3D food printing of pastes incorporating Jerusalem artichoke puree: formulation, printability, and rheological characterization
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि डिहाइड्रेटेड आलू के पेस्ट में 40% तक जेरूसलम आर्टिचोक प्यूरी को शामिल करना, जिसे ज़ैंथन-पेक्टिन द्वारा स्थिर किया गया है और कैल्शियम क्लोराइड के साथ पोस्ट-प्रिंट किया गया है, ट्यूनेबल यांत्रिक गुणों और उच्च संरचनात्मक अखंडता वाले प्रीबायोटिक-समृद्ध, ग्लूटेन-मुक्त खाद्य पदार्थों की सफल 3D प्रिंटिंग को सक्षम बनाता है।
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कल्पना कीजिए कि आप एक रेत का किला (sandcastle) बनाने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन रेत के बजाय, आप एक गाढ़े, खाने योग्य पेस्ट का उपयोग कर रहे हैं। एक अच्छा किला बनाने के लिए, पेस्ट का बिल्कुल सही होना ज़रूरी है: यह इतना नरम होना चाहिए कि बाल्टी (या प्रिंटर नोजल) से बाहर निकल सके, लेकिन इतना सख्त भी होना चाहिए कि ज़मीन पर गिरने के बाद अपना आकार बनाए रख सके ताकि मीनार ढह न जाए।
यह शोध पत्र इस बारे में है कि कैसे एक 3D फूड प्रिंटर को एक विशेष सामग्री का उपयोग करके संरचनाएं बनाना सिखाया जाए, जिसे जेरूसलम आर्टिचोक (एक प्रकार का कंद जो अदरक की जड़ जैसा दिखता है लेकिन स्वाद में थोड़ा मीठे शकरकंद जैसा होता है) कहा जाता है। लक्ष्य यह देखना था कि क्या हम कुछ सामान्य "बिल्डिंग ब्लॉक्स" (निर्जलित आलू) को इस नए आर्टिचोक सामग्री के साथ बदलकर स्वस्थ, ग्लूटेन-मुक्त और प्रीबायोटिक-समृद्ध खाद्य आकृतियाँ बना सकते हैं।
यहाँ उनके प्रयोग की कहानी दी गई है, जिसे सरल रूप में समझाया गया है:
1. समस्या: "बहुत नरम" सामग्री
शोधकर्ताओं ने एक मानक रेसिपी से शुरुआत की: मैश किए हुए आलू का पेस्ट। यह एक विश्वसनीय, मजबूत मिट्टी की तरह है जिसे प्रिंटर पसंद करते हैं। फिर उन्होंने जेरूसलम आर्टिचोक प्यूरी के साथ कुछ आलू को बदलने की कोशिश की।
सोचिए कि आलू एक मजबूत ईंट की दीवार की तरह है। यह अपना आकार अच्छी तरह से बनाए रखता है। हालाँकि, जेरूसलम आर्टिचोक में इनुलिन नामक एक फाइबर प्रचुर मात्रा में होता है। इनुलिन, हालांकि स्वास्थ्यवर्धक है, लेकिन यह गीली, फिसलन भरी कीचड़ की तरह काम करता है। जब उन्होंने 100% आर्टिचोक पेस्ट के साथ प्रिंट करने की कोशिश की, तो यह बहुत कमजोर था। यह नोजल से बाहर तो निकला लेकिन तुरंत ढह गया, और अपने आप खड़े होने के लिए इसमें पर्याप्त "कठोरता" नहीं थी। इसमें मीनार बनाने के लिए आवश्यक "कठोरता" की कमी थी।
2. समाधान: "गोंद" और "स्प्रे"
इसे ठीक करने के लिए, शोधकर्ताओं ने मिश्रण में दो विशेष सहायक चीजें मिलाईं:
- ज़ैंथन गम (Xanthan Gum): इसे एक गाढ़ा करने वाले पदार्थ (thickener) के रूप में सोचें जो पेस्ट को लचीला बनाता है और इसे प्रिंटर नोजल के माध्यम से बिना जाम हुए सुचारू रूप से बहने में सक्षम बनाता है।
- लो-मेथॉक्सिल पेक्टिन (Low-Methoxyl Pectin): इसे एक जादुई गोंद के रूप में सोचें जो सक्रिय होने का इंतज़ार कर रहा है।
उन्होंने पाया कि आर्टिचोक को आलू (40% तक आर्टिचोक) के साथ मिलाने और इन दोनों सहायकों को जोड़ने से एक "गोल्डिलॉक्स" (बिल्कुल सही) पेस्ट तैयार हुआ। यह प्रिंट करने के लिए पर्याप्त नरम था लेकिन अपना आकार बनाए रखने के लिए पर्याप्त मजबूत भी था।
3. "जादुई स्प्रे" (पोस्ट-प्रिंटिंग जेलेशन)
सही मिश्रण होने के बावजूद, प्रिंट की गई आकृतियाँ अभी भी थोड़ी नरम थीं। उन्हें सख्त बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक अंतिम तरकीब का उपयोग किया: उन्हें कैल्शियम समाधान (जैसे कैल्शियम क्लोराइड की धुंध) के साथ स्प्रे किया।
कल्प laइए कि पेस्ट में मौजूद पेक्टिन ढीले धागों का एक जाल है। जब कैल्शियम स्प्रे प्रिंट की गई वस्तु पर पड़ता है, तो यह स्नैप-ऑन कनेक्टर्स की तरह काम करता है जो तुरंत उन सभी धागों को आपस में बांध देता है। यह नरम, डगमगाती संरचना को एक सख्त, स्थिर जेल में बदल देता है।
- परिणाम: उन्होंने पाया कि 5% कैल्शियम स्प्रे एकदम सही मात्रा थी। इसने भोजन को भंगुर और भुरभुरा बनाए बिना उसे सख्त और स्थिर (एक सख्त जेली की तरह) बना दिया।
4. उन्होंने क्या सीखा
- संतुलन: आप केवल 100% आर्टिचोक का उपयोग नहीं कर सकते; यह अपने आप में बहुत कमजोर है। लेकिन यदि आप इसे आलू (40% तक आर्टिचोक) के साथ मिलाते हैं और सही "गोंद" (ज़ैंथन और पेक्टिन) जोड़ते हैं, तो यह बहुत खूबसूरती से काम करता है।
- बनावट (Texture): जैसे-जैसे उन्होंने आर्टिचोक की मात्रा बढ़ाई, अंतिम उत्पाद नरम होता गया। शुद्ध आलू वाला संस्करण सबसे सख्त था, जबकि आर्टिचोक से भरपूर संस्करण अधिक नरम और लचीला था।
- आकार: मिश्रित पेस्ट जटिल आकृतियाँ, जैसे बर्फ के क्रिस्टल या हेक्सागोनल प्रिज्म, प्रिंट कर सकते थे और कैल्शियम स्प्रे द्वारा उन्हें सख्त करने के बाद उन्होंने अपना आकार पूरी तरह से बनाए रखा।
मुख्य निष्कर्ष
यह शोध पत्र सिद्ध करता है कि जेरूसलम आर्टिचोक स्वस्थ, ग्लूटेन-मुक्त खाद्य पदार्थों की 3D प्रिंटिंग के लिए एक बेहतरीन सामग्री है, लेकिन इसे थोड़े सहयोग की आवश्यकता होती है। आलू के साथ मिलाकर और एक "गाढ़ा करने वाले पदार्थ" और "कैल्शियम स्प्रे" का उपयोग करके, शोधकर्ता सफलतापूर्वक एक ढीले, स्वस्थ प्यूरी को एक मजबूत, प्रिंट करने योग्य खाद्य संरचना में बदलने में सफल रहे। यह गीली कीचड़ के ढेर को एक ठोस, खाने योग्य मूर्ति में बदलने जैसा है।
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