浙江(jiang)大學(xué)(xue)生物(wu)系統(tǒng)(tong)工程與食品(pin)科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人(ren)員在國(guó)內(nèi)期刊(kan)《食品安全質(zhì)(zhi)量檢測(cè)學(xué)報(bào)》發(fā)(fa)表了題為(wei)"基于高精(jing)度3D 打(da)印的三(san)文魚(yú)植物基(ji)替代物研究(jiu)"的研究(jiu)論文。在該論文(wen)中，研究人員使(shi)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)定了三文魚(yú)排和(he)3D 打印植物(wu)基替(ti)代物的硬度、粘性、彈(dan)性與咀嚼(jue)性等指標(biāo)。

摘 要(yao): 目的 基于高精度(du)3D 打印技(ji)術(shù)研究三文(wen)魚(yú)植物基替代(dai)物。方法(fa) 以豌豆分離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔(mo)芋膠(konjac gum, KGM)和(he)天然胡蘿卜粉(fen)為原輔料, 進(jìn)(jin)行精準(zhǔn)3D 復(fù)合打(da)印生產(chǎn)模擬三(san)文魚(yú)色澤(ze)、質(zhì)構(gòu)的植(zhi)物基替代物(wu)?？疾?cha)不同物料比例(li)對(duì)油墨可打(da)印性的影響; 選(xuan)取有代表性(xing)的油墨配方, 對(duì)(dui)其流變特性(xing)、水分分布情(qing)況、微觀結(jié)構(gòu)(gou)進(jìn)行表征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度(du)的升(sheng)高都增強(qiáng)了體(ti)系與(yu)水結(jié)合的能力(li), 且PPI 濃(nong)度過(guò)高時(shí)(20%, m:m)影響(xiang)了KGM 與水結(jié)(jie)合形成(cheng)穩(wěn)定凝(ning)膠的能(neng)力。PPI15KGM5 配方可(ke)形成致密(mi)的網(wǎng)格(ge)結(jié)構(gòu), 增強(qiáng)了(le)體系(xi)的穩(wěn)定性, 擁有(you)良好的(de)剪切恢(hui)復(fù)特性, 有利于(yu)3D 打印; 而(er)PPI20KGM3 配方具有更(geng)好的機(jī)械(xie)性能(neng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(du), 但是由于(yu)PPI 濃度過(guò)高影響(xiang)KGM 形成穩(wěn)定凝膠(jiao)結(jié)構(gòu), 其(qi)剪切(qie)恢復(fù)特(te)性較差。流(liu)變學(xué)參數(shù)η、τy、G'、屈服(fu)應(yīng)變及剪切恢(hui)復(fù)特性對(duì)油(you)墨3D 打(da)印過(guò)程影響(xiang)顯著。結(jié)論 通過(guò)調(diào)(diao)整3D 打印精細(xì)化(hua)程度(350 μm 和500 μm)和(he)模型填充(chong)度, 生產(chǎn)了具有(you)差異化質(zhì)構(gòu)的(de)高蛋(dan)白含量(15%, m:m)產(chǎn)(chan)品。其中, 部分(fen)產(chǎn)品的粘性和(he)彈性與真(zhen)實(shí)三文魚(yú)類似(shi), 這為(wei)開(kāi)發(fā)3D 打印生(sheng)產(chǎn)植物基(ji)替代物提供(gong)了新的視角。

1、質(zhì)構(gòu)特性(xing)測(cè)試(shi)

通過(guò)流動(dòng)(dong)自來(lái)水(shui)對(duì)三文(wen)魚(yú)排進(jìn)行解(jie)凍, 恢復(fù)至(zhi)室溫(wen)約30 min 后, 沿魚(yú)排(pai)順肌纖維(wei)纖維切下尺(chi)寸一致的樣(yang)品(2 cm×1 cm×1 cm)與(yu)打印完成(cheng)的不同打(da)印精度與模(mo)型填(tian)充度(du)的立方體(ti)(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)地(di)剖面分析(texture profile analysis, TPA)測(cè)試(shi)。實(shí)驗(yàn)條件為(wei): 兩次循(xun)環(huán)壓縮30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移動(dòng)(dong)速度為1 mm/s。每組設(shè)(she)置3 組(zu)及以上平(ping)行測(cè)試。

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(wei)真實(shí)(shi)三文魚(yú)(yu), 以及不同模(mo)型填充度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打印的(de)產(chǎn)品彈性; 圖a~f 中不同(tong)大寫(xiě)字(zi)母表示組(zu)間差異顯(xian)著, P<0.05。

圖7 不同打印產(chǎn)(chan)品的(de)質(zhì)地剖(pou)面分析(a~e)和與真(zhen)實(shí)三文(wen)魚(yú)彈(dan)性的比(bi)較(f) (n=3)

為了探究(jiu)不同(tong)打印噴嘴(zui)的產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性差異, 本(ben)研究進(jìn)行了(le)TPA 測(cè)試(圖7a~e), 并分別(bie)對(duì)350 μm 和500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)品(pin)進(jìn)行顯(xian)著性分析(圖7f)。

硬度(du)是壓縮樣品(pin)所需的力, 可以(yi)模仿人口(kou)腔對(duì)固體或(huo)者半固(gu)體的咀嚼(jue)情況(kuang)[50]。在圖7a 中, 隨(sui)著模型填(tian)充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭產(chǎn)品的(de)硬度從(59.3±25.3) gf 上(shang)升到了(137.4±19.2) gf, 填充度(du)上升提(ti)高了打印硬度(du)。但對(duì)于350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品, 硬(ying)度并沒(méi)有上升(sheng), 且彼此之間(jian)并沒(méi)有顯著性(xing)差異, 不過(guò)填充(chong)度為(wei)40%時(shí), 350 μm 噴(pen)頭的(de)產(chǎn)品硬度大(da)于500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和(he)膠著性(圖7e)的(de)結(jié)果(guo)與硬度測(cè)(ce)量結(jié)果類(lei)似, 即500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)隨模型填充度(du)上升而上升; 但(dan)是350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)基本沒(méi)有(you)顯著(zhu)性差異。不過(guò), 在(zai)40%填充(chong)度時(shí)(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性都(dou)顯著高于500 μm, 這(zhe)可能是精細(xì)(xi)化打印提高(gao)了產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)的穩(wěn)定(ding)性, 從而改善(shan)質(zhì)構(gòu)特性。

粘性是克服(fu)樣品(pin)本身的(de)粘性而消耗(hao)的能量, 代表(biao)著需要從(cong)牙齒或者(zhe)上顎(e)去除(chu)粘附的(de)食物所(suo)做的(de)功。本研究中,隨(sui)著模型填充(chong)度上升, 350 μm 的(de)噴頭(tou)產(chǎn)品(pin)的粘性(xing)均呈(cheng)現(xiàn)上升(sheng)趨勢(shì)(圖7b), 從(cong)(3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的粘(zhan)性[(12.59±0.75) gf-mm]接近(jin)真實(shí)三文(wen)魚(yú)的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dan)性是(shi)樣品去除形變(bian)后恢復(fù)到本來(lái)(lai)狀態(tài)(tai)的能(neng)力, 表現(xiàn)為食物(wu)被牙齒(chi)咬后恢復(fù)到原(yuan)狀的能力。且彈(dan)性和魚(yú)的新(xin)鮮程度關(guān)聯(lián)(lian)性極大, 魚(yú)在屠(tu)宰、冰凍(dong)或者腐(fu)敗后(hou), 彈性都會(huì)有一(yi)定程度的下降(jiang)。工業(yè)中, 工人(ren)通常(chang)使用(yong)“手指法(fa)"測(cè)量(liang)生魚(yú)(yu)片的質(zhì)構(gòu)以(yi)了解其(qi)彈性是否適(shi)合進(jìn)(jin)一步加工。在(zai)圖7c 中, 隨著模型(xing)填充度的(de)上升, 500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的彈性(xing)從0.41±0.06 上升(sheng)到了0.58±0.03, 并且接近(jin)本次測(cè)量的三(san)文魚(yú)(yu)的彈性(xing)(0.61±0.03)。詳細(xì)的(de)彈性數(shù)(shu)據(jù)對(duì)比如圖7f 所(suo)示, 真實(shí)三(san)文魚(yú)肉(rou)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(hua)打印和調(diào)(diao)控模型(xing)填充度, 可以對(duì)(dui)三文(wen)魚(yú)的質(zhì)構(gòu), 例如(ru)彈性(xing)進(jìn)行(xing)還原(yuan)。

綜上, 通過(guò)(guo)不同噴頭(tou)對(duì)不同(tong)填充度(du)的模(mo)型進(jìn)行打印可(ke)以對(duì)(dui)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)進(jìn)(jin)行調(diào)(diao)控, 以接近真(zhen)實(shí)三文(wen)魚(yú)的質(zhì)構(gòu)(gou),比如粘性和彈(dan)性; 且對(duì)于(yu)40%填充度(du)的模(mo)型, 使用(yong)更高精度的350 μm 噴(pen)頭相較于500 μm 噴頭(tou), 提高(gao)了產(chǎn)(chan)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性和(he)質(zhì)構(gòu)特性。

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基于高(gao)精度3D 打印(yin)的三文魚(yú)(yu)植物基替代(dai)物研究