人們喜歡一種食物，往往因?yàn)樗哂心撤N獨(dú)特的口感。以巧克力放入口中為例，如果在享受其味道的同時(shí)，還可咬出盡可能多的“嘎嘣脆”聲音，會(huì)不會(huì)是一種美妙的體驗(yàn)？

那么，怎樣通過(guò)科學(xué)的方法，制作出這種口感清脆的巧克力呢？

最近，荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)聯(lián)合多團(tuán)隊(duì)在Soft Matte上發(fā)表論文稱，他們利用最新的3D打印技術(shù)，以獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)制造出口感完美、爽脆的巧克力。

相關(guān)論文題目為《設(shè)計(jì)具有可調(diào)裂紋數(shù)量的可食用機(jī)械超材料》。團(tuán)隊(duì)成員包括阿姆斯特丹大學(xué)、烏得勒支大學(xué)、代爾夫特理工大學(xué)與聯(lián)合利華的創(chuàng)新中心。

想要得到一種具備優(yōu)越特定的超材料（具有特殊性質(zhì)的人造材料），與材料本身的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)密不可分，例如超材料在電磁學(xué)和力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。而根據(jù)需求在食品領(lǐng)域設(shè)計(jì)材料，此前還未曾出現(xiàn)。

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種具有定制斷裂特性的可食用“機(jī)械超材料”，通過(guò)這種方式讓巧克力的脆裂程度和口感更好。通過(guò)試驗(yàn)證明，這種創(chuàng)新的材料加工出的巧克力口感更佳，這種方法也為3D打印按需設(shè)計(jì)食品提供了新的思路。

由于巧克力自身的特性，加工巧克力這種材料并非易事。如果想要達(dá)到更脆的口感，巧克力需要經(jīng)過(guò)“加熱-冷卻”的過(guò)程。

因此，如何“控制”材料成為影響巧克力口感的關(guān)鍵因素。在這個(gè)過(guò)程中，研究人員先將巧克力稍微加熱，然后添加冷巧克力，接著再次冷卻后放入3D打印機(jī)。正是因?yàn)檫@樣，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點(diǎn)。

巧克力的形狀也有講究。起初，研究人員嘗試S狀螺旋排列的巧克力。他們通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，巧克力在入口“破裂”時(shí)會(huì)產(chǎn)生不一樣的裂縫，而這種斷裂取決于人們吃巧克力時(shí)咬下去的方向。

于是，該團(tuán)隊(duì)使用巧克力作為模型材料，然后通過(guò)演示制造斷裂各向異性和裂紋數(shù)量的過(guò)程，隨后證明這些特性在口感體驗(yàn)中得到體現(xiàn)。他們用實(shí)驗(yàn)?zāi)M“咬下去”的過(guò)程后發(fā)現(xiàn)，一旦巧克力受到從上至下的壓力，會(huì)產(chǎn)生不同的裂縫。

但如果壓力來(lái)自垂直于巧克力的方向，那么只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)裂縫。相比之下，當(dāng)結(jié)構(gòu)沿其垂直方向被壓縮時(shí)，機(jī)械超材料會(huì)軟得多，因?yàn)樗膭偠缺人椒较虻?0倍。

此外，機(jī)械超材料的脆性也較小，因?yàn)榱?位移曲線對(duì)于較大范圍的壓縮位移和多個(gè)峰值表現(xiàn)出有限的力。因此，該材料表現(xiàn)出強(qiáng)烈的各向異性斷裂響應(yīng)，這在典型的食品微觀結(jié)構(gòu)中難以實(shí)現(xiàn)。

這項(xiàng)結(jié)果給該團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了新的啟發(fā)，研究人員在由10人組成的受試小組觀察相關(guān)體驗(yàn)效果。隨后，他們通過(guò)不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行嘗試，以確認(rèn)一種可設(shè)計(jì)的材料結(jié)構(gòu)達(dá)到理想斷裂次數(shù)。

各向異性可食用機(jī)械超材料

具有可調(diào)裂紋數(shù)量的可食用機(jī)械超材料

他們對(duì)不同形狀的巧克力進(jìn)行了逐一測(cè)試，還對(duì)每位受試者“咬下”巧克力發(fā)出的聲音進(jìn)行錄音。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，巧克力的形狀與“嘎嘣脆”聲音相關(guān)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，巧克力結(jié)構(gòu)的螺旋繞程度越大，人們咬下巧克力時(shí)就會(huì)聽(tīng)見(jiàn)越多的聲音。

此外，他們通過(guò)觀察還確認(rèn)了整體感官評(píng)級(jí)以及感知到的裂縫數(shù)量，與從力-位移曲線測(cè)量的裂縫數(shù)量呈正相關(guān)。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)諸如上述的螺旋巧克力超材料具有有趣的可控特性。圈數(shù)不僅直接決定材料在機(jī)械壓力下的斷裂次數(shù)；受試者在咬下巧克力時(shí)，也注意到斷裂更少和更多之間的差異。錄音還顯示，巧克力被咬時(shí)發(fā)出的聲音與斷裂的數(shù)量相匹配，這進(jìn)一步增強(qiáng)了愉快的用餐體驗(yàn)。

總的來(lái)說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)一系列可食用機(jī)械超材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)械測(cè)試和感官評(píng)估，證明了可以控制口感感官體驗(yàn)的一些特征，例如感知咬合的難易程度和感知的咬合次數(shù)。

并且，他們還進(jìn)一步確定拓?fù)鋬?yōu)化是獲得具有按需各向異性的超材料的有效途徑。該研究通過(guò)使用斷裂優(yōu)化方法、可食用產(chǎn)品以及工程結(jié)構(gòu)及其他方面的優(yōu)化方法，為合理設(shè)計(jì)人與物質(zhì)相互作用和斷裂特性提供了新的思路。