浙江大學生物(wu)系統(tǒng)(tong)工程與食品科(ke)學學(xue)院研究人員(yuan)在國內(nèi)期刊(kan)《食品安全(quan)質(zhì)量檢(jian)測學報》發(fā)(fa)表了題為"基于(yu)高精度3D 打(da)印的三(san)文魚植(zhi)物基替代物研(yan)究"的研究論(lun)文。在該(gai)論文中，研究(jiu)人員使用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了三文魚排(pai)和3D 打印(yin)植物基替代物(wu)的硬度、粘性(xing)、彈性與咀嚼性(xing)等指標(biao)。

摘 要: 目的 基于高精度3D 打(da)印技術研究三(san)文魚植(zhi)物基(ji)替代(dai)物。方法(fa) 以豌豆分離(li)蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(jiao)(konjac gum, KGM)和天(tian)然胡蘿(luo)卜粉為(wei)原輔料, 進行(xing)精準(zhun)3D 復合打印生(sheng)產(chǎn)模擬三(san)文魚色澤、質(zhì)(zhi)構(gòu)的植物基(ji)替代(dai)物?？疾觳煌?wu)料比例對(dui)油墨可(ke)打印性的影響(xiang); 選取有代表(biao)性的油墨配(pei)方, 對其流(liu)變特性、水分(fen)分布情(qing)況、微觀結(jié)構(gòu)進(jin)行表(biao)征。結(jié)果(guo) PPI 和KGM 濃(nong)度的升高都(dou)增強了體系(xi)與水結(jié)合的(de)能力, 且PPI 濃(nong)度過高時(20%, m:m)影(ying)響了KGM 與水結(jié)合(he)形成(cheng)穩(wěn)定(ding)凝膠的能力。PPI15KGM5 配(pei)方可形成(cheng)致密的網(wǎng)格結(jié)(jie)構(gòu), 增(zeng)強了(le)體系的穩(wěn)定(ding)性, 擁有(you)良好的剪(jian)切恢復特(te)性, 有利(li)于3D 打印; 而PPI20KGM3 配(pei)方具有更(geng)好的(de)機械性能和結(jié)(jie)構(gòu)強度, 但是(shi)由于PPI 濃度(du)過高影響(xiang)KGM 形成(cheng)穩(wěn)定凝膠(jiao)結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切(qie)恢復特(te)性較差。流變(bian)學參數(shù)η、τy、G'、屈服(fu)應變(bian)及剪切恢(hui)復特性對(dui)油墨3D 打印(yin)過程影(ying)響顯著。結(jié)論 通過調(diào)整3D 打(da)印精(jing)細化程度(du)(350 μm 和500 μm)和模(mo)型填充度(du), 生產(chǎn)了具有差(cha)異化質(zhì)構(gòu)(gou)的高(gao)蛋白含(han)量(15%, m:m)產(chǎn)品。其中(zhong), 部分產(chǎn)品的粘(zhan)性和(he)彈性與真實(shi)三文魚(yu)類似, 這為(wei)開發(fā)3D 打(da)印生產(chǎn)植物基(ji)替代物(wu)提供了(le)新的視角(jiao)。

1、質(zhì)構(gòu)(gou)特性測試

通過流動自來(lai)水對(dui)三文魚(yu)排進(jin)行解凍(dong), 恢復至室(shi)溫約(yue)30 min 后, 沿魚排順肌(ji)纖維纖維切下(xia)尺寸(cun)一致(zhi)的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與(yu)打印完成的不(bu)同打(da)印精度(du)與模型(xing)填充度的立(li)方體(2×1×1 cm)進行(xing)質(zhì)地剖面(mian)分析(texture profile analysis, TPA)測試。實驗(yan)條件為: 兩次循(xun)環(huán)壓縮30%, 觸(chu)發(fā)力8 gf, 探頭移動(dong)速度為(wei)1 mm/s。每組設置3 組(zu)及以上(shang)平行測試(shi)。

2、結(jié)果分析

注: a: 硬度(du); b: 粘性; c: 彈(dan)性; d: 咀嚼性(xing); e: 膠著(zhe)性; f 為真(zhen)實三文魚(yu), 以及不同(tong)模型填充度條(tiao)件下(xia), 350 μm 和500 μm 噴頭打印的(de)產(chǎn)品彈性; 圖(tu)a~f 中不(bu)同大(da)寫字母(mu)表示組(zu)間差異顯著(zhu), P<0.05。

圖7 不同打印(yin)產(chǎn)品的質(zhì)地剖(pou)面分(fen)析(a~e)和與真(zhen)實三文魚彈(dan)性的比較(f) (n=3)

為了探究不同(tong)打印噴嘴的產(chǎn)(chan)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性差異(yi), 本研究進行(xing)了TPA 測試(圖7a~e), 并(bing)分別對350 μm 和500 μm的(de)噴頭產(chǎn)品進行(xing)顯著性分析(xi)(圖7f)。

硬度是壓縮樣(yang)品所(suo)需的力, 可以(yi)模仿人口腔對(dui)固體或者半固(gu)體的咀嚼(jue)情況[50]。在圖7a 中(zhong), 隨著模(mo)型填充度的(de)上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的(de)硬度(du)從(59.3±25.3) gf 上(shang)升到了(le)(137.4±19.2) gf, 填充度(du)上升提高了打(da)印硬度(du)。但對于350 μm 噴(pen)頭的(de)產(chǎn)品, 硬(ying)度并(bing)沒有上(shang)升, 且彼此之(zhi)間并(bing)沒有顯著性(xing)差異, 不過填充(chong)度為(wei)40%時, 350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)硬度大于500 μm。咀(ju)嚼性(圖(tu)7d)和膠(jiao)著性(圖7e)的結(jié)果(guo)與硬度(du)測量結(jié)果(guo)類似, 即500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性隨模(mo)型填充度上(shang)升而上升; 但是(shi)350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)(chan)品基(ji)本沒有顯著(zhu)性差異。不過, 在(zai)40%填充度時(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性都顯(xian)著高于500 μm, 這(zhe)可能是精細化(hua)打印(yin)提高(gao)了產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)的(de)穩(wěn)定性, 從而(er)改善(shan)質(zhì)構(gòu)特性(xing)。

粘性是(shi)克服(fu)樣品本身(shen)的粘性(xing)而消耗(hao)的能(neng)量, 代表著需要(yao)從牙齒或者上(shang)顎去除(chu)粘附的(de)食物所做的(de)功。本研(yan)究中,隨著模型(xing)填充度(du)上升, 350 μm 的噴(pen)頭產(chǎn)品(pin)的粘性均(jun)呈現(xiàn)上升趨勢(shi)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品(pin)的粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接近(jin)真實三文魚的(de)粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dan)性是樣品(pin)去除形變后(hou)恢復到本來狀(zhuang)態(tài)的能力, 表現(xiàn)(xian)為食物(wu)被牙齒咬后(hou)恢復到(dao)原狀的能(neng)力。且彈(dan)性和魚(yu)的新鮮(xian)程度關聯(lián)(lian)性極大(da), 魚在屠宰(zai)、冰凍(dong)或者腐敗后, 彈(dan)性都會(hui)有一(yi)定程度的下(xia)降。工業(yè)中, 工(gong)人通常使用(yong)“手指法"測量生(sheng)魚片的質(zhì)構(gòu)(gou)以了解其彈性(xing)是否適合(he)進一步加工(gong)。在圖7c 中(zhong), 隨著(zhe)模型(xing)填充度的上升(sheng), 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品(pin)的彈性從(cong)0.41±0.06 上升到了(le)0.58±0.03, 并且(qie)接近本(ben)次測(ce)量的三文魚的(de)彈性(0.61±0.03)。詳(xiang)細的彈性數(shù)據(jù)(ju)對比(bi)如圖7f 所(suo)示, 真實三文(wen)魚肉的彈性和(he)500-70%的產(chǎn)品無顯著(zhu)性差異, 表明(ming)通過(guo)精細化(hua)打印和調(diào)控(kong)模型填(tian)充度, 可(ke)以對三文魚的(de)質(zhì)構(gòu), 例如彈(dan)性進行還原(yuan)。

綜上(shang), 通過不(bu)同噴頭對不同(tong)填充度的(de)模型進(jin)行打印可以(yi)對產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)進(jin)行調(diào)控, 以接近(jin)真實三文魚(yu)的質(zhì)構(gòu),比如(ru)粘性和彈性; 且(qie)對于40%填充度的(de)模型, 使用更(geng)高精度的350 μm 噴(pen)頭相較于500 μm 噴(pen)頭, 提高了(le)產(chǎn)品的內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性和質(zhì)構(gòu)特性(xing)。

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基于高(gao)精度3D 打(da)印的(de)三文(wen)魚植物(wu)基替(ti)代物(wu)研究