šobe s premerom 1,5 mm. Na vrhu smo na kapsulo namestili bat po navodilih proizvajalca.
Parametri za tisk so navedeni v Preglednici 4:
Preglednica 4: Nastavljeni parametri na 3D tiskalniku
Parameter Vrednost Parameter Vrednost
Nozzle size 1,5 mm Line thickness 1,85
Print speed 2500 mm/min Turning speed factor -
Ingredient flow speed 1.65 Distance between layers 1,95 mm
Fill factor 1 % First ingredient flow 6 mm
First ingredient hold - First layer speed 100 mm
First layer nozzle height 1,65 mm Jump height 3 mm
Ingredient hold 3 mm Resume ingredient flow 0 mm
Min. hold distance 10 mm Pre-heat temperature 0 °C
Pre-heat time 0 sec Ingredient flow temperature 0 °C
Model za tisk smo oblikovali v vgrajeni programski opremi na tiskalniku. Po nastavitvi parametrov in modela smo začeli s 3D tiskom. Ko je bil izdelek natisnjen, smo ga shranili v hladilnik za 10 min. Takoj po hlajenju smo izdelek postavili v laboratorijski sušilnik, ogret na 160 °C z vklopljenim ventilatorjem. Izdelke smo pekli 19 min pri 160 °C. Nato smo izdelek vzeli iz sušilnika in ga ohladili na pultu za 24 ur.
3.3.3 Analiza teksture
Teksturo smo analizirali z teksturometrom TAXT plus in uporabili nastavek »HDP/BSK : Blade set with knife«. Izmerili smo trdoto pečenih izdelkov in delo strižne sile. Za vsak natisnjen vzorec smo izmerili dve paralelki. Izmerili smo samo tiste vzorce, ki smo jih uspešno natisnili.
4 REZULTATI Z RAZPRAVO
4.1 SPOSOBNOST TISKANJA IN STABILNOST TESTA MED PEČENJEM
Uspešno smo natisnili vse vzorce razen vzorca KM84. V Prilogi 1 so predstavljene slike vzorcev pred in po pečenju. Vizualno smo ocenili sposobnost tiskanja in ohranitev oblike med peko. Idealni vzorec bi imel dobro sposobnost tiskanja in bi ohranil obliko med tiskanjem in med pečenjem. Tako bi dobili končen izdelek enakih dimenzij kot 3D model.
Pri vzorcih iz ajdove moke (AM64, AM74, AM84) lahko opazimo največjo podobnost oblike pred in po peki. Sledijo jim PM84, KM74 IN RM74. Ostali vzorci so znatno spremenili obliko med pečenjem. Vsi vzorci so imeli dobro sposobnost ekstruzije, saj so bile vse oblike natisnjene uspešno in brez manjkajočih delov in linij.
Kot že omenjeno v točki 2.2.1.7, ima ajda relativno visoko vsebnost beljakovin in netopnih vlaknin (Bonafaccia in sod., 2003). Čeprav beljakovine, ki jih vsebuje, ne tvorijo glutenske
mreže (Molinari in sod., 2018), beljakovine vseeno prispevajo k elastičnemu modulu testa (Pulatsu in sod., 2020). Poleg tega beljakovine in vlaknine omejujejo širjenje piškotnega testa (Pareyt in Delcour, 2008). Prav tako ima veliko beljakovin tudi pšenica. Te beljakovine sicer lahko tvorijo glutensko mrežo, vendar ne pri tipu testa, ki smo ga uporabili mi. Kljub temu beljakovine vseeno pripomorejo k ohranjajo oblike testa napram brezglutenski moki (Manley in sod. 2011a).
Pričakovano tudi pri vzorcu KM74 ni prišlo do znatnega širjenja, verjetno na račun beljakovin. Opazimo lahko, da je prišlo pri povečevanju deleža moke v testu do boljšega ohranjanja oblike med peko. Visok delež moke poveča vsebnost beljakovin in škroba v testu.
Škrob in beljakovine glutena povečajo elastičnost testa (Edwards in sod., 2002) s povišanjem elastičnega modula (Watanabe in sod., 2003). Nepričakovan rezultat je bil tudi znatno razširjanje pri uporabi riževe moke. Riževa moka nima beljakovin glutena, a vseeno najlažje nadomesti pšenično moko pri pripravi piškotov (Mancebo in sod., 2015). Riževa moka, ki smo jo uporabili za pripravo testa, je bila izrazito groba, kar pa je povezano z razširjanjem piškotov, kot je razloženo v poglavju 2.2.1.2..
4.2 TEKSTURNE LASTNOSTI
Na TAXT teksturometru smo merili teksturne lastnosti na vzorcih iz pšenične, riževe in koruzne moke. Za vzorec KM84 ni podatkov, ker testo ni bilo sposobno tiskanja. Rezultati meritev so v Preglednici 5. Trdota in delo strižne sile sta povprečni vrednosti rezultatov dveh paralelk vzorca:
Preglednica 5: Rezultati analize s teksturometrom
Oznaka Trdota (N) Delo strižne sile (N/sek)
PM64 1207,19 1365,77
PM74 2428,95 2115,97
PM84 2185,14 2354,57
AM64
analiza ni bila izvedena zaradi prekinitve raziskovalnega dela AM74
AM84
RM64 960,081 949,334
RM74 1672,44 1130,32
RM84 647,535 843,177
KM64 1018,65 1296,06
KM74 1143,49 1010,66
KM84 analiza ni bila izvedena, ker vzorca ni bilo možno natisniti
Vrednost dela strižne sile lahko interpretiramo kot popuščanje izdelka uporabljeni sili in dovzetnost za deformacijo. Izračunana je kot območje med x osjo in krivuljo (Javanmard in sod., 2012). Pomeni, v kolikšni meri se lahko vzorec deformira, preden se zlomi. Imenujemo
jo tudi kohezivnost (Monaco in sod., 2008). Višja vrednost pomeni, da je vzorec bolj odporen na deformacijo (Stable Micro Systems, 2021). Trdoto definiramo kot silo, pri kateri se izdelek zlomi. Višja kot je izmerjena sila, bolj je izdelek trd in odporen na zlom (Javanmard in sod., 2012).
Pri višanju količine pšenične moke v testu dobimo izdelke z višjo trdoto in višjo vrednostjo dela strižne sile. To ne velja pri izdelkih iz testa iz riževe moke, kjer ob dodatku moke trdota in delo strižne sile najprej narasteta, nato pa po dodajanju moke spet padeta. V primeru koruzne moke trdota ob dodatku moke naraste, vendar se delo strižne sile zmanjša. Ne vemo, kaj bi se zgodilo, če bi dodali vzorec z več moke, ker ga ni bilo mogoče natisniti. Prav tako ne vemo, kakšna bi bila trdnost in delo strižne sile pri izdelkih iz ajdove moke, a če sklepamo po sposobnosti tiskanja, bi bile vrednosti še višje kot pri pšenični moki.
Ker nimamo informacij o kemijski sestavi moke (vsebnost beljakovin, maščob, škroba in vlaknin), težko poglobljeno razpravljamo o rezultatih analize teksture. Mancebo in sod.
(2015) so analizirali piškote iz različnih vrst mok. Pripravili so več različnih vzorcev testa, za pripravo katerih so uporabili pšenično moko in brezglutenske moke (ajdovo, koruzno, riževo in tefovo). Najbolj trdni so bili piškoti iz ajdove, tefove in koruzne moke. Razlog je najverjetneje v visoki vsebnosti beljakovin uporabljenih mok (Maache-Rezzoug in sod., 1998). Sklepamo lahko, da je to razlog, da so bili naši izdelki iz pšenične moke najbolj trdi.
Čeprav nimamo podatkov o trdoti naših vzorcev iz ajdove moke, lahko sklepamo, da bi bili ajdovi piškoti najtrši. Ta sklep še dodatno podkrepijo rezultati študije Torbica in sod. (2012), ki poročajo, da pride do znižanja trdote, ko v recepturi del ajdove moke nadomesti riževa moka. Riževa moka ne pripomore k trdoti piškotov, sploh če ima velike delce. Tudi moka, ki smo jo uporabili za pripravo naših vzorcev, je bila na otip ostra, kar je najverjetneje razlog za nizko trdoto piškotov. Prevelik delež riževe moke v testu je neugodno vplival na trdoto končnega izdelka. Glede na naše meritve je kohezivnost premo sorazmerna trdoti vzorcev.
5 SKLEPI
Za 3D tisk sta bili najprimernejši recepturi z 84,5 g in 74,5 g ajdove moke, saj so vzorci piškotov uspešno ohranili obliko. Sledi jima še receptura z 84,5 g pšenične moke. Največjo trdnost smo izmerili pri vzorcih testa iz pšenične moke. Trdota je naraščala z večanjem deleža moke v testu. Podoben trend je bilo opaziti tudi pri koruzni moki in delno pri riževi moki. Najbolj trdi piškoti so bili pri vzorcu PM84, sledi mu PM74, RM48.
Trdi izdelki so dobro ohranili obliko, mehki izdelki pa slabo, kar lahko opazimo pri vzorcih iz riževe moke. Z našimi poskusi smo potrdili našo hipotezo, saj smo z vsako uporabljeno vrsto moke znatno vplivali na strukturne lastnosti izdelkov, ker je bila izmerjena trdota izdelkov odvisna od vrste uporabljene moke. Poleg tega smo tudi z vizualnim pregledom
natisnjenih izdelkov pred in po peki ugotovili, da ima uporabljena moka znaten vpliv na strukturne lastnosti testa.
6 POVZETEK
3DP je tehnologija aditivne produkcije, ki v zadnjih letih predstavlja velik potencial za personalizacije v živilstvu. 3D tisk z ekstruzijo se je izkazal za najbolj primerno tehnologijo 3D tiska za poltrdne živilske materiale kot so sir, čokolada, sladkorna glazura, humus, maslo in nenazadnje testo. Testo za 3D tisk mora imeti primerne reološke lastnosti. To pomeni, da mora biti viskoznost dovolj nizka, da lahko uspešno prehaja skozi šobo pri čim nižji sili in ima dobro ekstruzijsko sposobnost. Poleg tega mora biti strižni modul dovolj visok, da je zagotovljena ponovljivost oblik in ohranitev natisnjene oblike. Različne vrste mok imajo pomemben vpliv na uspešnost tiska testa. Beljakovine (glutenske in neglutenske) in njihova vsebnost ter vsebnost vlaknin so najbolj so najpomembnejše komponente mokev testu za 3D tisk. Razmerje med sladkorjem, maščobo in moko je pomembno za strukturne lastnosti.
Ker se testo po tisku toplotno obdela, mora biti sestavljeno tako, da se reologija testa med pečenjem ne spremeni, kar pomeni, da ne pride do deformacije natisnjene oblike. Natisnjena oblika mora ohraniti obliko med toplotno obdelavo. Ugotovili smo, da so bili vzorci testa iz ajdove moke najbolj sposobni ohraniti obliko med tiskom in ohraniti obliko med pečenjem.
Vzorci iz pšenične moke so uspešno ohranili obliko med tiskom, vendar manj uspešno med pečenjem. Najbolj neprimerni vzorci so bili iz riževe moke. Optimalna receptura je bila iz 70,4 g masla, 28,2 g sladkorja, 16,9 g beljakov in 84,5 g ajdove moke, primerljiva pa je bila tudi receptura iz 70,4 g masla, 28,2 g saharoze, 16,9 g in 84,5 g pšenične moke. Poglobljena analiza vpliva različnih mok na sposobnost tiskanja ni bila mogoča, ker nismo mogli izvesti vseh analiz do konca in nismo opravili reološke karakterizacije testa ter fizikalno kemijske analize uporabljenih mok.
