Голландские физики, являющиеся частью растущей области «съедобных метаматериалов», обнаружили, что конфеты в форме спирали, напечатанные на 3D-принтере, создают идеальные ощущения в процессе их употребления.
Что делает кусочек шоколада приятным на вкус? Это сладость? Как он тает во рту? Хруст, который он издаёт? Всё вышеперечисленное?
Команда из Университета Амстердама пытается использовать физику и геометрию, чтобы ответить на некоторые из этих вопросов, и надеется создать ещё более приятное угощение.
Их результат — конфета в форме спирали, напечатанная на 3D-принтере, не похожа ни на что, что в настоящее время находится на полках супермаркета.
А это может быть просто будущее еды.
«К счастью, в команде не было никого, кто бы не любил шоколад», — смеётся Корентен Куле, физик из Амстердамского университета, который руководил исследованием. Куле обычно работает с непищевыми «метаматериалами» — материалами со структурой и свойствами, которых нет в природе. В прошлом его работа была связана с материалами, изменяющими форму, для робототехники, протезов и электроники. Но партнёрство с гигантом продуктов питания и потребительских товаров Unilever заставило его и его команду обратить внимание на шоколад.
Во-первых, исследователи темперировали тёмный шоколад, содержащий 72 процента какао, тщательно нагревая и охлаждая его, чтобы придать ему стабильную структуру. Затем они напечатали из шоколада серию спиралевидных фигур с помощью 3D-принтера. Некоторые спирали имели простую S-образную форму, тогда как другие были более замысловатыми, почти как лабиринты. Затем команда подвергла конфеты серии механических испытаний, чтобы увидеть, как они сломаются при «укусе». Когда на конфеты надавливали сверху, они разбивались на множество кусочков (особенно те, которые были закручены в более сложные спирали). При надавливании сбоку они обычно трескались только один раз.
Почему это важно
Следующим шагом исследования, опубликованного в прошлом месяце в журнале Soft Matter, было дать шоколад очень удачливой группе людей-испытателей. Исследователи спросили, какие формы предпочли тестировщики и почему. «Чем сложнее была форма, тем больше в ней было трещин, и тем больше им это нравилось», — говорит Куле. Тот факт, что дегустаторам понравился более ломкий шоколад, неудивителен. Предыдущие исследования показали, что людям нравится ощущение, когда пища хрустит или ломается во рту. Им особенно нравится слушать звуки разрушения. Исследователь вкуса Алан Хирш описывает его как «музыку жевания».
Некоторые учёные считают, что это может быть связано с тем, что хрусткость является признаком свежести — подумайте о свежих яблоках по сравнению с увядшей капустой — и эта текстура помогала нашим предкам искать самые питательные продукты.
Шоколад, конечно, не славится своей полезностью. Но исследование является частью более широкой области «съедобных метаматериалов», которая может создавать более питательные продукты, которые легче есть или лучше для окружающей среды. «В разработке «метапродуктов» впереди нас ждут захватывающие времена», — говорит Фабио Валоппи, исследователь из Хельсинкского университета, изучающий съедобные метаматериалы.
Съедобные метаматериалы будущего
Область молодая, но она полна надежд. Валоппи упоминает о недавнем исследовании пасты, которая трансформируется, или макаронных изделий с геометрическим дизайном, которые во время приготовления превращаются из плоских в трёхмерные. «Вы можете себе представить, что наличие такого типа макарон может помочь уменьшить экологический след за счёт сокращения выбросов и транспортных расходов», — говорит он. «Плоские макаронные изделия можно более эффективно укладывать в упаковку, а их трансформация во время приготовления позволит есть их в той форме, которая нам нравится больше всего».
По словам Куле, использование геометрии для адаптации вкуса пищи может позволить исследователям использовать здоровую пищу с низким углеродным следом (например, чечевицу или тофу) для создания интересных и вкусных
заменителей мяса. С помощью тех же методов можно создавать специальные продукты для людей, у которых есть проблемы с откусыванием или жеванием из-за болезни или проблем с зубами.
Если бы можно было контролировать, какая сила требуется, чтобы разбить кусок пищи, у людей была бы возможность приготовить вкусную твёрдую пищу, которую очень легко откусить.
Фото: depositphotos.com
В более футуристическом плане Куле представляет мир, в котором геометрия является инструментом индивидуального приготовления пищи. Представьте себе астронавтов на Международной космической станции, распечатывающих продукты, адаптированные к их потребностям и предпочтениям, или солдат, обедающих на MRE, которые используют съедобные метаматериалы для доставки максимального количества калорий в минимальном объёме пространства.
Ещё более научно-фантастической является идея съедобных голограмм — продуктов, поверхность которых была выгравирована таким образом, чтобы придать им блестящий голографический рисунок.
Это меняет цвет пищи (представьте себе конфеты без искусственных красителей) и потенциально может привести к маркировке пищевых продуктов. «Это может снизить потребность в печати этикеток, и пищевой продукт сам становится этикеткой», — говорит Валоппи.
Исследование геометрии разрушения также имеет применение в непищевой сфере.
Выяснение того, как контролировать разрыв материала, может означать разработку более качественных защитных шлемов или другого защитного снаряжения. Контролируемое разрушение может даже означать более безопасные самолеты или автомобили. Можно представить себе транспортное средство, спроектированное так, чтобы его внешняя часть разрушалась таким образом, что защищать внутреннюю часть.
Куле надеется продолжить свои исследования продуктов питания. В настоящее время он работает над созданием консорциума с пищевыми компаниями, чтобы использовать своё геометрическое моделирование при разработке продуктов питания. Возможности практически безграничны. «Поскольку метаматериалы всё ещё находятся в зачаточном состоянии, в этой области есть большой потенциал», — соглашается Валоппи. «На Земле у нас есть ограниченное количество материалов с ограниченными свойствами. Прелесть метаматериалов — как в их съедобных, так и в несъедобных формах — заключается в том, что, просто добавляя некоторые формы и архитектуру к одним и тем же материалам с ограниченными свойствами, мы можем придать им новые функциональные возможности».