浙江大(da)學生物系(xi)統(tǒng)工程與食(shi)品科學學(xue)院研究人(ren)員在國(guo)內(nèi)期刊《食品(pin)安全質(zhi)量檢測(ce)學報》發(fā)(fa)表了題為(wei)"基于高精度(du)3D 打印(yin)的三文魚植(zhi)物基替代物(wu)研究"的研究論(lun)文。在該論文(wen)中，研究(jiu)人員使用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA質構儀測(ce)定了(le)三文魚(yu)排和3D 打印(yin)植物基替(ti)代物的硬度(du)、粘性、彈性(xing)與咀嚼性(xing)等指(zhi)標。

摘 要: 目的 基于(yu)高精度(du)3D 打印(yin)技術(shu)研究三(san)文魚植(zhi)物基(ji)替代物。方法 以豌豆(dou)分離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔(mo)芋膠(konjac gum, KGM)和天然胡(hu)蘿卜粉為(wei)原輔料, 進行(xing)精準3D 復合(he)打印生產(chǎn)模(mo)擬三文魚(yu)色澤(ze)、質構的(de)植物(wu)基替代(dai)物?？疾觳?bu)同物料比例對(dui)油墨可打印(yin)性的影響; 選(xuan)取有代表性(xing)的油墨配(pei)方, 對其(qi)流變特性、水(shui)分分布(bu)情況、微觀(guan)結構進行表征(zheng)。結果 PPI 和KGM 濃度的升高(gao)都增強了體系(xi)與水(shui)結合的能力(li), 且PPI 濃度過高(gao)時(20%, m:m)影(ying)響了KGM 與水(shui)結合(he)形成穩(wěn)定凝(ning)膠的能力(li)。PPI15KGM5 配方可形成致(zhi)密的網(wǎng)格(ge)結構(gou), 增強(qiang)了體(ti)系的穩(wěn)定性(xing), 擁有良好(hao)的剪切恢(hui)復特性, 有利(li)于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方(fang)具有(you)更好的機(ji)械性能和(he)結構強度(du), 但是由(you)于PPI 濃度(du)過高影響(xiang)KGM 形成穩(wěn)定凝(ning)膠結構, 其剪切(qie)恢復特(te)性較差。流(liu)變學參數(shù)η、τy、G'、屈(qu)服應變及剪(jian)切恢復(fu)特性對(dui)油墨(mo)3D 打印(yin)過程影響顯(xian)著。結論 通過調整(zheng)3D 打印精細化(hua)程度(du)(350 μm 和500 μm)和模型填(tian)充度, 生(sheng)產(chǎn)了具有(you)差異化(hua)質構的高蛋(dan)白含量(15%, m:m)產(chǎn)品。其(qi)中, 部(bu)分產(chǎn)品的(de)粘性和(he)彈性與(yu)真實三文(wen)魚類似, 這(zhe)為開發(fā)(fa)3D 打印生產(chǎn)植物(wu)基替(ti)代物提供了新(xin)的視角。

1、質構特性測試(shi)

通過流動自來(lai)水對三文(wen)魚排(pai)進行(xing)解凍(dong), 恢復至室溫(wen)約30 min 后, 沿(yan)魚排順肌纖(xian)維纖(xian)維切下尺寸一(yi)致的樣(yang)品(2 cm×1 cm×1 cm)與打(da)印完成的不同(tong)打印(yin)精度與(yu)模型填充度的(de)立方體(ti)(2×1×1 cm)進行質地(di)剖面(mian)分析(texture profile analysis, TPA)測試(shi)。實驗條件(jian)為: 兩(liang)次循環(huán)壓(ya)縮30%, 觸發(fā)(fa)力8 gf, 探頭(tou)移動速度為(wei)1 mm/s。每組(zu)設置3 組及以上(shang)平行測(ce)試。

2、結果分析(xi)

注: a: 硬度(du); b: 粘性; c: 彈(dan)性; d: 咀嚼性; e: 膠(jiao)著性; f 為真實三(san)文魚, 以及不同(tong)模型填(tian)充度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴頭打(da)印的(de)產(chǎn)品(pin)彈性; 圖a~f 中不同(tong)大寫字母表示(shi)組間差異(yi)顯著, P<0.05。

圖7 不同打(da)印產(chǎn)(chan)品的質(zhi)地剖(pou)面分析(a~e)和(he)與真實三(san)文魚彈性的比(bi)較(f) (n=3)

為了探究(jiu)不同(tong)打印(yin)噴嘴的產(chǎn)品的(de)質構特性(xing)差異, 本研究(jiu)進行(xing)了TPA 測試(圖(tu)7a~e), 并分別對350 μm 和(he)500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)品進行顯(xian)著性分析(圖(tu)7f)。

硬度是(shi)壓縮樣(yang)品所需的力(li), 可以模仿人(ren)口腔對固體(ti)或者(zhe)半固體的(de)咀嚼(jue)情況[50]。在圖(tu)7a 中, 隨著模型(xing)填充度的(de)上升, 500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的硬度從(59.3±25.3) gf 上(shang)升到了(137.4±19.2) gf, 填充度上升提(ti)高了打印硬(ying)度。但對于350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品, 硬度(du)并沒有上升(sheng), 且彼此之間(jian)并沒有顯著(zhu)性差異, 不過(guo)填充(chong)度為40%時, 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品硬(ying)度大于(yu)500 μm。咀嚼性(圖(tu)7d)和膠著性(xing)(圖7e)的結果與硬(ying)度測量結果類(lei)似, 即500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品(pin)的質構特(te)性隨模型(xing)填充(chong)度上升而上(shang)升; 但(dan)是350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品基本沒有顯(xian)著性(xing)差異。不(bu)過, 在40%填(tian)充度時(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)品的(de)質構特性(xing)都顯著(zhu)高于(yu)500 μm, 這可能是(shi)精細化打(da)印提高了產(chǎn)品(pin)內(nèi)部結構(gou)的穩(wěn)定性, 從(cong)而改善質(zhi)構特性。

粘性是(shi)克服樣品本(ben)身的粘性而(er)消耗(hao)的能量, 代表(biao)著需要從(cong)牙齒或者上(shang)顎去除粘附的(de)食物所(suo)做的功。本研(yan)究中,隨著(zhe)模型填充(chong)度上升, 350 μm 的噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)粘性均呈現(xiàn)上(shang)升趨勢(shi)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升(sheng)到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的粘(zhan)性[(12.59±0.75) gf-mm]接近(jin)真實(shi)三文魚的粘(zhan)性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣(yang)品去除形(xing)變后恢復到本(ben)來狀態(tài)的能(neng)力, 表現(xiàn)為食物(wu)被牙(ya)齒咬(yao)后恢復到(dao)原狀的(de)能力。且彈(dan)性和(he)魚的(de)新鮮(xian)程度關聯(lián)性極(ji)大, 魚(yu)在屠(tu)宰、冰凍(dong)或者腐(fu)敗后, 彈性都會(hui)有一定程度(du)的下(xia)降。工(gong)業(yè)中(zhong), 工人(ren)通常使用(yong)“手指法"測量生(sheng)魚片的質構(gou)以了解(jie)其彈性是(shi)否適合進(jin)一步加工。在圖(tu)7c 中, 隨著(zhe)模型填充度(du)的上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品的(de)彈性從0.41±0.06 上升到(dao)了0.58±0.03, 并(bing)且接近(jin)本次測量(liang)的三(san)文魚的(de)彈性(0.61±0.03)。詳細的(de)彈性數(shù)(shu)據(jù)對比如圖7f 所(suo)示, 真實三(san)文魚肉(rou)的彈性(xing)和500-70%的產(chǎn)品無(wu)顯著性差異, 表(biao)明通過精細(xi)化打(da)印和調控(kong)模型填(tian)充度, 可(ke)以對三文魚(yu)的質構, 例如彈(dan)性進(jin)行還(hai)原。

綜上, 通(tong)過不(bu)同噴頭對不同(tong)填充度的模(mo)型進(jin)行打(da)印可以對產(chǎn)(chan)品的質構進(jin)行調控, 以接(jie)近真(zhen)實三文(wen)魚的質構,比如(ru)粘性和彈性; 且(qie)對于(yu)40%填充度(du)的模型, 使用更(geng)高精度的350 μm 噴(pen)頭相較(jiao)于500 μm 噴頭(tou), 提高了產(chǎn)(chan)品的內(nèi)(nei)部結構(gou)穩(wěn)定性和質(zhi)構特(te)性。

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基于高精(jing)度3D 打印(yin)的三文魚植物(wu)基替代物(wu)研究(jiu)