浙江大學生物(wu)系統(tǒng)工程(cheng)與食品科(ke)學學(xue)院研究人員在(zai)國內期刊(kan)《食品安全(quan)質量檢測學(xue)報》發(fā)表了(le)題為"基于高(gao)精度3D 打印的三(san)文魚植物基(ji)替代物(wu)研究"的研究論文。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)使用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhi)構儀(yi)測定了三文魚排(pai)和3D 打印植物基(ji)替代(dai)物的硬度、粘性(xing)、彈性與(yu)咀嚼性等指(zhi)標。

摘 要: 目的(de) 基于(yu)高精度3D 打印技(ji)術研究三文(wen)魚植物(wu)基替代(dai)物。方法 以豌豆(dou)分離(li)蛋白(bai)(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(konjac gum, KGM)和天然(ran)胡蘿卜粉(fen)為原輔料(liao), 進行(xing)精準3D 復合打印(yin)生產模(mo)擬三文魚色澤(ze)、質構的植(zhi)物基替代物?？?kao)察不同物料比(bi)例對油墨可(ke)打印性的影(ying)響; 選取有(you)代表性的油(you)墨配方(fang), 對其流變特(te)性、水分(fen)分布(bu)情況、微觀結(jie)構進行表(biao)征。結果 PPI 和KGM 濃度(du)的升高都增(zeng)強了體系(xi)與水(shui)結合的能力, 且(qie)PPI 濃度(du)過高時(20%, m:m)影(ying)響了KGM 與水結合(he)形成穩(wěn)定凝膠(jiao)的能力。PPI15KGM5 配方(fang)可形成(cheng)致密的網(wang)格結構, 增強了(le)體系的穩(wěn)定(ding)性, 擁有良(liang)好的剪切(qie)恢復特性, 有(you)利于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具有(you)更好的機械性(xing)能和結(jie)構強度, 但(dan)是由于PPI 濃度過(guo)高影(ying)響KGM 形成穩(wěn)定(ding)凝膠結構, 其(qi)剪切恢(hui)復特性較差。流(liu)變學參數η、τy、G'、屈服(fu)應變及剪(jian)切恢復特性(xing)對油(you)墨3D 打(da)印過(guo)程影響顯著(zhu)。結論 通過調(diao)整3D 打印精(jing)細化程度(350 μm 和500 μm)和(he)模型填充度(du), 生產了(le)具有差異化質(zhi)構的(de)高蛋白含(han)量(15%, m:m)產品。其中(zhong), 部分產品的粘(zhan)性和彈性(xing)與真實三文魚(yu)類似, 這為(wei)開發(fā)3D 打印生產(chan)植物基替代物(wu)提供了新的視(shi)角。

1、質構特(te)性測(ce)試

通過流動(dong)自來水對(dui)三文魚排(pai)進行(xing)解凍, 恢復至(zhi)室溫約30 min 后, 沿(yan)魚排(pai)順肌纖(xian)維纖(xian)維切(qie)下尺寸一致(zhi)的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印(yin)完成的(de)不同打(da)印精度與模型(xing)填充度(du)的立方體(2×1×1 cm)進行(xing)質地剖(pou)面分析(texture profile analysis, TPA)測(ce)試。實驗(yan)條件(jian)為: 兩次循環(huán)(huan)壓縮30%, 觸發(fā)(fa)力8 gf, 探頭(tou)移動速度為(wei)1 mm/s。每組設置(zhi)3 組及以上平行(xing)測試。

2、結果分(fen)析

注: a: 硬度; b: 粘性; c: 彈(dan)性; d: 咀(ju)嚼性; e: 膠著性(xing); f 為真實三文魚(yu), 以及不同(tong)模型(xing)填充(chong)度條件下, 350 μm 和(he)500 μm 噴頭打(da)印的產品(pin)彈性; 圖a~f 中不同大(da)寫字母表示組(zu)間差異顯(xian)著, P<0.05。

圖7 不同(tong)打印產品(pin)的質地(di)剖面分(fen)析(a~e)和(he)與真實三文(wen)魚彈性的比較(jiao)(f) (n=3)

為了探(tan)究不同打(da)印噴嘴(zui)的產品(pin)的質構(gou)特性差(cha)異, 本研究進行(xing)了TPA 測試(圖7a~e), 并(bing)分別對350 μm 和(he)500 μm的噴頭(tou)產品(pin)進行顯(xian)著性分析(圖7f)。

硬度是壓縮樣(yang)品所(suo)需的力, 可(ke)以模(mo)仿人(ren)口腔對固體(ti)或者半固(gu)體的咀嚼情況(kuang)[50]。在圖7a 中(zhong), 隨著模型填充(chong)度的上(shang)升, 500 μm 噴頭產品的(de)硬度從(59.3±25.3) gf 上(shang)升到了(137.4±19.2) gf, 填充度上升提(ti)高了(le)打印硬度。但(dan)對于(yu)350 μm 噴頭的(de)產品, 硬度并(bing)沒有上(shang)升, 且(qie)彼此之間(jian)并沒有顯(xian)著性差異, 不(bu)過填充度為40%時(shi), 350 μm 噴頭的產品硬(ying)度大于500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和膠著性(圖(tu)7e)的結(jie)果與硬度測量(liang)結果(guo)類似, 即500 μm 噴(pen)頭產品的(de)質構特(te)性隨模型填充(chong)度上升而上(shang)升; 但是350 μm 噴(pen)頭的產品(pin)基本(ben)沒有顯著(zhu)性差(cha)異。不(bu)過, 在40%填充度時(shi), 350 μm 噴頭(tou)的產(chan)品的質構(gou)特性都顯著高(gao)于500 μm, 這可能(neng)是精細化打印(yin)提高了產品(pin)內部(bu)結構(gou)的穩(wěn)定性(xing), 從而改善(shan)質構特性。

粘性是克服樣(yang)品本身的(de)粘性(xing)而消耗的能(neng)量, 代表著(zhe)需要(yao)從牙齒或者上(shang)顎去除粘附的(de)食物所(suo)做的功(gong)。本研(yan)究中,隨著(zhe)模型填充度上(shang)升, 350 μm 的噴(pen)頭產品(pin)的粘性均呈現(xiàn)(xian)上升趨勢(shi)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chan)品的粘性(xing)[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實(shi)三文魚的粘性(xing)[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣品(pin)去除形(xing)變后恢復到本(ben)來狀態(tài)的(de)能力, 表(biao)現(xiàn)為食物(wu)被牙齒(chi)咬后恢復(fu)到原狀(zhuang)的能力(li)。且彈(dan)性和魚的(de)新鮮程度關(guan)聯(lián)性極大, 魚在(zai)屠宰、冰凍(dong)或者腐(fu)敗后, 彈性都會(hui)有一定程度(du)的下降。工業(yè)(ye)中, 工人通常(chang)使用“手指(zhi)法"測量生(sheng)魚片的質構以(yi)了解其(qi)彈性(xing)是否(fou)適合進一(yi)步加(jia)工。在圖7c 中(zhong), 隨著模(mo)型填充度的(de)上升, 500 μm 噴(pen)頭產品的彈性(xing)從0.41±0.06 上升到了0.58±0.03, 并(bing)且接近(jin)本次測量的(de)三文魚(yu)的彈性(0.61±0.03)。詳細(xi)的彈(dan)性數據(ju)對比(bi)如圖7f 所示, 真(zhen)實三文魚肉的(de)彈性和(he)500-70%的產品(pin)無顯著(zhu)性差異(yi), 表明通過精(jing)細化(hua)打印和調控模(mo)型填充度(du), 可以對(dui)三文(wen)魚的(de)質構, 例(li)如彈性(xing)進行還原。

綜上, 通過(guo)不同噴頭對不(bu)同填(tian)充度的模(mo)型進行打印(yin)可以對(dui)產品的(de)質構(gou)進行調控(kong), 以接近真實(shi)三文魚的(de)質構,比如(ru)粘性和彈性; 且(qie)對于40%填充度的(de)模型(xing), 使用(yong)更高精度(du)的350 μm 噴頭相(xiang)較于500 μm 噴頭, 提(ti)高了產(chan)品的(de)內部(bu)結構穩(wěn)(wen)定性和質構(gou)特性(xing)。

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基于(yu)高精度3D 打印(yin)的三文魚植(zhi)物基替代物(wu)研究