浙江大學(xue)生物系統(tǒng)工程(cheng)與食品(pin)科學學院(yuan)研究人(ren)員在(zai)國內(nèi)(nei)期刊《食品安全(quan)質(zhì)量檢測學(xue)報》發(fā)表了題為(wei)"基于高精(jing)度3D 打(da)印的三文魚植(zhi)物基替代物(wu)研究"的研(yan)究論文(wen)。在該論文(wen)中，研(yan)究人員使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構儀測定了(le)三文魚排(pai)和3D 打印(yin)植物基替代物(wu)的硬(ying)度、粘(zhan)性、彈性與咀嚼(jue)性等指(zhi)標。

摘 要: 目的 基于高精(jing)度3D 打印技(ji)術研究三(san)文魚植(zhi)物基替(ti)代物。方法 以豌豆(dou)分離蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋(yu)膠(konjac gum, KGM)和天然(ran)胡蘿卜粉(fen)為原輔(fu)料, 進行精(jing)準3D 復合(he)打印生(sheng)產(chǎn)模擬三文魚(yu)色澤(ze)、質(zhì)構的植物基(ji)替代物?？?kao)察不(bu)同物料(liao)比例(li)對油墨可打(da)印性(xing)的影響; 選(xuan)取有代表(biao)性的油墨配方(fang), 對其流變特性(xing)、水分分布情(qing)況、微觀結(jie)構進行表征。結果 PPI 和KGM 濃度的升(sheng)高都增(zeng)強了體系與水(shui)結合(he)的能(neng)力, 且PPI 濃度(du)過高(gao)時(20%, m:m)影響了KGM 與水(shui)結合形成穩(wěn)(wen)定凝膠的(de)能力。PPI15KGM5 配方(fang)可形成致密(mi)的網(wǎng)格結(jie)構, 增(zeng)強了體系的穩(wěn)(wen)定性, 擁(yong)有良(liang)好的剪(jian)切恢(hui)復特性(xing), 有利于3D 打(da)印; 而PPI20KGM3 配(pei)方具有(you)更好的機械(xie)性能和結構(gou)強度, 但是由于(yu)PPI 濃度過高(gao)影響KGM 形成穩(wěn)定(ding)凝膠(jiao)結構, 其剪(jian)切恢復特性(xing)較差(cha)。流變學參(can)數(shù)η、τy、G'、屈服應(ying)變及剪切恢(hui)復特性對油(you)墨3D 打印過(guo)程影響顯著。結論 通過調(diào)整3D 打印(yin)精細(xi)化程度(350 μm 和(he)500 μm)和模型填充度(du), 生產(chǎn)了具(ju)有差(cha)異化質(zhì)構(gou)的高蛋白含量(liang)(15%, m:m)產(chǎn)品。其中, 部分(fen)產(chǎn)品的(de)粘性(xing)和彈性與真(zhen)實三文(wen)魚類似, 這為(wei)開發(fā)3D 打印生(sheng)產(chǎn)植物基替代(dai)物提供了(le)新的視角(jiao)。

1、質(zhì)構特(te)性測(ce)試

通過流動自來(lai)水對三(san)文魚排進(jin)行解凍, 恢(hui)復至室溫(wen)約30 min 后, 沿魚排(pai)順肌纖維(wei)纖維切下尺(chi)寸一致(zhi)的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與(yu)打印完成的不(bu)同打(da)印精(jing)度與模型填(tian)充度的立方體(ti)(2×1×1 cm)進行質(zhì)地剖面(mian)分析(texture profile analysis, TPA)測試(shi)。實驗(yan)條件為: 兩(liang)次循環(huán)壓(ya)縮30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移動速度(du)為1 mm/s。每(mei)組設置3 組及(ji)以上平行測(ce)試。

2、結果分析(xi)

注: a: 硬度; b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀(ju)嚼性; e: 膠(jiao)著性; f 為真實三(san)文魚, 以(yi)及不同模(mo)型填充度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打印(yin)的產(chǎn)品彈性; 圖a~f 中不(bu)同大寫(xie)字母表示組間(jian)差異顯著, P<0.05。

圖7 不同打印產(chǎn)(chan)品的質(zhì)地剖(pou)面分析(xi)(a~e)和與真實三(san)文魚彈(dan)性的比較(f) (n=3)

為了探究不同(tong)打印(yin)噴嘴的(de)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構特性差異(yi), 本研究進行了(le)TPA 測試(圖7a~e), 并分別(bie)對350 μm 和(he)500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)(chan)品進(jin)行顯(xian)著性(xing)分析(圖7f)。

硬度是壓縮(suo)樣品所需的(de)力, 可以(yi)模仿(fang)人口(kou)腔對固(gu)體或者半固(gu)體的咀嚼(jue)情況(kuang)[50]。在圖7a 中, 隨(sui)著模型填充(chong)度的(de)上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品的硬(ying)度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到了(137.4±19.2) gf, 填充度上升(sheng)提高了(le)打印硬(ying)度。但對于(yu)350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin), 硬度(du)并沒有上升(sheng), 且彼此之(zhi)間并沒有顯(xian)著性差(cha)異, 不過填充(chong)度為40%時, 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品硬(ying)度大(da)于500 μm。咀(ju)嚼性(圖7d)和(he)膠著性(圖7e)的(de)結果與硬度(du)測量結(jie)果類似, 即500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構特(te)性隨模型(xing)填充(chong)度上升(sheng)而上升; 但是(shi)350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品基本(ben)沒有顯著性差(cha)異。不(bu)過, 在40%填充度時(shi), 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構特性(xing)都顯著(zhu)高于(yu)500 μm, 這可(ke)能是精細(xi)化打印提(ti)高了產(chǎn)品內(nèi)部(bu)結構的穩(wěn)定性(xing), 從而改善(shan)質(zhì)構特性。

粘性是克服樣(yang)品本身(shen)的粘性而消(xiao)耗的能(neng)量, 代(dai)表著需(xu)要從牙齒(chi)或者上(shang)顎去(qu)除粘附的(de)食物所(suo)做的功。本研(yan)究中,隨著模型(xing)填充度上(shang)升, 350 μm 的噴頭(tou)產(chǎn)品(pin)的粘性均呈現(xiàn)(xian)上升(sheng)趨勢(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升(sheng)到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的粘性(xing)[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實三(san)文魚的粘(zhan)性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dan)性是樣品(pin)去除形變后恢(hui)復到本來狀態(tài)(tai)的能力, 表現(xiàn)(xian)為食物被牙齒(chi)咬后(hou)恢復到(dao)原狀的能力(li)。且彈性和(he)魚的新鮮程(cheng)度關聯(lián)性極大(da), 魚在屠宰、冰(bing)凍或者腐(fu)敗后, 彈性都會(hui)有一定程度(du)的下降(jiang)。工業(yè)中(zhong), 工人(ren)通常使用“手(shou)指法"測量生魚(yu)片的質(zhì)構以了(le)解其彈性是(shi)否適(shi)合進(jin)一步加工(gong)。在圖(tu)7c 中, 隨著模型填(tian)充度的上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的彈性(xing)從0.41±0.06 上(shang)升到了(le)0.58±0.03, 并且(qie)接近本次測量(liang)的三文(wen)魚的彈性(0.61±0.03)。詳(xiang)細的彈性數(shù)(shu)據(jù)對(dui)比如圖(tu)7f 所示, 真實(shi)三文(wen)魚肉(rou)的彈性和500-70%的產(chǎn)(chan)品無顯(xian)著性(xing)差異, 表明通(tong)過精細化打印(yin)和調(diào)控模型填(tian)充度(du), 可以對三(san)文魚的質(zhì)構, 例(li)如彈性進行(xing)還原。

綜上, 通過(guo)不同噴頭對不(bu)同填充度的模(mo)型進行打印(yin)可以對產(chǎn)品的(de)質(zhì)構進(jin)行調(diào)(diao)控, 以接(jie)近真實三文(wen)魚的質(zhì)(zhi)構,比(bi)如粘(zhan)性和彈(dan)性; 且(qie)對于40%填充度(du)的模型(xing), 使用更高精(jing)度的350 μm 噴頭相較(jiao)于500 μm 噴(pen)頭, 提高了產(chǎn)品(pin)的內(nèi)部結(jie)構穩(wěn)定(ding)性和質(zhì)構(gou)特性。

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基于(yu)高精度3D 打印的(de)三文魚植物(wu)基替代物研究(jiu)