浙江(jiang)大學(xue)生物系(xi)統(tǒng)工程(cheng)與食品(pin)科學(xue)學院研究人(ren)員在國內期刊(kan)《食品(pin)安全質量檢(jian)測學報(bao)》發(fā)表了題(ti)為"基于高(gao)精度3D 打印的(de)三文魚植物基(ji)替代物研究(jiu)"的研究論(lun)文。在該論文(wen)中，研究人員(yuan)使用上海騰(teng)拔Universal TA質構(gou)儀測定了三文魚排(pai)和3D 打印(yin)植物基(ji)替代物的硬度、粘性、彈(dan)性與咀(ju)嚼性等指標(biao)。

摘 要: 目的 基于高精度3D 打(da)印技術研(yan)究三(san)文魚(yu)植物基替代(dai)物。方法 以豌豆分離(li)蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(jiao)(konjac gum, KGM)和天(tian)然胡蘿卜粉為(wei)原輔料(liao), 進行精準3D 復合(he)打印(yin)生產(chan)模擬(ni)三文魚(yu)色澤、質(zhi)構的(de)植物基替代(dai)物。考察不同物(wu)料比(bi)例對油墨(mo)可打(da)印性的影(ying)響; 選(xuan)取有代表性的(de)油墨(mo)配方, 對其(qi)流變特性(xing)、水分(fen)分布情(qing)況、微觀結(jie)構進行表征。結果 PPI 和KGM 濃度的升(sheng)高都增(zeng)強了(le)體系(xi)與水(shui)結合的能力, 且(qie)PPI 濃度過高時(shi)(20%, m:m)影響(xiang)了KGM 與水結合形(xing)成穩(wěn)定凝膠的(de)能力。PPI15KGM5 配方可(ke)形成(cheng)致密的(de)網格結構, 增(zeng)強了體(ti)系的穩(wěn)定(ding)性, 擁有良好(hao)的剪切恢復(fu)特性, 有(you)利于3D 打印; 而PPI20KGM3 配(pei)方具有更好(hao)的機械(xie)性能和結構強(qiang)度, 但是由(you)于PPI 濃(nong)度過高影(ying)響KGM 形成穩(wěn)定凝(ning)膠結構, 其剪(jian)切恢復特(te)性較差。流變(bian)學參數(shù)(shu)η、τy、G'、屈服應(ying)變及剪切恢復(fu)特性(xing)對油墨3D 打印(yin)過程影響顯(xian)著。結論 通過(guo)調整(zheng)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(cha)異化質構(gou)的高蛋白(bai)含量(15%, m:m)產品(pin)。其中, 部分產(chan)品的粘(zhan)性和彈(dan)性與真(zhen)實三文(wen)魚類似, 這(zhe)為開發(fā)(fa)3D 打印生(sheng)產植物基替(ti)代物(wu)提供了新(xin)的視角。

1、質構特性測試(shi)

通過流動(dong)自來(lai)水對三(san)文魚(yu)排進行解(jie)凍, 恢復至室(shi)溫約30 min 后, 沿魚排(pai)順肌纖(xian)維纖維切下(xia)尺寸一致的(de)樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印完(wan)成的不同打印(yin)精度與模型(xing)填充度的立(li)方體(2×1×1 cm)進行(xing)質地剖(pou)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30%, 觸發(fā)(fa)力8 gf, 探頭(tou)移動(dong)速度為(wei)1 mm/s。每組設(she)置3 組及以上(shang)平行測試(shi)。

2、結果分析

注: a: 硬度; b: 粘(zhan)性; c: 彈性; d: 咀嚼(jue)性; e: 膠著(zhe)性; f 為真實(shi)三文魚(yu), 以及不同(tong)模型填充(chong)度條件下(xia), 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打印的產品(pin)彈性; 圖a~f 中不(bu)同大寫字母(mu)表示(shi)組間(jian)差異顯著, P<0.05。

圖7 不同打印產(chan)品的(de)質地剖面(mian)分析(a~e)和與真實(shi)三文魚彈性(xing)的比(bi)較(f) (n=3)

為了探究不同(tong)打印(yin)噴嘴的產品的(de)質構特性差異(yi), 本研究進行了(le)TPA 測試(shi)(圖7a~e), 并分別(bie)對350 μm 和500 μm的噴(pen)頭產品進(jin)行顯著性分析(xi)(圖7f)。

硬度(du)是壓(ya)縮樣品所需的(de)力, 可以模仿人(ren)口腔(qiang)對固體或者半(ban)固體的咀嚼(jue)情況(kuang)[50]。在圖7a 中, 隨(sui)著模型填充度(du)的上升, 500 μm 噴(pen)頭產品的硬度(du)從(59.3±25.3) gf 上(shang)升到了(137.4±19.2) gf, 填充度(du)上升提(ti)高了打印(yin)硬度。但對于(yu)350 μm 噴頭(tou)的產品, 硬度(du)并沒(mei)有上升, 且彼(bi)此之(zhi)間并沒有(you)顯著(zhu)性差異, 不過(guo)填充度(du)為40%時, 350 μm 噴頭的(de)產品硬(ying)度大于500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和(he)膠著性(圖7e)的結(jie)果與(yu)硬度測量結果(guo)類似, 即(ji)500 μm 噴頭產品(pin)的質構特(te)性隨模型填充(chong)度上升而上升(sheng); 但是350 μm 噴(pen)頭的產品基本(ben)沒有(you)顯著性(xing)差異。不過, 在(zai)40%填充度時(shi), 350 μm 噴頭的產(chan)品的(de)質構特性都(dou)顯著高(gao)于500 μm, 這(zhe)可能是精細(xi)化打印提(ti)高了產品(pin)內部結(jie)構的穩(wěn)(wen)定性, 從而(er)改善質構(gou)特性。

粘性(xing)是克服樣品本(ben)身的粘性(xing)而消耗的能量(liang), 代表著(zhe)需要從牙(ya)齒或者上顎(e)去除粘附(fu)的食物所做的(de)功。本研究(jiu)中,隨著(zhe)模型填(tian)充度上升, 350 μm 的噴(pen)頭產品的(de)粘性均呈現(xiàn)上(shang)升趨(qu)勢(圖7b), 從(cong)(3.92±1.68) gf-mm 升到(dao)(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產品(pin)的粘性(xing)[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實三(san)文魚的粘(zhan)性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣品(pin)去除形變后(hou)恢復到(dao)本來狀態(tài)的能(neng)力, 表(biao)現(xiàn)為食物被牙(ya)齒咬后(hou)恢復到原(yuan)狀的能力。且彈(dan)性和魚的(de)新鮮程(cheng)度關聯(lián)性極(ji)大, 魚在(zai)屠宰(zai)、冰凍或(huo)者腐敗后, 彈性(xing)都會有一(yi)定程(cheng)度的下降。工(gong)業(yè)中, 工人通常(chang)使用(yong)“手指法(fa)"測量生魚(yu)片的質構以了(le)解其彈性是否(fou)適合進一(yi)步加(jia)工。在圖7c 中, 隨(sui)著模(mo)型填充度(du)的上升(sheng), 500 μm 噴頭(tou)產品的彈性(xing)從0.41±0.06 上升到(dao)了0.58±0.03, 并且接近(jin)本次測量的三(san)文魚(yu)的彈性(0.61±0.03)。詳(xiang)細的(de)彈性(xing)數(shù)據(jù)對比如(ru)圖7f 所示(shi), 真實(shi)三文魚肉的彈(dan)性和500-70%的產品無(wu)顯著(zhu)性差異(yi), 表明(ming)通過精(jing)細化打印和調(diao)控模型(xing)填充度(du), 可以對(dui)三文魚的質(zhi)構, 例如(ru)彈性(xing)進行(xing)還原(yuan)。

綜上, 通過(guo)不同噴頭(tou)對不同填充度(du)的模型進行打(da)印可以(yi)對產品(pin)的質構進(jin)行調(diao)控, 以接近(jin)真實三文(wen)魚的(de)質構(gou),比如粘性和彈(dan)性; 且對于40%填(tian)充度的模型(xing), 使用更(geng)高精度(du)的350 μm 噴(pen)頭相較于500 μm 噴頭(tou), 提高了產品(pin)的內部(bu)結構穩(wěn)定(ding)性和質構(gou)特性。

原文下(xia)載鏈(lian)接

基于高精度(du)3D 打印的三文(wen)魚植物(wu)基替代物(wu)研究