技術(shù)文(wen)章
Technical articles浙江大學(xué)生物(wu)系統(tǒng)工程與(yu)食品科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員在國(guo)內(nèi)期刊《食品安(an)全質(zhì)(zhi)量檢測學(xué)(xue)報》發(fā)表(biao)了題(ti)為"基于高精(jing)度3D 打(da)印的三文(wen)魚植物(wu)基替代(dai)物研(yan)究"的研究論(lun)文。在該論文中(zhong),研究(jiu)人員(yuan)使用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了三文(wen)魚排和(he)3D 打印植(zhi)物基替代物的硬度、粘性(xing)、彈性與咀嚼(jue)性等指(zhi)標(biāo)。
摘 要: 目的 基于高(gao)精度3D 打印技(ji)術(shù)研究三文(wen)魚植(zhi)物基(ji)替代(dai)物。方法(fa) 以豌豆分(fen)離蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔(mo)芋膠(konjac gum, KGM)和天(tian)然胡蘿卜(bo)粉為原輔料, 進(jin)行精準3D 復(fù)合(he)打印(yin)生產(chǎn)(chan)模擬三文魚色(se)澤、質(zhì)構(gòu)的(de)植物(wu)基替代物(wu)??疾觳?bu)同物(wu)料比(bi)例對油墨可打(da)印性的(de)影響; 選取(qu)有代表性(xing)的油墨配方(fang), 對其流變(bian)特性、水分(fen)分布(bu)情況、微觀結(jié)(jie)構(gòu)進行(xing)表征(zheng)。結(jié)果(guo) PPI 和KGM 濃(nong)度的升(sheng)高都增強了體(ti)系與水結(jié)(jie)合的能力, 且PPI 濃(nong)度過高時(20%, m:m)影(ying)響了KGM 與水結(jié)(jie)合形成穩(wěn)定凝(ning)膠的能力。PPI15KGM5 配方(fang)可形成(cheng)致密的網(wǎng)(wang)格結(jié)構(gòu), 增強(qiang)了體(ti)系的(de)穩(wěn)定性, 擁有(you)良好(hao)的剪切恢復(fù)特(te)性, 有利于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具有更(geng)好的機械性能(neng)和結(jié)構(gòu)強度(du), 但是由(you)于PPI 濃(nong)度過(guo)高影響KGM 形成(cheng)穩(wěn)定凝(ning)膠結(jié)構(gòu), 其(qi)剪切恢(hui)復(fù)特性較差。流(liu)變學(xué)(xue)參數(shù)η、τy、G'、屈服(fu)應(yīng)變及剪切恢(hui)復(fù)特性對油(you)墨3D 打印過程影(ying)響顯著。結(jié)論 通過調(diào)整(zheng)3D 打印精細化程(cheng)度(350 μm 和500 μm)和模型(xing)填充度, 生產(chǎn)了(le)具有差異化(hua)質(zhì)構(gòu)的(de)高蛋白(bai)含量(15%, m:m)產(chǎn)品。其中(zhong), 部分產(chǎn)(chan)品的粘(zhan)性和彈(dan)性與真實三文(wen)魚類(lei)似, 這(zhe)為開發(fā)3D 打(da)印生產(chǎn)植物基(ji)替代物提供了(le)新的視角(jiao)。
1、質(zhì)構(gòu)特性測(ce)試
通過(guo)流動(dong)自來水(shui)對三文魚排(pai)進行(xing)解凍, 恢復(fù)至室(shi)溫約30 min 后, 沿(yan)魚排順肌纖(xian)維纖維(wei)切下(xia)尺寸一致的樣(yang)品(2 cm×1 cm×1 cm)與(yu)打印完成(cheng)的不同(tong)打印精度(du)與模型(xing)填充度的立(li)方體(2×1×1 cm)進行(xing)質(zhì)地剖面分析(xi)(texture profile analysis, TPA)測試(shi)。實驗條件為: 兩(liang)次循(xun)環(huán)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)(fa)力8 gf, 探頭移(yi)動速度為1 mm/s。每組(zu)設(shè)置3 組及(ji)以上平(ping)行測試。
2、結(jié)果分析(xi)
注: a: 硬度; b: 粘(zhan)性; c: 彈性(xing); d: 咀嚼性(xing); e: 膠著性; f 為真(zhen)實三文魚, 以(yi)及不同模型填(tian)充度條件下, 350 μm 和(he)500 μm 噴頭(tou)打印的產(chǎn)(chan)品彈性; 圖(tu)a~f 中不同大寫(xie)字母表(biao)示組間(jian)差異顯著, P<0.05。
圖7 不同打印產(chǎn)(chan)品的質(zhì)地剖(pou)面分(fen)析(a~e)和與(yu)真實三文魚彈(dan)性的比較(jiao)(f) (n=3)
為了探究(jiu)不同打印噴嘴(zui)的產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性差異, 本(ben)研究進行了(le)TPA 測試(圖7a~e), 并(bing)分別對350 μm 和(he)500 μm的噴頭產(chǎn)(chan)品進行顯(xian)著性(xing)分析(圖7f)。
硬度是(shi)壓縮(suo)樣品所需的(de)力, 可以模(mo)仿人口腔對(dui)固體或者半(ban)固體的咀嚼情(qing)況[50]。在圖7a 中(zhong), 隨著(zhe)模型填充(chong)度的(de)上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的硬(ying)度從(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(dan)對于350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品, 硬度(du)并沒有上升(sheng), 且彼此之間并(bing)沒有顯(xian)著性差異, 不(bu)過填充度為(wei)40%時, 350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)硬度大于500 μm。咀嚼(jue)性(圖7d)和膠著(zhe)性(圖(tu)7e)的結(jié)(jie)果與(yu)硬度測量結(jié)(jie)果類(lei)似, 即500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)特性隨模型(xing)填充(chong)度上升而上升(sheng); 但是350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)(chan)品基本沒有(you)顯著性差(cha)異。不過(guo), 在40%填(tian)充度時, 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性都顯(xian)著高于500 μm, 這(zhe)可能是(shi)精細化(hua)打印提高了產(chǎn)(chan)品內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)的(de)穩(wěn)定性, 從而改(gai)善質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)。
粘性是克服(fu)樣品(pin)本身的粘(zhan)性而消耗的(de)能量(liang), 代表著需(xu)要從牙齒或者(zhe)上顎去除粘附(fu)的食物所做的(de)功。本研究(jiu)中,隨著模型填(tian)充度(du)上升, 350 μm 的(de)噴頭產(chǎn)品的粘(zhan)性均呈現(xiàn)上(shang)升趨勢(圖7b), 從(cong)(3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)(chan)品的粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接近(jin)真實三文魚(yu)的粘性(xing)[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣(yang)品去除形變(bian)后恢復(fù)到本(ben)來狀(zhuang)態(tài)的能力, 表現(xiàn)(xian)為食物被(bei)牙齒咬(yao)后恢復(fù)到原(yuan)狀的能力(li)。且彈(dan)性和魚的新鮮(xian)程度關(guān)聯(lián)性極(ji)大, 魚在屠(tu)宰、冰凍(dong)或者腐敗后, 彈(dan)性都會有一(yi)定程度的(de)下降。工業(yè)中, 工(gong)人通常使用“手(shou)指法"測量生(sheng)魚片的質(zhì)(zhi)構(gòu)以了(le)解其彈性(xing)是否適(shi)合進一步加工(gong)。在圖7c 中(zhong), 隨著模型填充(chong)度的上升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)彈性從0.41±0.06 上(shang)升到了(le)0.58±0.03, 并且接(jie)近本次測(ce)量的三文魚(yu)的彈性(0.61±0.03)。詳(xiang)細的彈性數(shù)據(jù)(ju)對比如圖7f 所(suo)示, 真(zhen)實三文魚(yu)肉的彈(dan)性和(he)500-70%的產(chǎn)品(pin)無顯(xian)著性差(cha)異, 表明(ming)通過精細化打(da)印和(he)調(diào)控模(mo)型填充度(du), 可以對(dui)三文魚(yu)的質(zhì)構(gòu), 例如(ru)彈性進行還原(yuan)。
綜上, 通(tong)過不同噴(pen)頭對不同填(tian)充度的(de)模型進(jin)行打印可(ke)以對產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)進(jin)行調(diào)控(kong), 以接近真實三(san)文魚的質(zhì)構(gòu),比(bi)如粘性和(he)彈性; 且對于40%填(tian)充度的模(mo)型, 使(shi)用更高(gao)精度(du)的350 μm 噴頭(tou)相較于500 μm 噴(pen)頭, 提高了(le)產(chǎn)品(pin)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定(ding)性和質(zhì)構(gòu)特(te)性。
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基于高精度3D 打(da)印的三文魚植(zhi)物基替(ti)代物研究