浙江大(da)學生物系統(tǒng)(tong)工程(cheng)與食品科(ke)學學(xue)院研究人員在(zai)國內期(qi)刊《食品安全(quan)質量檢測學報(bao)》發(fā)表了題為(wei)"基于(yu)高精度3D 打印的(de)三文魚植(zhi)物基替代物研(yan)究"的研究論(lun)文。在該論文(wen)中，研究人員使(shi)用上海騰拔Universal TA質(zhi)構儀測(ce)定了三文魚(yu)排和(he)3D 打印(yin)植物基(ji)替代物的硬度、粘性、彈(dan)性與咀嚼(jue)性等指(zhi)標。

摘 要: 目的 基于高精(jing)度3D 打印(yin)技術研究(jiu)三文魚(yu)植物基(ji)替代物。方法 以豌豆分(fen)離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔(mo)芋膠(konjac gum, KGM)和天然胡(hu)蘿卜(bo)粉為原(yuan)輔料, 進(jin)行精準3D 復合打(da)印生(sheng)產(chǎn)模擬三文(wen)魚色澤、質構(gou)的植物基替代(dai)物?？疾觳煌?tong)物料(liao)比例對(dui)油墨可打(da)印性(xing)的影(ying)響; 選取有代(dai)表性的油墨配(pei)方, 對(dui)其流變特性、水(shui)分分布情況、微(wei)觀結構進(jin)行表(biao)征。結果 PPI 和KGM 濃度的升高(gao)都增強了(le)體系與(yu)水結合(he)的能力, 且PPI 濃度(du)過高(gao)時(20%, m:m)影響了KGM 與(yu)水結合形成(cheng)穩(wěn)定凝膠的能(neng)力。PPI15KGM5 配方可形(xing)成致(zhi)密的網(wǎng)格結(jie)構, 增強了體(ti)系的穩(wěn)定(ding)性, 擁有良好的(de)剪切恢(hui)復特性, 有利(li)于3D 打(da)印; 而PPI20KGM3 配方具(ju)有更好的機械(xie)性能和結構強(qiang)度, 但是由于PPI 濃(nong)度過高影響KGM 形(xing)成穩(wěn)定凝(ning)膠結構, 其剪(jian)切恢復特(te)性較差(cha)。流變學參(can)數(shù)η、τy、G'、屈(qu)服應變及剪(jian)切恢復特性(xing)對油墨3D 打印過(guo)程影響顯(xian)著。結論 通過(guo)調整3D 打印精細(xi)化程度(350 μm 和(he)500 μm)和模(mo)型填充度(du), 生產(chǎn)(chan)了具(ju)有差異化質構(gou)的高(gao)蛋白(bai)含量(15%, m:m)產(chǎn)(chan)品。其中, 部分(fen)產(chǎn)品的粘性(xing)和彈性(xing)與真實三文(wen)魚類(lei)似, 這為開(kai)發(fā)3D 打(da)印生(sheng)產(chǎn)植物基替代(dai)物提供了新(xin)的視角。

1、質構特性測試(shi)

通過流動(dong)自來水對三(san)文魚排(pai)進行解凍, 恢(hui)復至室(shi)溫約30 min 后, 沿魚(yu)排順肌纖(xian)維纖(xian)維切下(xia)尺寸(cun)一致的樣(yang)品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印完成(cheng)的不同打印精(jing)度與(yu)模型填(tian)充度的立(li)方體(2×1×1 cm)進(jin)行質地剖面(mian)分析(texture profile analysis, TPA)測試。實(shi)驗條(tiao)件為: 兩次循(xun)環(huán)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)力8 gf, 探頭移(yi)動速度為1 mm/s。每組(zu)設置(zhi)3 組及以上(shang)平行(xing)測試(shi)。

2、結果分析(xi)

注: a: 硬(ying)度; b: 粘(zhan)性; c: 彈(dan)性; d: 咀嚼性(xing); e: 膠著(zhe)性; f 為(wei)真實三文(wen)魚, 以及不同(tong)模型(xing)填充(chong)度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴頭(tou)打印的產(chǎn)(chan)品彈性; 圖a~f 中不(bu)同大寫字母表(biao)示組間差(cha)異顯著, P<0.05。

圖7 不同打印產(chǎn)(chan)品的質(zhi)地剖面分析(a~e)和(he)與真(zhen)實三文(wen)魚彈性(xing)的比較(f) (n=3)

為了探究(jiu)不同打(da)印噴嘴的(de)產(chǎn)品(pin)的質構特性(xing)差異(yi), 本研究進行(xing)了TPA 測試(shi)(圖7a~e), 并分別(bie)對350 μm 和500 μm的噴頭(tou)產(chǎn)品進行(xing)顯著(zhu)性分析(xi)(圖7f)。

硬度是(shi)壓縮(suo)樣品所需(xu)的力, 可(ke)以模仿人口(kou)腔對固體或者(zhe)半固體的咀(ju)嚼情況(kuang)[50]。在圖7a 中, 隨著模(mo)型填充度(du)的上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品的(de)硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到了(137.4±19.2) gf, 填充度上升(sheng)提高了(le)打印硬度(du)。但對(dui)于350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品, 硬度(du)并沒有上升, 且(qie)彼此之間并(bing)沒有顯著性(xing)差異, 不(bu)過填充度為(wei)40%時, 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品硬度(du)大于500 μm。咀嚼(jue)性(圖7d)和膠(jiao)著性(圖(tu)7e)的結(jie)果與硬度(du)測量結(jie)果類似(shi), 即500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的質(zhi)構特(te)性隨模型填充(chong)度上升而上升(sheng); 但是350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品基(ji)本沒有顯著(zhu)性差(cha)異。不過, 在(zai)40%填充度時(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)的質構特(te)性都顯著高(gao)于500 μm, 這可能是(shi)精細(xi)化打印提高了(le)產(chǎn)品(pin)內部結構的(de)穩(wěn)定性(xing), 從而改(gai)善質構特(te)性。

粘性是克服樣(yang)品本(ben)身的粘(zhan)性而消耗的能(neng)量, 代表著需(xu)要從(cong)牙齒或者上(shang)顎去除粘(zhan)附的食(shi)物所做(zuo)的功(gong)。本研究中,隨(sui)著模型填充度(du)上升, 350 μm 的(de)噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)粘性(xing)均呈現(xiàn)上升(sheng)趨勢(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)真實三(san)文魚的粘性(xing)[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣品(pin)去除形變后恢(hui)復到本(ben)來狀態(tài)的能(neng)力, 表現(xiàn)(xian)為食物被(bei)牙齒咬后恢復(fu)到原狀的能力(li)。且彈性和魚(yu)的新鮮程度(du)關聯(lián)(lian)性極(ji)大, 魚(yu)在屠(tu)宰、冰凍或者(zhe)腐敗(bai)后, 彈性都會有(you)一定程度(du)的下降。工業(yè)中(zhong), 工人通常(chang)使用“手指(zhi)法"測量生(sheng)魚片(pian)的質(zhi)構以了解(jie)其彈性(xing)是否適合進(jin)一步加(jia)工。在圖7c 中, 隨(sui)著模型(xing)填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)彈性從0.41±0.06 上(shang)升到了0.58±0.03, 并且接(jie)近本次測量的(de)三文魚的彈(dan)性(0.61±0.03)。詳細的(de)彈性數(shù)據(jù)對(dui)比如(ru)圖7f 所示(shi), 真實三文(wen)魚肉的彈性(xing)和500-70%的產(chǎn)品無(wu)顯著性(xing)差異(yi), 表明通(tong)過精(jing)細化打印(yin)和調控模型(xing)填充度, 可以(yi)對三文魚的質(zhi)構, 例如(ru)彈性進行還原(yuan)。

綜上, 通(tong)過不(bu)同噴頭對(dui)不同填充度的(de)模型(xing)進行打印可以(yi)對產(chǎn)品的(de)質構進行調(diao)控, 以接近真(zhen)實三文魚的質(zhi)構,比(bi)如粘性和(he)彈性; 且對于40%填(tian)充度的模型(xing), 使用更高精(jing)度的350 μm 噴頭相(xiang)較于500 μm 噴頭, 提高(gao)了產(chǎn)(chan)品的內(nei)部結(jie)構穩(wěn)定性和質(zhi)構特性。

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基于高(gao)精度3D 打印(yin)的三文魚植(zhi)物基(ji)替代物(wu)研究