浙江大學生物(wu)系統(tǒng)(tong)工程與食(shi)品科學學(xue)院研究(jiu)人員在(zai)國內期刊《食品(pin)安全質量檢(jian)測學報》發(fā)表了(le)題為"基于高精(jing)度3D 打印(yin)的三文魚(yu)植物基替代物(wu)研究(jiu)"的研究論文(wen)。在該論文中(zhong)，研究人(ren)員使用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhi)構儀測(ce)定了三文魚(yu)排和3D 打印(yin)植物(wu)基替代(dai)物的硬(ying)度、粘性、彈性與(yu)咀嚼性等指標(biao)。

摘 要(yao): 目的 基于高精度(du)3D 打印(yin)技術研究三(san)文魚植物(wu)基替代物(wu)。方法 以豌豆分離(li)蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(jiao)(konjac gum, KGM)和天然(ran)胡蘿(luo)卜粉(fen)為原輔(fu)料, 進行(xing)精準3D 復合打印(yin)生產(chǎn)模擬(ni)三文魚(yu)色澤、質構的植(zhi)物基替(ti)代物?？疾觳煌?tong)物料比例(li)對油墨可打(da)印性的(de)影響; 選取(qu)有代表性的油(you)墨配方(fang), 對其(qi)流變(bian)特性、水分分布(bu)情況、微(wei)觀結構(gou)進行表(biao)征。結果 PPI 和KGM 濃度(du)的升高都增強(qiang)了體系與水結(jie)合的能(neng)力, 且PPI 濃度過(guo)高時(20%, m:m)影響了KGM 與(yu)水結(jie)合形成穩(wěn)定(ding)凝膠的能力(li)。PPI15KGM5 配方(fang)可形成致密(mi)的網(wǎng)格結構, 增(zeng)強了(le)體系的穩(wěn)定(ding)性, 擁有良(liang)好的剪切(qie)恢復特性(xing), 有利于(yu)3D 打印; 而(er)PPI20KGM3 配方(fang)具有更(geng)好的(de)機械(xie)性能(neng)和結構強(qiang)度, 但是由于(yu)PPI 濃度過高影響(xiang)KGM 形成穩(wěn)定(ding)凝膠結構, 其(qi)剪切恢復特性(xing)較差(cha)。流變學參數(shù)η、τy、G'、屈(qu)服應變及(ji)剪切恢復特(te)性對油墨(mo)3D 打印過程(cheng)影響顯著。結論 通過調整3D 打印(yin)精細化程度(350 μm 和(he)500 μm)和模型填(tian)充度, 生產(chǎn)了具(ju)有差異(yi)化質構的(de)高蛋白含量(15%, m:m)產(chǎn)(chan)品。其(qi)中, 部分產(chǎn)(chan)品的粘性(xing)和彈性與(yu)真實(shi)三文魚類似(shi), 這為開發(fā)(fa)3D 打印生產(chǎn)植(zhi)物基替代物提(ti)供了新的視(shi)角。

1、質構特性(xing)測試

通過流(liu)動自來水對(dui)三文(wen)魚排進行(xing)解凍, 恢(hui)復至室溫約30 min 后(hou), 沿魚排(pai)順肌纖維纖維(wei)切下(xia)尺寸一致的樣(yang)品(2 cm×1 cm×1 cm)與打(da)印完成(cheng)的不同打印精(jing)度與模(mo)型填充度(du)的立方體(2×1×1 cm)進行(xing)質地剖(pou)面分析(texture profile analysis, TPA)測(ce)試。實(shi)驗條件為(wei): 兩次(ci)循環(huán)(huan)壓縮30%, 觸發(fā)(fa)力8 gf, 探頭移動速(su)度為1 mm/s。每組(zu)設置3 組及(ji)以上平(ping)行測(ce)試。

2、結果分析

注: a: 硬(ying)度; b: 粘性(xing); c: 彈性(xing); d: 咀嚼性; e: 膠著(zhe)性; f 為(wei)真實(shi)三文魚, 以(yi)及不同(tong)模型填充度(du)條件下, 350 μm 和(he)500 μm 噴頭打印的(de)產(chǎn)品彈性; 圖a~f 中不同大(da)寫字母表示(shi)組間差(cha)異顯著, P<0.05。

圖7 不同打印產(chǎn)(chan)品的(de)質地剖(pou)面分析(a~e)和與真(zhen)實三文(wen)魚彈性的(de)比較(f) (n=3)

為了探究不同(tong)打印(yin)噴嘴的產(chǎn)品的(de)質構特性差(cha)異, 本研(yan)究進行了TPA 測試(shi)(圖7a~e), 并分(fen)別對350 μm 和500 μm的噴頭(tou)產(chǎn)品進行顯著(zhu)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(ren)口腔對固體或(huo)者半固體(ti)的咀(ju)嚼情況[50]。在圖7a 中(zhong), 隨著(zhe)模型填充度的(de)上升, 500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的硬度(du)從(59.3±25.3) gf 上升到了(le)(137.4±19.2) gf, 填充(chong)度上升提高了(le)打印硬度。但對(dui)于350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品, 硬(ying)度并(bing)沒有(you)上升, 且彼此(ci)之間并(bing)沒有顯(xian)著性差異, 不(bu)過填充度為40%時(shi), 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品硬(ying)度大于500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和膠著性(圖(tu)7e)的結(jie)果與(yu)硬度(du)測量結果(guo)類似, 即(ji)500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)質構特(te)性隨(sui)模型(xing)填充度上升(sheng)而上升; 但是(shi)350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品基(ji)本沒有顯著性(xing)差異。不(bu)過, 在(zai)40%填充度(du)時, 350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)的質構特性都(dou)顯著高(gao)于500 μm, 這可能是精(jing)細化打(da)印提高了產(chǎn)(chan)品內(nei)部結(jie)構的穩(wěn)定(ding)性, 從而改善(shan)質構特性。

粘性是克服(fu)樣品本(ben)身的(de)粘性(xing)而消(xiao)耗的(de)能量, 代表(biao)著需要從牙齒(chi)或者上顎去除(chu)粘附的食物(wu)所做(zuo)的功。本研(yan)究中(zhong),隨著模型填充(chong)度上升, 350 μm 的噴(pen)頭產(chǎn)品的(de)粘性均(jun)呈現(xiàn)上升趨勢(shi)(圖7b), 從(cong)(3.92±1.68) gf-mm 升到(dao)(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品(pin)的粘(zhan)性[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實三(san)文魚的粘性(xing)[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是(shi)樣品(pin)去除形(xing)變后恢(hui)復到本來(lai)狀態(tài)的能(neng)力, 表現(xiàn)為(wei)食物被牙(ya)齒咬后(hou)恢復到(dao)原狀的能(neng)力。且彈性和(he)魚的新鮮(xian)程度關聯(lián)性(xing)極大(da), 魚在屠(tu)宰、冰(bing)凍或者腐敗后(hou), 彈性(xing)都會有(you)一定(ding)程度(du)的下降。工(gong)業(yè)中(zhong), 工人通常使用(yong)“手指法"測(ce)量生魚片的質(zhi)構以了(le)解其彈性(xing)是否適(shi)合進(jin)一步(bu)加工(gong)。在圖7c 中, 隨著模(mo)型填(tian)充度的(de)上升(sheng), 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的彈性從(cong)0.41±0.06 上升到了0.58±0.03, 并且(qie)接近本(ben)次測量的三文(wen)魚的彈(dan)性(0.61±0.03)。詳細的彈性(xing)數(shù)據(jù)(ju)對比如圖(tu)7f 所示(shi), 真實(shi)三文(wen)魚肉的(de)彈性和(he)500-70%的產(chǎn)(chan)品無(wu)顯著(zhu)性差異, 表(biao)明通過精細(xi)化打印和調控(kong)模型填充(chong)度, 可以(yi)對三文魚的質(zhi)構, 例如彈性進(jin)行還(hai)原。

綜上, 通過不(bu)同噴頭對(dui)不同填充(chong)度的模型進行(xing)打印可以對產(chǎn)(chan)品的質(zhi)構進行(xing)調控(kong), 以接近(jin)真實(shi)三文(wen)魚的(de)質構,比如粘(zhan)性和彈性; 且對(dui)于40%填充度(du)的模型, 使用更(geng)高精度的350 μm 噴(pen)頭相較于500 μm 噴頭(tou), 提高了產(chǎn)品(pin)的內部結構穩(wěn)(wen)定性和(he)質構特性。

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基于高精度(du)3D 打印的三文魚(yu)植物基替代物(wu)研究