浙江大(da)學生物(wu)系統(tǒng)工程與食(shi)品科學學院(yuan)研究人(ren)員在(zai)國內(nèi)期刊(kan)《食品安全質(zhì)量(liang)檢測學報》發(fā)表(biao)了題為"基于高(gao)精度3D 打印(yin)的三文魚植(zhi)物基替代物(wu)研究"的研究論文(wen)。在該論文(wen)中，研(yan)究人員使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測定(ding)了三文(wen)魚排和3D 打印植(zhi)物基替(ti)代物的硬度、粘性(xing)、彈性(xing)與咀嚼性等(deng)指標(biao)。

摘 要: 目的 基于高(gao)精度(du)3D 打印技術(shù)研究(jiu)三文魚植(zhi)物基替代(dai)物。方法 以豌豆分離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔(mo)芋膠(konjac gum, KGM)和(he)天然(ran)胡蘿卜粉(fen)為原輔料(liao), 進行精(jing)準3D 復(fù)(fu)合打印生(sheng)產(chǎn)模(mo)擬三文(wen)魚色澤(ze)、質(zhì)構(gòu)(gou)的植物基(ji)替代(dai)物?？疾觳?bu)同物料比(bi)例對油(you)墨可打印性(xing)的影響; 選取(qu)有代表(biao)性的油墨配方(fang), 對其(qi)流變(bian)特性、水(shui)分分(fen)布情(qing)況、微觀結(jié)構(gòu)進(jin)行表征。結(jié)果(guo) PPI 和KGM 濃度的(de)升高都(dou)增強了(le)體系(xi)與水結(jié)(jie)合的能力(li), 且PPI 濃度過(guo)高時(shi)(20%, m:m)影響了KGM 與水結(jié)(jie)合形成(cheng)穩(wěn)定(ding)凝膠(jiao)的能力。PPI15KGM5 配方可(ke)形成致密的(de)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(gou), 增強(qiang)了體系的穩(wěn)(wen)定性, 擁有(you)良好的剪切(qie)恢復(fù)特性(xing), 有利于3D 打(da)印; 而PPI20KGM3 配方具有(you)更好的機械(xie)性能和結(jié)構(gòu)強(qiang)度, 但是由于PPI 濃(nong)度過高(gao)影響KGM 形(xing)成穩(wěn)定(ding)凝膠結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切(qie)恢復(fù)特(te)性較差(cha)。流變學參(can)數(shù)η、τy、G'、屈(qu)服應(yīng)(ying)變及剪(jian)切恢復(fù)(fu)特性(xing)對油(you)墨3D 打印過(guo)程影響(xiang)顯著。結(jié)論 通過(guo)調(diào)整3D 打印精細(xi)化程度(350 μm 和500 μm)和模(mo)型填充(chong)度, 生產(chǎn)了(le)具有差異化質(zhì)(zhi)構(gòu)的(de)高蛋白含量(15%, m:m)產(chǎn)(chan)品。其(qi)中, 部分產(chǎn)(chan)品的粘性和彈(dan)性與真實三(san)文魚類(lei)似, 這為開發(fā)3D 打(da)印生產(chǎn)植物基(ji)替代物提(ti)供了新的視(shi)角。

1、質(zhì)構(gòu)特性測試(shi)

通過流動自(zi)來水對(dui)三文(wen)魚排(pai)進行解凍(dong), 恢復(fù)至(zhi)室溫約30 min 后, 沿魚(yu)排順(shun)肌纖維纖維(wei)切下尺(chi)寸一致的樣(yang)品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印完成(cheng)的不同打(da)印精度與模型(xing)填充度(du)的立方(fang)體(2×1×1 cm)進(jin)行質(zhì)(zhi)地剖面(mian)分析(texture profile analysis, TPA)測試。實(shi)驗條(tiao)件為: 兩次循(xun)環(huán)壓縮30%, 觸(chu)發(fā)力8 gf, 探頭移(yi)動速(su)度為1 mm/s。每組(zu)設(shè)置3 組及以上(shang)平行測(ce)試。

2、結(jié)果分(fen)析

注: a: 硬度(du); b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀(ju)嚼性; e: 膠(jiao)著性; f 為真實三(san)文魚(yu), 以及不同模型(xing)填充度條件下(xia), 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打(da)印的(de)產(chǎn)品(pin)彈性; 圖a~f 中不(bu)同大寫字(zi)母表示(shi)組間差(cha)異顯(xian)著, P<0.05。

圖7 不同打印(yin)產(chǎn)品的質(zhì)地剖(pou)面分析(xi)(a~e)和與真實(shi)三文(wen)魚彈性的(de)比較(f) (n=3)

為了探究(jiu)不同打印噴(pen)嘴的產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)(gou)特性差(cha)異, 本研究(jiu)進行了TPA 測(ce)試(圖7a~e), 并分別對(dui)350 μm 和500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)品進行顯(xian)著性(xing)分析(xi)(圖7f)。

硬度是壓(ya)縮樣(yang)品所(suo)需的力, 可以(yi)模仿人口腔對(dui)固體或(huo)者半固體的(de)咀嚼情況[50]。在圖(tu)7a 中, 隨著模型填(tian)充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到了(le)(137.4±19.2) gf, 填充度上升提(ti)高了打(da)印硬度。但對于(yu)350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品(pin), 硬度并(bing)沒有上(shang)升, 且彼此(ci)之間并沒有顯(xian)著性(xing)差異, 不過填充(chong)度為40%時, 350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品硬度(du)大于500 μm。咀嚼(jue)性(圖7d)和(he)膠著性(圖(tu)7e)的結(jié)果與硬(ying)度測量結(jié)(jie)果類似, 即500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性隨模型填(tian)充度上升(sheng)而上升; 但是350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品(pin)基本(ben)沒有顯著(zhu)性差異。不過(guo), 在40%填(tian)充度時, 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性都顯著高(gao)于500 μm, 這可能是精(jing)細化打印(yin)提高(gao)了產(chǎn)(chan)品內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)的穩(wěn)定(ding)性, 從而改善(shan)質(zhì)構(gòu)(gou)特性。

粘性是(shi)克服樣品本身(shen)的粘(zhan)性而消耗的能(neng)量, 代表(biao)著需要(yao)從牙齒或者(zhe)上顎去除(chu)粘附的食(shi)物所做的功(gong)。本研究中,隨著(zhe)模型填充度(du)上升, 350 μm 的噴頭(tou)產(chǎn)品的粘性(xing)均呈現(xiàn)(xian)上升趨勢(shi)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升(sheng)到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的粘性(xing)[(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)去除形變后(hou)恢復(fù)到本來(lai)狀態(tài)的能(neng)力, 表(biao)現(xiàn)為(wei)食物被牙齒咬(yao)后恢復(fù)到(dao)原狀的能力(li)。且彈性(xing)和魚的新鮮程(cheng)度關(guān)聯(lián)性極大(da), 魚在屠宰(zai)、冰凍或者腐(fu)敗后, 彈(dan)性都會(hui)有一定(ding)程度的(de)下降。工業(yè)中(zhong), 工人通常使(shi)用“手指(zhi)法"測量(liang)生魚片的質(zhì)(zhi)構(gòu)以了解其(qi)彈性是(shi)否適合進一(yi)步加(jia)工。在圖7c 中, 隨著(zhe)模型填充度的(de)上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的彈性從(cong)0.41±0.06 上升到(dao)了0.58±0.03, 并且接近(jin)本次測量的(de)三文魚的彈性(xing)(0.61±0.03)。詳細的彈性(xing)數(shù)據(jù)對(dui)比如圖7f 所示, 真(zhen)實三文魚肉(rou)的彈性和500-70%的(de)產(chǎn)品無顯(xian)著性差(cha)異, 表明通過(guo)精細化(hua)打印和調(diào)控(kong)模型填(tian)充度, 可以對三(san)文魚的質(zhì)構(gòu)(gou), 例如彈性進(jin)行還原。

綜上(shang), 通過不同噴(pen)頭對不(bu)同填充度的(de)模型進(jin)行打印可(ke)以對產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)進行調(diào)控(kong), 以接近真(zhen)實三文(wen)魚的(de)質(zhì)構(gòu),比如粘性(xing)和彈性(xing); 且對(dui)于40%填充度的(de)模型, 使(shi)用更高(gao)精度的(de)350 μm 噴頭相較于500 μm 噴(pen)頭, 提高了產(chǎn)品(pin)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性和(he)質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)。

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