浙江大學(xué)生物(wu)系統(tǒng)工(gong)程與食品科學(xué)(xue)學(xué)院(yuan)研究人員(yuan)在國內(nèi)期刊(kan)《食品安全質(zhì)量(liang)檢測學(xué)報》發(fā)(fa)表了題為"基于(yu)高精(jing)度3D 打印(yin)的三文魚植(zhi)物基替代物(wu)研究"的研究論(lun)文。在該論文中(zhong)，研究(jiu)人員(yuan)使用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測定(ding)了三文魚排和3D 打(da)印植物基替(ti)代物的硬度、粘性、彈(dan)性與咀嚼(jue)性等指標(biāo)。

摘 要: 目的 基于高精(jing)度3D 打印技(ji)術(shù)研究(jiu)三文魚植(zhi)物基替代(dai)物。方法 以豌豆(dou)分離蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋(yu)膠(konjac gum, KGM)和天然胡蘿(luo)卜粉為(wei)原輔料, 進(jìn)行精(jing)準(zhǔn)3D 復(fù)合打(da)印生產(chǎn)(chan)模擬三文(wen)魚色澤、質(zhì)構(gòu)(gou)的植物基(ji)替代物?？疾觳?bu)同物(wu)料比例對油(you)墨可打印性(xing)的影響; 選(xuan)取有代表性(xing)的油墨配方, 對(dui)其流變特(te)性、水分分布(bu)情況、微觀結(jié)(jie)構(gòu)進(jìn)行表征(zheng)。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度的升(sheng)高都增強(qiáng)了(le)體系與(yu)水結(jié)合的(de)能力(li), 且PPI 濃度(du)過高時(20%, m:m)影響(xiang)了KGM 與水結(jié)(jie)合形成(cheng)穩(wěn)定凝(ning)膠的能力。PPI15KGM5 配方(fang)可形成致密的(de)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(gou), 增強(qiáng)了體系的(de)穩(wěn)定(ding)性, 擁(yong)有良好的剪(jian)切恢復(fù)特性, 有(you)利于3D 打(da)印; 而PPI20KGM3 配方具(ju)有更好(hao)的機(jī)(ji)械性能和(he)結(jié)構(gòu)(gou)強(qiáng)度, 但是(shi)由于(yu)PPI 濃度過高影(ying)響KGM 形成(cheng)穩(wěn)定凝膠(jiao)結(jié)構(gòu), 其(qi)剪切恢(hui)復(fù)特性較(jiao)差。流(liu)變學(xué)參數(shù)η、τy、G'、屈服(fu)應(yīng)變及(ji)剪切(qie)恢復(fù)特性(xing)對油墨3D 打印過(guo)程影響顯(xian)著。結(jié)論(lun) 通過調(diào)整3D 打(da)印精細(xì)(xi)化程度(350 μm 和500 μm)和模(mo)型填充度(du), 生產(chǎn)了(le)具有差異化(hua)質(zhì)構(gòu)的高(gao)蛋白(bai)含量(15%, m:m)產(chǎn)品。其中(zhong), 部分產(chǎn)品的粘(zhan)性和彈(dan)性與真實三文(wen)魚類似, 這為開(kai)發(fā)3D 打印(yin)生產(chǎn)植物(wu)基替代物提供(gong)了新的(de)視角(jiao)。

1、質(zhì)構(gòu)特性測試(shi)

通過流(liu)動自來(lai)水對三(san)文魚排進(jìn)行(xing)解凍, 恢復(fù)(fu)至室溫(wen)約30 min 后, 沿魚排順(shun)肌纖(xian)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(tong)打印精度與模(mo)型填充度(du)的立(li)方體(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)(zhi)地剖面分析(xi)(texture profile analysis, TPA)測試。實驗條件(jian)為: 兩次循(xun)環(huán)壓縮30%, 觸(chu)發(fā)力8 gf, 探頭移動(dong)速度為(wei)1 mm/s。每組設(shè)(she)置3 組及以上平(ping)行測試。

2、結(jié)果分析

注: a: 硬度; b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀(ju)嚼性; e: 膠著(zhe)性; f 為真實三(san)文魚, 以(yi)及不同模型(xing)填充度(du)條件下(xia), 350 μm 和500 μm 噴頭(tou)打印的產(chǎn)品(pin)彈性; 圖a~f 中(zhong)不同大寫字(zi)母表示組間(jian)差異顯(xian)著, P<0.05。

圖7 不同打印(yin)產(chǎn)品的(de)質(zhì)地剖(pou)面分析(a~e)和與真(zhen)實三文魚彈性(xing)的比(bi)較(f) (n=3)

為了探(tan)究不同打印(yin)噴嘴的產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)特(te)性差異, 本研究(jiu)進(jìn)行了TPA 測試(shi)(圖7a~e), 并分別對(dui)350 μm 和500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)(chan)品進(jìn)行顯(xian)著性分(fen)析(圖7f)。

硬度(du)是壓縮(suo)樣品所需的(de)力, 可以(yi)模仿人(ren)口腔對(dui)固體或者(zhe)半固體(ti)的咀嚼情況[50]。在(zai)圖7a 中, 隨(sui)著模型填充(chong)度的上(shang)升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升(sheng)到了(137.4±19.2) gf, 填充度上升(sheng)提高了(le)打印硬度(du)。但對于350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品, 硬度并(bing)沒有上升(sheng), 且彼(bi)此之間并沒(mei)有顯(xian)著性差異, 不過(guo)填充(chong)度為40%時, 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品硬度大于(yu)500 μm。咀嚼性(圖7d)和(he)膠著性(圖7e)的結(jié)(jie)果與硬(ying)度測量結(jié)果(guo)類似, 即500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性隨模型(xing)填充度上升而(er)上升; 但是350 μm 噴(pen)頭的(de)產(chǎn)品基本沒有(you)顯著性(xing)差異。不過, 在40%填(tian)充度時(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性都顯(xian)著高于(yu)500 μm, 這可能是精(jing)細(xì)化打印提高(gao)了產(chǎn)品內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)(gou)的穩(wěn)定性, 從而(er)改善質(zhì)(zhi)構(gòu)特性(xing)。

粘性(xing)是克服樣品本(ben)身的粘性(xing)而消耗(hao)的能(neng)量, 代(dai)表著需要從(cong)牙齒或者上(shang)顎去除粘附(fu)的食物所做(zuo)的功。本研究中(zhong),隨著模(mo)型填充度上(shang)升, 350 μm 的噴頭產(chǎn)品(pin)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(zhan)性[(12.59±0.75) gf-mm]接(jie)近真實三(san)文魚的粘性[(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(lai)狀態(tài)(tai)的能力, 表現(xiàn)(xian)為食(shi)物被(bei)牙齒咬(yao)后恢復(fù)到(dao)原狀的能力(li)。且彈(dan)性和魚的新(xin)鮮程(cheng)度關(guān)(guan)聯(lián)性極大, 魚在(zai)屠宰、冰凍(dong)或者腐敗后, 彈(dan)性都會有(you)一定程度的(de)下降(jiang)。工業(yè)中, 工人通(tong)常使用(yong)“手指法"測量(liang)生魚片的質(zhì)(zhi)構(gòu)以了解其(qi)彈性是否適(shi)合進(jìn)一步(bu)加工。在(zai)圖7c 中, 隨(sui)著模型(xing)填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭產(chǎn)品的(de)彈性從0.41±0.06 上(shang)升到了0.58±0.03, 并且(qie)接近本次測(ce)量的(de)三文魚的彈(dan)性(0.61±0.03)。詳細(xì)的彈(dan)性數(shù)據(jù)(ju)對比如(ru)圖7f 所示, 真實(shi)三文魚肉(rou)的彈性和(he)500-70%的產(chǎn)品無顯著(zhu)性差異, 表明通(tong)過精(jing)細(xì)化打印和(he)調(diào)控(kong)模型填充(chong)度, 可以對三文(wen)魚的質(zhì)(zhi)構(gòu), 例如彈性(xing)進(jìn)行還原(yuan)。

綜上, 通過不同(tong)噴頭對不同(tong)填充度的模型(xing)進(jìn)行打印(yin)可以對產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)(gou)進(jìn)行調(diào)控, 以(yi)接近真實三(san)文魚(yu)的質(zhì)構(gòu),比如(ru)粘性和彈性(xing); 且對(dui)于40%填充度的(de)模型, 使用更(geng)高精度(du)的350 μm 噴頭相較(jiao)于500 μm 噴(pen)頭, 提高(gao)了產(chǎn)(chan)品的內(nèi)(nei)部結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性和質(zhì)構(gòu)特(te)性。

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基于高精(jing)度3D 打印的三文(wen)魚植物(wu)基替代物研究(jiu)