浙江大學(xué)生(sheng)物系統(tǒng)工程與(yu)食品(pin)科學(xué)學(xué)院研(yan)究人員在(zai)國(guó)內(nèi)期刊《食品(pin)安全質(zhì)量檢測(cè)(ce)學(xué)報(bào)》發(fā)表了(le)題為(wei)"基于高精度3D 打(da)印的三(san)文魚(yú)植物基替(ti)代物(wu)研究(jiu)"的研究論文。在該(gai)論文中，研究(jiu)人員使用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)定了(le)三文魚(yú)排和3D 打(da)印植物基替代(dai)物的硬度(du)、粘性、彈性與咀(ju)嚼性等(deng)指標(biāo)。

摘 要: 目的(de) 基于高精度3D 打(da)印技術(shù)(shu)研究三(san)文魚(yú)植物基(ji)替代物。方法 以豌豆(dou)分離(li)蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋(yu)膠(konjac gum, KGM)和天然(ran)胡蘿(luo)卜粉為原(yuan)輔料, 進(jìn)行(xing)精準(zhǔn)3D 復(fù)合打(da)印生(sheng)產(chǎn)模擬(ni)三文(wen)魚(yú)色(se)澤、質(zhì)構(gòu)的植(zhi)物基替(ti)代物?？疾?cha)不同物料比例(li)對(duì)油(you)墨可打(da)印性的影(ying)響; 選取有(you)代表(biao)性的油墨配方(fang), 對(duì)其流變特(te)性、水分(fen)分布情況、微(wei)觀(guān)結(jié)(jie)構(gòu)進(jìn)行表征(zheng)。結(jié)果 PPI 和KGM 濃(nong)度的(de)升高(gao)都增強(qiáng)了體(ti)系與水結(jié)合的(de)能力, 且PPI 濃度(du)過(guò)高時(shí)(20%, m:m)影(ying)響了(le)KGM 與水結(jié)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)格結(jié)構(gòu)(gou), 增強(qiáng)了體系的(de)穩(wěn)定(ding)性, 擁有良好的(de)剪切恢復(fù)(fu)特性, 有(you)利于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具有更(geng)好的機(jī)(ji)械性能(neng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 但(dan)是由于(yu)PPI 濃度過(guò)(guo)高影(ying)響KGM 形成穩(wěn)(wen)定凝膠結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切(qie)恢復(fù)特性(xing)較差。流變學(xué)(xue)參數(shù)η、τy、G'、屈(qu)服應(yīng)變(bian)及剪(jian)切恢(hui)復(fù)特性(xing)對(duì)油墨3D 打(da)印過(guò)程(cheng)影響(xiang)顯著。結(jié)論(lun) 通過(guò)調(diào)整3D 打印(yin)精細(xì)化程度(350 μm 和(he)500 μm)和模型填(tian)充度, 生產(chǎn)(chan)了具有差異化(hua)質(zhì)構(gòu)的高蛋白(bai)含量(15%, m:m)產(chǎn)(chan)品。其中, 部分產(chǎn)(chan)品的粘性(xing)和彈(dan)性與真(zhen)實(shí)三文魚(yú)(yu)類(lèi)似, 這為開(kāi)(kai)發(fā)3D 打印(yin)生產(chǎn)植物基替(ti)代物(wu)提供了新的視(shi)角。

1、質(zhì)構(gòu)特(te)性測(cè)試(shi)

通過(guò)流動(dòng)自來(lái)(lai)水對(duì)(dui)三文魚(yú)(yu)排進(jìn)行解(jie)凍, 恢(hui)復(fù)至室(shi)溫約30 min 后, 沿(yan)魚(yú)排(pai)順肌纖維纖(xian)維切(qie)下尺(chi)寸一致的樣品(pin)(2 cm×1 cm×1 cm)與打印完成的(de)不同打印精度(du)與模型填充度(du)的立方體(ti)(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)地剖(pou)面分析(xi)(texture profile analysis, TPA)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)條件(jian)為: 兩次循(xun)環(huán)壓縮30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移(yi)動(dòng)速度為(wei)1 mm/s。每組設(shè)(she)置3 組及以(yi)上平行(xing)測(cè)試(shi)。

2、結(jié)果分析(xi)

注: a: 硬(ying)度; b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀(ju)嚼性; e: 膠著性; f 為(wei)真實(shí)三文魚(yú), 以(yi)及不(bu)同模型填充(chong)度條件下, 350 μm 和(he)500 μm 噴頭打印(yin)的產(chǎn)品彈性; 圖a~f 中不同(tong)大寫(xiě)(xie)字母表(biao)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(di)剖面(mian)分析(a~e)和(he)與真(zhen)實(shí)三(san)文魚(yú)(yu)彈性的比較(jiao)(f) (n=3)

為了探究不同(tong)打印(yin)噴嘴的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特(te)性差異, 本(ben)研究進(jìn)行(xing)了TPA 測(cè)試(圖7a~e), 并(bing)分別對(duì)350 μm 和500 μm的(de)噴頭產(chǎn)(chan)品進(jìn)(jin)行顯著性分(fen)析(圖7f)。

硬度是壓縮(suo)樣品所需(xu)的力, 可以模(mo)仿人(ren)口腔對(duì)固體或(huo)者半固(gu)體的咀嚼情況(kuang)[50]。在圖7a 中(zhong), 隨著模型填充(chong)度的上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的硬(ying)度從(59.3±25.3) gf 上(shang)升到了(le)(137.4±19.2) gf, 填充度上升(sheng)提高了打(da)印硬度。但(dan)對(duì)于350 μm 噴(pen)頭的(de)產(chǎn)品, 硬度并沒(méi)(mei)有上升(sheng), 且彼此之(zhi)間并沒(méi)有(you)顯著性差異, 不(bu)過(guò)填充度為(wei)40%時(shí), 350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品硬(ying)度大于500 μm。咀(ju)嚼性(圖(tu)7d)和膠著(zhe)性(圖7e)的結(jié)果(guo)與硬度(du)測(cè)量結(jié)果類(lèi)似(shi), 即500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性隨模型(xing)填充度上升而(er)上升; 但(dan)是350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品基(ji)本沒(méi)有(you)顯著性差(cha)異。不過(guò), 在(zai)40%填充度時(shí), 350 μm 噴(pen)頭的(de)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特(te)性都(dou)顯著高于(yu)500 μm, 這可能是精細(xì)(xi)化打印(yin)提高了產(chǎn)品內(nèi)(nei)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)(wen)定性, 從而改(gai)善質(zhì)構(gòu)特(te)性。

粘性(xing)是克服(fu)樣品本身(shen)的粘(zhan)性而(er)消耗的能量(liang), 代表著(zhe)需要(yao)從牙齒(chi)或者上顎去(qu)除粘(zhan)附的食物(wu)所做(zuo)的功。本研究中(zhong),隨著模型填(tian)充度上(shang)升, 350 μm 的噴(pen)頭產(chǎn)品的粘性(xing)均呈現(xiàn)上升(sheng)趨勢(shì)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(dao)(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的(de)粘性(xing)[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實(shí)三(san)文魚(yú)(yu)的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是(shi)樣品去除形變(bian)后恢復(fù)到本來(lái)(lai)狀態(tài)的能(neng)力, 表(biao)現(xiàn)為食(shi)物被牙齒咬后(hou)恢復(fù)到(dao)原狀的能力(li)。且彈性和魚(yú)的(de)新鮮程度關(guān)聯(lián)(lian)性極(ji)大, 魚(yú)在屠宰(zai)、冰凍或者腐敗(bai)后, 彈性都會(huì)有(you)一定程度的下(xia)降。工業(yè)中, 工(gong)人通常使用(yong)“手指法(fa)"測(cè)量生魚(yú)(yu)片的質(zhì)構(gòu)以了(le)解其彈(dan)性是否適合(he)進(jìn)一(yi)步加工(gong)。在圖7c 中(zhong), 隨著模型填(tian)充度的(de)上升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的彈性(xing)從0.41±0.06 上(shang)升到了0.58±0.03, 并且接(jie)近本次測(cè)量(liang)的三文(wen)魚(yú)的(de)彈性(0.61±0.03)。詳細(xì)(xi)的彈性數(shù)(shu)據(jù)對(duì)比如圖(tu)7f 所示, 真實(shí)三文(wen)魚(yú)肉的彈性(xing)和500-70%的產(chǎn)品無(wú)顯(xian)著性差異, 表明(ming)通過(guò)精細(xì)化打(da)印和調(diào)控模型(xing)填充度, 可以對(duì)(dui)三文魚(yú)(yu)的質(zhì)構(gòu), 例如彈(dan)性進(jìn)行還(hai)原。

綜上, 通過(guò)不同(tong)噴頭對(duì)不同填(tian)充度的模型(xing)進(jìn)行打印可以(yi)對(duì)產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)進(jìn)行(xing)調(diào)控, 以接近真(zhen)實(shí)三(san)文魚(yú)的質(zhì)(zhi)構(gòu),比(bi)如粘(zhan)性和彈性; 且對(duì)(dui)于40%填充度(du)的模型(xing), 使用更(geng)高精(jing)度的350 μm 噴頭相較(jiao)于500 μm 噴(pen)頭, 提(ti)高了(le)產(chǎn)品的(de)內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性和質(zhì)構(gòu)特(te)性。

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