浙江(jiang)大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)工(gong)程與(yu)食品(pin)科學(xué)學(xué)院研(yan)究人員在國(guó)內(nèi)(nei)期刊《食品安(an)全質(zhì)量(liang)檢測(cè)學(xué)報(bào)(bao)》發(fā)表了題為(wei)"基于(yu)高精度3D 打印的(de)三文魚(yú)植物基(ji)替代物研究"的研究論(lun)文。在該論文(wen)中，研究(jiu)人員使用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(cè)(ce)定了(le)三文魚(yú)排和3D 打(da)印植物(wu)基替代物的硬度、粘性、彈(dan)性與咀嚼性(xing)等指標(biāo)。

摘 要: 目的 基于高(gao)精度3D 打(da)印技(ji)術(shù)研究(jiu)三文(wen)魚(yú)植物基替(ti)代物。方法 以豌豆分(fen)離蛋白(bai)(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(konjac gum, KGM)和天然(ran)胡蘿卜(bo)粉為原輔料(liao), 進(jìn)行精準(zhǔn)3D 復(fù)合(he)打印生產(chǎn)模擬(ni)三文(wen)魚(yú)色(se)澤、質(zhì)構(gòu)的植物(wu)基替(ti)代物(wu)?？疾觳?bu)同物料比例對(duì)(dui)油墨可打印性(xing)的影響(xiang); 選取有代表性(xing)的油墨配方, 對(duì)(dui)其流變特性、水(shui)分分布情況(kuang)、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行(xing)表征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃(nong)度的升高都增(zeng)強(qiáng)了(le)體系與水結(jié)合(he)的能力, 且PPI 濃(nong)度過(guò)(guo)高時(shí)(20%, m:m)影響(xiang)了KGM 與水結(jié)合(he)形成穩(wěn)定凝膠(jiao)的能力。PPI15KGM5 配方(fang)可形成致密(mi)的網(wǎng)格結(jié)(jie)構(gòu), 增強(qiáng)了(le)體系(xi)的穩(wěn)定性, 擁有(you)良好的剪切(qie)恢復(fù)特性, 有(you)利于(yu)3D 打印; 而(er)PPI20KGM3 配方具有(you)更好(hao)的機(jī)械性能和(he)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 但是(shi)由于(yu)PPI 濃度過(guò)高影(ying)響KGM 形成穩(wěn)定凝(ning)膠結(jié)構(gòu), 其剪切(qie)恢復(fù)(fu)特性較差。流變(bian)學(xué)參數(shù)(shu)η、τy、G'、屈服應(yīng)變及剪(jian)切恢復(fù)特性(xing)對(duì)油墨3D 打(da)印過(guò)程(cheng)影響顯著。結(jié)論 通過(guò)調(diào)整3D 打(da)印精細(xì)(xi)化程度(350 μm 和(he)500 μm)和模型(xing)填充度(du), 生產(chǎn)(chan)了具有差異化(hua)質(zhì)構(gòu)(gou)的高蛋(dan)白含量(liang)(15%, m:m)產(chǎn)品。其中(zhong), 部分產(chǎn)品(pin)的粘性(xing)和彈性(xing)與真實(shí)(shi)三文魚(yú)類似(shi), 這為開(kāi)發(fā)(fa)3D 打印生產(chǎn)(chan)植物(wu)基替代物提(ti)供了新的視角(jiao)。

1、質(zhì)構(gòu)(gou)特性測(cè)試

通過(guò)流動(dòng)自來(lái)(lai)水對(duì)三文魚(yú)(yu)排進(jìn)行解(jie)凍, 恢復(fù)(fu)至室溫約30 min 后, 沿(yan)魚(yú)排順肌纖維(wei)纖維切下尺(chi)寸一(yi)致的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打(da)印完成的不(bu)同打印精度與(yu)模型(xing)填充度的立(li)方體(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)(zhi)地剖(pou)面分析(xi)(texture profile analysis, TPA)測(cè)試。實(shí)(shi)驗(yàn)條(tiao)件為: 兩次循環(huán)(huan)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移動(dòng)(dong)速度為(wei)1 mm/s。每組設(shè)置3 組(zu)及以(yi)上平行測(cè)試(shi)。

2、結(jié)果分析(xi)

注: a: 硬度(du); b: 粘性; c: 彈性(xing); d: 咀嚼(jue)性; e: 膠著性; f 為真(zhen)實(shí)三文魚(yú), 以(yi)及不(bu)同模(mo)型填充度條件(jian)下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打(da)印的產(chǎn)品彈性; 圖a~f 中(zhong)不同(tong)大寫(xiě)(xie)字母表(biao)示組間差異(yi)顯著, P<0.05。

圖7 不同打印(yin)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)地剖面分析(a~e)和(he)與真實(shí)三(san)文魚(yú)彈性(xing)的比較(f) (n=3)

為了探究(jiu)不同打印噴(pen)嘴的(de)產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)特(te)性差異, 本(ben)研究進(jìn)行了(le)TPA 測(cè)試(shi)(圖7a~e), 并分別對(duì)(dui)350 μm 和500 μm的噴頭(tou)產(chǎn)品進(jìn)行顯著(zhu)性分析(xi)(圖7f)。

硬度是壓縮樣(yang)品所需的力, 可(ke)以模仿人口腔(qiang)對(duì)固體(ti)或者(zhe)半固(gu)體的咀(ju)嚼情況(kuang)[50]。在圖7a 中, 隨著(zhe)模型填充(chong)度的(de)上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)(chan)品的硬度從(59.3±25.3) gf 上(shang)升到了(le)(137.4±19.2) gf, 填充度(du)上升提高(gao)了打印硬(ying)度。但(dan)對(duì)于350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品, 硬(ying)度并沒(méi)(mei)有上升, 且彼此(ci)之間并沒(méi)(mei)有顯著性差(cha)異, 不過(guò)(guo)填充度為40%時(shí)(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品硬度大于(yu)500 μm。咀嚼性(圖(tu)7d)和膠著性(圖7e)的(de)結(jié)果與硬度測(cè)(ce)量結(jié)果類似(shi), 即500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性隨(sui)模型填充(chong)度上升而上(shang)升; 但是350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品基(ji)本沒(méi)有顯著(zhu)性差異(yi)。不過(guò), 在40%填充度(du)時(shí), 350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性都(dou)顯著(zhu)高于(yu)500 μm, 這可能(neng)是精細(xì)(xi)化打印(yin)提高(gao)了產(chǎn)品內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)的(de)穩(wěn)定性(xing), 從而改善(shan)質(zhì)構(gòu)特性。

粘性是(shi)克服樣(yang)品本(ben)身的粘性而消(xiao)耗的能量, 代表(biao)著需(xu)要從牙齒或(huo)者上(shang)顎去除粘(zhan)附的食物所(suo)做的功。本研(yan)究中,隨著(zhe)模型填(tian)充度上(shang)升, 350 μm 的噴頭(tou)產(chǎn)品的粘性均(jun)呈現(xiàn)上(shang)升趨勢(shì)(圖7b), 從(cong)(3.92±1.68) gf-mm 升到(dao)(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(shí)三(san)文魚(yú)的粘性(xing)[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣品(pin)去除形變后恢(hui)復(fù)到本來(lái)狀(zhuang)態(tài)的能(neng)力, 表現(xiàn)(xian)為食物被牙齒(chi)咬后(hou)恢復(fù)到原(yuan)狀的(de)能力。且彈(dan)性和魚(yú)(yu)的新(xin)鮮程(cheng)度關(guān)聯(lián)性極大(da), 魚(yú)在屠宰、冰凍(dong)或者(zhe)腐敗(bai)后, 彈性(xing)都會(huì)有一定程(cheng)度的下降。工(gong)業(yè)中, 工人通(tong)常使用(yong)“手指法"測(cè)量(liang)生魚(yú)片(pian)的質(zhì)構(gòu)(gou)以了解其(qi)彈性(xing)是否(fou)適合進(jìn)一步加(jia)工。在(zai)圖7c 中(zhong), 隨著模型(xing)填充度(du)的上升, 500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的彈性從(cong)0.41±0.06 上升(sheng)到了0.58±0.03, 并(bing)且接近本次(ci)測(cè)量(liang)的三文魚(yú)(yu)的彈性(0.61±0.03)。詳細(xì)(xi)的彈性(xing)數(shù)據(jù)對(duì)(dui)比如圖7f 所(suo)示, 真實(shí)三(san)文魚(yú)肉的(de)彈性和500-70%的產(chǎn)品(pin)無(wú)顯(xian)著性差異, 表(biao)明通(tong)過(guò)精(jing)細(xì)化打印和調(diào)(diao)控模型填充度(du), 可以對(duì)三(san)文魚(yú)的質(zhì)構(gòu)(gou), 例如彈(dan)性進(jìn)行還原(yuan)。

綜上(shang), 通過(guò)(guo)不同(tong)噴頭對(duì)(dui)不同填充度(du)的模(mo)型進(jìn)行打(da)印可以對(duì)產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)(gou)進(jìn)行調(diào)控, 以接(jie)近真(zhen)實(shí)三文魚(yú)(yu)的質(zhì)構(gòu),比(bi)如粘性和彈性(xing); 且對(duì)于(yu)40%填充度(du)的模型, 使用(yong)更高精度(du)的350 μm 噴頭相(xiang)較于500 μm 噴頭, 提高(gao)了產(chǎn)品的(de)內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定性和(he)質(zhì)構(gòu)特(te)性。

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基于高精度3D 打(da)印的三(san)文魚(yú)(yu)植物基替代物(wu)研究