浙江(jiang)大學(xué)生物(wu)系統(tǒng)工程與食(shi)品科學(xué)(xue)學(xué)院研究人(ren)員在國(guó)(guo)內(nèi)期(qi)刊《食品(pin)安全質(zhì)量檢(jian)測(cè)學(xué)報(bào)(bao)》發(fā)表(biao)了題(ti)為"基于高精(jing)度3D 打印的(de)三文魚(yú)植物(wu)基替代物(wu)研究"的研究論文。在該(gai)論文(wen)中，研究(jiu)人員(yuan)使用上(shang)海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定了(le)三文(wen)魚(yú)排和3D 打印植(zhi)物基替(ti)代物的硬(ying)度、粘性(xing)、彈性與(yu)咀嚼性等指標(biāo)(biao)。

摘 要: 目的(de) 基于高精度(du)3D 打印(yin)技術(shù)研究(jiu)三文魚(yú)植物(wu)基替代物。方法 以豌豆分(fen)離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(jiao)(konjac gum, KGM)和天然胡(hu)蘿卜(bo)粉為(wei)原輔料, 進(jìn)行(xing)精準(zhǔn)(zhun)3D 復(fù)合打印生(sheng)產(chǎn)模擬三(san)文魚(yú)色澤、質(zhì)構(gòu)(gou)的植物基替(ti)代物?？疾?cha)不同物料比例(li)對(duì)油墨可打印(yin)性的(de)影響; 選取有代(dai)表性的油墨配(pei)方, 對(duì)其(qi)流變特性、水分(fen)分布情況、微觀(guan)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表(biao)征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃(nong)度的升高都(dou)增強(qiáng)(qiang)了體系與水(shui)結(jié)合(he)的能力, 且PPI 濃度(du)過(guò)高時(shí)(shi)(20%, m:m)影響了KGM 與水結(jié)(jie)合形成穩(wěn)(wen)定凝膠的(de)能力。PPI15KGM5 配方可形(xing)成致密的網(wǎng)格(ge)結(jié)構(gòu), 增強(qiáng)了(le)體系的穩(wěn)(wen)定性, 擁有(you)良好的剪切恢(hui)復(fù)特(te)性, 有利(li)于3D 打印; 而PPI20KGM3 配方(fang)具有更好的機(jī)(ji)械性能和結(jié)構(gòu)(gou)強(qiáng)度(du), 但是由于PPI 濃(nong)度過(guò)(guo)高影(ying)響KGM 形(xing)成穩(wěn)定凝(ning)膠結(jié)(jie)構(gòu), 其(qi)剪切恢(hui)復(fù)特性較(jiao)差。流變學(xué)參(can)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 打印(yin)過(guò)程影(ying)響顯著。結(jié)論 通過(guò)調(diào)整3D 打印(yin)精細(xì)(xi)化程度(350 μm 和500 μm)和模(mo)型填(tian)充度, 生產(chǎn)了具(ju)有差異化(hua)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)彈性與真實(shí)三(san)文魚(yú)類(lèi)似, 這為(wei)開(kāi)發(fā)3D 打(da)印生產(chǎn)植物(wu)基替代(dai)物提供了新的(de)視角(jiao)。

1、質(zhì)構(gòu)(gou)特性測(cè)試

通過(guò)(guo)流動(dòng)自來(lái)水(shui)對(duì)三文魚(yú)排進(jìn)(jin)行解(jie)凍, 恢復(fù)至室溫(wen)約30 min 后, 沿(yan)魚(yú)排(pai)順肌纖維(wei)纖維切下尺寸(cun)一致的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與(yu)打印完成(cheng)的不(bu)同打印精(jing)度與模型填充(chong)度的立方體(ti)(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)地剖面(mian)分析(texture profile analysis, TPA)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)(yan)條件為: 兩(liang)次循環(huán)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移(yi)動(dòng)速度為(wei)1 mm/s。每組設(shè)置(zhi)3 組及以(yi)上平行測(cè)試。

2、結(jié)果(guo)分析

注: a: 硬度; b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀(ju)嚼性; e: 膠著性; f 為(wei)真實(shí)三文(wen)魚(yú), 以(yi)及不同模型填(tian)充度(du)條件下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打印的產(chǎn)品(pin)彈性; 圖a~f 中不(bu)同大寫(xiě)字母表(biao)示組間差異顯(xian)著, P<0.05。

圖7 不同(tong)打印產(chǎn)品的(de)質(zhì)地剖面分(fen)析(a~e)和與(yu)真實(shí)(shi)三文魚(yú)彈性(xing)的比較(f) (n=3)

為了探究不(bu)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(cè)(ce)試(圖7a~e), 并分別(bie)對(duì)350 μm 和500 μm的噴頭(tou)產(chǎn)品進(jìn)行(xing)顯著性分析(xi)(圖7f)。

硬度是壓縮樣(yang)品所需的力(li), 可以(yi)模仿人口腔對(duì)(dui)固體(ti)或者半(ban)固體的咀嚼情(qing)況[50]。在圖7a 中, 隨(sui)著模(mo)型填充度的(de)上升, 500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到(dao)了(137.4±19.2) gf, 填充度上升(sheng)提高了打印硬(ying)度。但(dan)對(duì)于350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品, 硬度并(bing)沒(méi)有上升, 且(qie)彼此之間并沒(méi)(mei)有顯著性差(cha)異, 不過(guò)填(tian)充度為40%時(shí)(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)硬度大于500 μm。咀(ju)嚼性(xing)(圖7d)和膠著性(圖(tu)7e)的結(jié)果與(yu)硬度測(cè)量結(jié)(jie)果類(lèi)(lei)似, 即500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)特性(xing)隨模型填(tian)充度上升而上(shang)升; 但是(shi)350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品基本沒(méi)有(you)顯著性差異。不(bu)過(guò), 在(zai)40%填充度時(shí), 350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)特性(xing)都顯著高于500 μm, 這(zhe)可能是精(jing)細(xì)化打(da)印提高了(le)產(chǎn)品內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)的(de)穩(wěn)定性, 從(cong)而改善質(zhì)構(gòu)特(te)性。

粘性是克服樣(yang)品本身的(de)粘性而消耗的(de)能量, 代表(biao)著需要從牙(ya)齒或者上顎(e)去除粘附(fu)的食(shi)物所(suo)做的功。本(ben)研究(jiu)中,隨著模(mo)型填(tian)充度上(shang)升, 350 μm 的噴頭產(chǎn)(chan)品的粘(zhan)性均呈現(xiàn)(xian)上升(sheng)趨勢(shì)(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(yú)的(de)粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣(yang)品去除形變(bian)后恢復(fù)(fu)到本來(lái)狀態(tài)(tai)的能(neng)力, 表現(xiàn)為食(shi)物被牙齒咬(yao)后恢(hui)復(fù)到(dao)原狀的能力。且(qie)彈性(xing)和魚(yú)的(de)新鮮程度(du)關(guān)聯(lián)性極(ji)大, 魚(yú)在屠宰(zai)、冰凍或(huo)者腐敗(bai)后, 彈性(xing)都會(huì)有一(yi)定程(cheng)度的下(xia)降。工業(yè)中, 工人(ren)通常使用“手指(zhi)法"測(cè)量(liang)生魚(yú)片(pian)的質(zhì)構(gòu)以(yi)了解其彈(dan)性是否適(shi)合進(jìn)(jin)一步加工。在(zai)圖7c 中, 隨著模(mo)型填充度(du)的上升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的彈(dan)性從0.41±0.06 上升到了(le)0.58±0.03, 并且接近本次(ci)測(cè)量的(de)三文魚(yú)的(de)彈性(0.61±0.03)。詳細(xì)的彈(dan)性數(shù)據(jù)對(duì)比(bi)如圖7f 所示, 真(zhen)實(shí)三文(wen)魚(yú)肉的彈(dan)性和(he)500-70%的產(chǎn)(chan)品無(wú)顯(xian)著性差異, 表(biao)明通過(guò)精(jing)細(xì)化打(da)印和調(diào)控模(mo)型填充度, 可以(yi)對(duì)三文(wen)魚(yú)的質(zhì)構(gòu)(gou), 例如彈性進(jìn)(jin)行還原。

綜上(shang), 通過(guò)不同噴頭(tou)對(duì)不同填充(chong)度的(de)模型進(jìn)行(xing)打印(yin)可以對(duì)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)進(jìn)行(xing)調(diào)控, 以接(jie)近真實(shí)(shi)三文魚(yú)的(de)質(zhì)構(gòu),比如粘性(xing)和彈(dan)性; 且對(duì)于40%填(tian)充度的模(mo)型, 使用更高(gao)精度的350 μm 噴頭(tou)相較于500 μm 噴頭, 提(ti)高了產(chǎn)品的內(nèi)(nei)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性和質(zhì)構(gòu)特性(xing)。

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基于高精度3D 打(da)印的三文(wen)魚(yú)植物(wu)基替代物研(yan)究