浙江大(da)學(xué)生物系統(tǒng)(tong)工程(cheng)與食(shi)品科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人(ren)員在國內(nèi)期(qi)刊《食品安(an)全質(zhì)量(liang)檢測學(xué)報(bao)》發(fā)表了題為(wei)"基于高精度3D 打(da)印的三文(wen)魚植物基替(ti)代物(wu)研究"的研究(jiu)論文。在該論文(wen)中，研究人員使(shi)用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測定了(le)三文魚(yu)排和3D 打印(yin)植物(wu)基替代物的硬度(du)、粘性、彈(dan)性與咀(ju)嚼性(xing)等指(zhi)標(biāo)。

摘 要(yao): 目的 基于高精度(du)3D 打印(yin)技術(shù)研究三文(wen)魚植物基(ji)替代物。方法 以豌豆(dou)分離蛋白(bai)(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(jiao)(konjac gum, KGM)和天然胡(hu)蘿卜(bo)粉為(wei)原輔料(liao), 進(jìn)行精準(zhǔn)(zhun)3D 復(fù)合打印(yin)生產(chǎn)模擬三(san)文魚色澤、質(zhì)構(gòu)(gou)的植物(wu)基替代物(wu)?？疾觳煌?wu)料比例對(dui)油墨可打印性(xing)的影響; 選(xuan)取有代表性的(de)油墨配方(fang), 對其流變特性(xing)、水分(fen)分布(bu)情況、微(wei)觀結(jié)構(gòu)(gou)進(jìn)行表征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度的升(sheng)高都增強(qiang)了體系與(yu)水結(jié)合的(de)能力(li), 且PPI 濃度過高時(shi)(20%, m:m)影響了KGM 與(yu)水結(jié)(jie)合形(xing)成穩(wěn)定(ding)凝膠的能(neng)力。PPI15KGM5 配方可(ke)形成(cheng)致密(mi)的網(wǎng)(wang)格結(jié)構(gòu), 增強(qiang)了體(ti)系的穩(wěn)定(ding)性, 擁(yong)有良好的剪切(qie)恢復(fù)特性, 有利(li)于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具(ju)有更好的(de)機械性(xing)能和結(jié)構(gòu)強(qiang)度, 但是由于PPI 濃(nong)度過(guo)高影響KGM 形(xing)成穩(wěn)(wen)定凝膠結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切(qie)恢復(fù)(fu)特性(xing)較差。流變學(xué)參(can)數(shù)η、τy、G'、屈服應(yīng)(ying)變及剪(jian)切恢復(fù)特性對(dui)油墨(mo)3D 打印過程影(ying)響顯著。結(jié)論(lun) 通過調(diào)(diao)整3D 打印精(jing)細(xì)化(hua)程度(350 μm 和500 μm)和(he)模型填充度, 生(sheng)產(chǎn)了(le)具有差(cha)異化質(zhì)(zhi)構(gòu)的高(gao)蛋白含量(15%, m:m)產(chǎn)品(pin)。其中, 部分產(chǎn)(chan)品的粘(zhan)性和(he)彈性與真實(shi)三文魚類(lei)似, 這為(wei)開發(fā)3D 打印生(sheng)產(chǎn)植物(wu)基替代(dai)物提供了新的(de)視角。

1、質(zhì)構(gòu)特性測(ce)試

通過(guo)流動自來水(shui)對三文(wen)魚排(pai)進(jìn)行解(jie)凍, 恢復(fù)至室(shi)溫約30 min 后, 沿魚排(pai)順肌纖(xian)維纖維切下(xia)尺寸(cun)一致的(de)樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印(yin)完成的不同打(da)印精度與模(mo)型填充(chong)度的立(li)方體(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)(zhi)地剖面分析(texture profile analysis, TPA)測(ce)試。實驗條(tiao)件為: 兩次(ci)循環(huán)壓縮30%, 觸(chu)發(fā)力8 gf, 探頭移(yi)動速度(du)為1 mm/s。每組設(shè)置(zhi)3 組及以上平(ping)行測(ce)試。

2、結(jié)果分析

注: a: 硬度; b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀嚼(jue)性; e: 膠著性(xing); f 為真實(shi)三文魚, 以(yi)及不同模(mo)型填充(chong)度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴頭(tou)打印的產(chǎn)(chan)品彈性; 圖a~f 中(zhong)不同大寫字母(mu)表示組間差(cha)異顯著(zhu), P<0.05。

圖7 不同(tong)打印產(chǎn)品的(de)質(zhì)地剖面(mian)分析(xi)(a~e)和與真實(shi)三文魚彈(dan)性的比較(jiao)(f) (n=3)

為了探究不同(tong)打印噴嘴(zui)的產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性差異, 本研究(jiu)進(jìn)行了(le)TPA 測試(shi)(圖7a~e), 并分別(bie)對350 μm 和500 μm的噴頭產(chǎn)(chan)品進(jìn)行(xing)顯著(zhu)性分析(圖(tu)7f)。

硬度是(shi)壓縮樣品所(suo)需的力, 可以模(mo)仿人口腔對(dui)固體或者半固(gu)體的咀嚼情(qing)況[50]。在圖7a 中, 隨著(zhe)模型(xing)填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭產(chǎn)品的(de)硬度(du)從(59.3±25.3) gf 上升到(dao)了(137.4±19.2) gf, 填充度上(shang)升提高了打印(yin)硬度。但對(dui)于350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品, 硬度(du)并沒有(you)上升(sheng), 且彼此之間(jian)并沒有顯著(zhu)性差異(yi), 不過填充(chong)度為40%時, 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品硬度大于(yu)500 μm。咀嚼性(圖7d)和膠(jiao)著性(圖7e)的結(jié)果(guo)與硬度測量結(jié)(jie)果類似(shi), 即500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性(xing)隨模型填充度(du)上升而上(shang)升; 但是350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品基本沒(mei)有顯(xian)著性差異。不過(guo), 在40%填充(chong)度時, 350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性都顯(xian)著高于500 μm, 這可(ke)能是(shi)精細(xì)化(hua)打印提(ti)高了產(chǎn)品內(nèi)(nei)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)(wen)定性, 從而改善(shan)質(zhì)構(gòu)特性(xing)。

粘性(xing)是克服樣(yang)品本身的粘(zhan)性而(er)消耗的能(neng)量, 代表著需(xu)要從牙(ya)齒或者(zhe)上顎去除粘附(fu)的食物所(suo)做的功(gong)。本研究(jiu)中,隨著模型(xing)填充度(du)上升, 350 μm 的噴頭產(chǎn)(chan)品的粘性均(jun)呈現(xiàn)上升趨勢(shi)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(dao)(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接(jie)近真實三文(wen)魚的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性(xing)是樣品去除形(xing)變后恢復(fù)(fu)到本來(lai)狀態(tài)的(de)能力(li), 表現(xiàn)為食物(wu)被牙(ya)齒咬后恢(hui)復(fù)到原狀(zhuang)的能力。且(qie)彈性(xing)和魚(yu)的新鮮程(cheng)度關(guān)聯(lián)性極大(da), 魚在屠(tu)宰、冰凍(dong)或者腐敗后(hou), 彈性都會(hui)有一定程度(du)的下降(jiang)。工業(yè)(ye)中, 工人通(tong)常使(shi)用“手指法(fa)"測量生魚片的(de)質(zhì)構(gòu)以了解(jie)其彈性是(shi)否適(shi)合進(jìn)一(yi)步加工。在圖(tu)7c 中, 隨著(zhe)模型(xing)填充度的上(shang)升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的(de)彈性(xing)從0.41±0.06 上升到了(le)0.58±0.03, 并且接近本(ben)次測量的三(san)文魚的(de)彈性(xing)(0.61±0.03)。詳細(xì)的(de)彈性數(shù)據(jù)對比(bi)如圖7f 所示(shi), 真實三文(wen)魚肉的(de)彈性(xing)和500-70%的產(chǎn)品無顯(xian)著性差(cha)異, 表(biao)明通過精細(xì)(xi)化打印和調(diào)(diao)控模型(xing)填充度, 可以(yi)對三文魚的(de)質(zhì)構(gòu), 例如(ru)彈性(xing)進(jìn)行還原(yuan)。

綜上(shang), 通過不同(tong)噴頭(tou)對不同填充度(du)的模型進(jìn)(jin)行打印可以對(dui)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控(kong), 以接近(jin)真實三文(wen)魚的質(zhì)構(gòu)(gou),比如粘性和彈(dan)性; 且對于(yu)40%填充度的模(mo)型, 使用更高精(jing)度的350 μm 噴頭相(xiang)較于500 μm 噴頭(tou), 提高了產(chǎn)品的(de)內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)和質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。

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基于高精度(du)3D 打印(yin)的三文魚(yu)植物基替代物(wu)研究