浙江大學(xué)(xue)生物系(xi)統(tǒng)工程與食品(pin)科學(xué)學(xué)(xue)院研究人員在(zai)國內(nèi)期刊《食品(pin)安全質(zhì)量檢測(ce)學(xué)報(bào)》發(fā)(fa)表了(le)題為"基于高精度(du)3D 打印的(de)三文魚植物(wu)基替代物(wu)研究"的研究論文。在該(gai)論文中，研(yan)究人員(yuan)使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了三文魚(yu)排和3D 打印植(zhi)物基替代物(wu)的硬度、粘性、彈(dan)性與咀(ju)嚼性等指標(biāo)(biao)。

摘 要: 目的 基于高精(jing)度3D 打印技術(shù)(shu)研究(jiu)三文魚植物(wu)基替(ti)代物。方法(fa) 以豌豆分(fen)離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(konjac gum, KGM)和天(tian)然胡(hu)蘿卜(bo)粉為原輔料(liao), 進(jìn)行精準(zhǔn)3D 復(fù)合(he)打印生產(chǎn)模(mo)擬三文魚(yu)色澤、質(zhì)(zhi)構(gòu)的植物基替(ti)代物?？疾?cha)不同物料(liao)比例對油(you)墨可打(da)印性的影(ying)響; 選(xuan)取有(you)代表性的(de)油墨配(pei)方, 對其流變(bian)特性、水分分布(bu)情況(kuang)、微觀結(jié)(jie)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度的升(sheng)高都增強(qiáng)了(le)體系與水結(jié)合(he)的能力, 且PPI 濃(nong)度過(guo)高時(shí)(20%, m:m)影響了KGM 與(yu)水結(jié)合(he)形成(cheng)穩(wěn)定(ding)凝膠的(de)能力。PPI15KGM5 配(pei)方可形成(cheng)致密(mi)的網(wǎng)(wang)格結(jié)構(gòu)(gou), 增強(qiáng)了(le)體系(xi)的穩(wěn)定性, 擁(yong)有良好(hao)的剪切(qie)恢復(fù)(fu)特性, 有利(li)于3D 打(da)印; 而PPI20KGM3 配(pei)方具有更好的(de)機(jī)械(xie)性能和結(jié)(jie)構(gòu)強(qiáng)度(du), 但是(shi)由于PPI 濃度過(guo)高影響KGM 形(xing)成穩(wěn)定(ding)凝膠結(jié)構(gòu), 其剪(jian)切恢復(fù)(fu)特性較差。流(liu)變學(xué)參數(shù)η、τy、G'、屈服(fu)應(yīng)變及剪切(qie)恢復(fù)特(te)性對(dui)油墨3D 打印過(guo)程影(ying)響顯(xian)著。結(jié)論 通過調(diào)整(zheng)3D 打印(yin)精細(xì)化程度(350 μm 和(he)500 μm)和模型填充度(du), 生產(chǎn)(chan)了具(ju)有差異(yi)化質(zhì)構(gòu)(gou)的高蛋白含量(liang)(15%, m:m)產(chǎn)品。其中, 部(bu)分產(chǎn)品的(de)粘性和彈性(xing)與真實(shí)(shi)三文魚(yu)類似, 這為開(kai)發(fā)3D 打(da)印生產(chǎn)植物(wu)基替(ti)代物提(ti)供了新(xin)的視角。

1、質(zhì)構(gòu)(gou)特性測試

通過流(liu)動(dòng)自來(lai)水對三文魚排(pai)進(jìn)行(xing)解凍, 恢復(fù)至(zhi)室溫約30 min 后, 沿(yan)魚排順肌纖維(wei)纖維(wei)切下(xia)尺寸一致(zhi)的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打(da)印完(wan)成的不(bu)同打印(yin)精度與模(mo)型填(tian)充度(du)的立方體(2×1×1 cm)進(jìn)行(xing)質(zhì)地(di)剖面分析(texture profile analysis, TPA)測試(shi)。實(shí)驗(yàn)條(tiao)件為(wei): 兩次循環(huán)(huan)壓縮30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移動(dòng)速度(du)為1 mm/s。每組設(shè)置3 組(zu)及以上(shang)平行(xing)測試。

2、結(jié)果(guo)分析

注: a: 硬度; b: 粘性; c: 彈(dan)性; d: 咀嚼性; e: 膠著(zhe)性; f 為真(zhen)實(shí)三文(wen)魚, 以(yi)及不同模型(xing)填充度條件(jian)下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打(da)印的(de)產(chǎn)品彈性; 圖a~f 中(zhong)不同大寫字(zi)母表示(shi)組間差異(yi)顯著, P<0.05。

圖7 不同打印產(chǎn)(chan)品的(de)質(zhì)地剖面分析(xi)(a~e)和與真實(shí)(shi)三文魚(yu)彈性的比(bi)較(f) (n=3)

為了探究(jiu)不同打印噴嘴(zui)的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性差異(yi), 本研(yan)究進(jìn)行(xing)了TPA 測試(圖(tu)7a~e), 并分別對(dui)350 μm 和500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)品進(jìn)行顯(xian)著性(xing)分析(圖7f)。

硬度是壓縮樣(yang)品所(suo)需的力, 可以(yi)模仿人口腔(qiang)對固體或者半(ban)固體的(de)咀嚼情(qing)況[50]。在圖7a 中, 隨著(zhe)模型填(tian)充度的上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的硬度(du)從(59.3±25.3) gf 上(shang)升到(dao)了(137.4±19.2) gf, 填充度上升提(ti)高了打印(yin)硬度(du)。但對于350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品, 硬度并(bing)沒有上升(sheng), 且彼此(ci)之間并沒有顯(xian)著性差異, 不(bu)過填充(chong)度為40%時(shí)(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)硬度大(da)于500 μm。咀嚼性(圖7d)和(he)膠著性(圖7e)的(de)結(jié)果與硬度測(ce)量結(jié)果類似, 即(ji)500 μm 噴頭產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性隨(sui)模型填充度上(shang)升而上升; 但(dan)是350 μm 噴(pen)頭的(de)產(chǎn)品基(ji)本沒(mei)有顯著(zhu)性差異(yi)。不過, 在40%填充度(du)時(shí), 350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性(xing)都顯(xian)著高于500 μm, 這可能(neng)是精細(xì)化打(da)印提高了產(chǎn)品(pin)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(gou)的穩(wěn)定性, 從而(er)改善質(zhì)構(gòu)(gou)特性。

粘性是克服樣(yang)品本身的粘性(xing)而消耗(hao)的能量, 代表著(zhe)需要從牙齒或(huo)者上顎去除(chu)粘附的食物(wu)所做的(de)功。本研究中(zhong),隨著模型填(tian)充度(du)上升, 350 μm 的噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)粘性均呈現(xiàn)(xian)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(shí)三文魚(yu)的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性(xing)是樣品去(qu)除形(xing)變后恢復(fù)到(dao)本來狀態(tài)的(de)能力(li), 表現(xiàn)為(wei)食物被(bei)牙齒(chi)咬后恢復(fù)(fu)到原(yuan)狀的能力。且彈(dan)性和魚的新(xin)鮮程度關(guān)聯(lián)(lian)性極大, 魚在屠(tu)宰、冰(bing)凍或者(zhe)腐敗后, 彈性都(dou)會(huì)有一定程度(du)的下降(jiang)。工業(yè)(ye)中, 工人(ren)通常使(shi)用“手指法(fa)"測量(liang)生魚片的質(zhì)構(gòu)(gou)以了解(jie)其彈性是否(fou)適合進(jìn)一步加(jia)工。在圖7c 中, 隨著(zhe)模型填(tian)充度的上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的彈(dan)性從0.41±0.06 上升到(dao)了0.58±0.03, 并且接(jie)近本(ben)次測量的三文(wen)魚的彈(dan)性(0.61±0.03)。詳細(xì)的彈性(xing)數(shù)據(jù)對(dui)比如圖7f 所(suo)示, 真實(shí)三文(wen)魚肉的彈性和(he)500-70%的產(chǎn)品無(wu)顯著性(xing)差異, 表明通過(guo)精細(xì)(xi)化打印(yin)和調(diào)控模型填(tian)充度(du), 可以對三文(wen)魚的質(zhì)構(gòu), 例(li)如彈(dan)性進(jìn)行還(hai)原。

綜上, 通過不(bu)同噴頭(tou)對不(bu)同填充度的(de)模型進(jìn)行打印(yin)可以對產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)(gou)進(jìn)行(xing)調(diào)控, 以接近(jin)真實(shí)三(san)文魚的質(zhì)(zhi)構(gòu),比如粘性和(he)彈性(xing); 且對(dui)于40%填充度(du)的模型, 使(shi)用更高精(jing)度的350 μm 噴頭(tou)相較于(yu)500 μm 噴頭(tou), 提高(gao)了產(chǎn)(chan)品的內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)和質(zhì)構(gòu)特性(xing)。

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基于高精度(du)3D 打印的(de)三文魚(yu)植物基替(ti)代物研究