浙江大學(xué)(xue)生物系(xi)統(tǒng)工(gong)程與(yu)食品(pin)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)量檢測(cè)學(xué)(xue)報(bào)》發(fā)表了(le)題為"基于高(gao)精度3D 打(da)印的三文(wen)魚植(zhi)物基替(ti)代物(wu)研究"的研(yan)究論(lun)文。在該(gai)論文中(zhong)，研究(jiu)人員(yuan)使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)定了三文魚排(pai)和3D 打(da)印植物(wu)基替代(dai)物的硬(ying)度、粘性(xing)、彈性(xing)與咀嚼性等指(zhi)標(biāo)。

摘 要: 目的 基于高精(jing)度3D 打印(yin)技術(shù)(shu)研究(jiu)三文魚植(zhi)物基替代(dai)物。方法 以豌豆分離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(jiao)(konjac gum, KGM)和天然胡蘿卜(bo)粉為原(yuan)輔料, 進(jìn)(jin)行精準(zhǔn)3D 復(fù)合打(da)印生產(chǎn)模擬(ni)三文魚色(se)澤、質(zhì)構(gòu)的(de)植物基(ji)替代物(wu)?？疾觳煌?wu)料比例(li)對(duì)油(you)墨可打印(yin)性的影響(xiang); 選取有(you)代表性的油(you)墨配方, 對(duì)其(qi)流變特(te)性、水分分(fen)布情況(kuang)、微觀結(jié)(jie)構(gòu)進(jìn)行表征(zheng)。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度(du)的升高都增強(qiáng)(qiang)了體系(xi)與水(shui)結(jié)合的(de)能力, 且PPI 濃度(du)過高(gao)時(shí)(20%, m:m)影響了KGM 與水(shui)結(jié)合形成穩(wěn)(wen)定凝膠的(de)能力。PPI15KGM5 配方(fang)可形(xing)成致密(mi)的網(wǎng)格結(jié)(jie)構(gòu), 增強(qiáng)了(le)體系的穩(wěn)(wen)定性, 擁有良好(hao)的剪(jian)切恢(hui)復(fù)特(te)性, 有利于3D 打(da)印; 而PPI20KGM3 配方(fang)具有(you)更好的機(jī)械(xie)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)(qiang)度, 但是由于(yu)PPI 濃度過(guo)高影響KGM 形(xing)成穩(wěn)(wen)定凝膠結(jié)構(gòu), 其(qi)剪切恢復(fù)(fu)特性較差(cha)。流變學(xué)(xue)參數(shù)η、τy、G'、屈(qu)服應(yīng)變(bian)及剪切恢復(fù)(fu)特性對(duì)油(you)墨3D 打(da)印過程影響(xiang)顯著。結(jié)論 通過(guo)調(diào)整(zheng)3D 打印(yin)精細(xì)化程度(du)(350 μm 和500 μm)和(he)模型填充度, 生(sheng)產(chǎn)了具有(you)差異(yi)化質(zhì)構(gòu)的高蛋(dan)白含量(15%, m:m)產(chǎn)品。其(qi)中, 部(bu)分產(chǎn)品的粘(zhan)性和(he)彈性與真實(shí)三(san)文魚類似, 這為(wei)開發(fā)3D 打印生(sheng)產(chǎn)植物基(ji)替代物(wu)提供(gong)了新(xin)的視(shi)角。

1、質(zhì)構(gòu)特性(xing)測(cè)試(shi)

通過流(liu)動(dòng)自來水對(duì)三(san)文魚排(pai)進(jìn)行解凍, 恢復(fù)(fu)至室溫約(yue)30 min 后, 沿(yan)魚排(pai)順肌(ji)纖維纖維切(qie)下尺寸(cun)一致的樣(yang)品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印完(wan)成的(de)不同打印精(jing)度與(yu)模型(xing)填充度的立(li)方體(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)(zhi)地剖面分析(xi)(texture profile analysis, TPA)測(cè)試(shi)。實(shí)驗(yàn)條件為(wei): 兩次循環(huán)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移(yi)動(dòng)速(su)度為(wei)1 mm/s。每組(zu)設(shè)置3 組及(ji)以上平行測(cè)試(shi)。

2、結(jié)果分析

注: a: 硬(ying)度; b: 粘性; c: 彈性(xing); d: 咀嚼(jue)性; e: 膠著性(xing); f 為真實(shí)三文(wen)魚, 以及(ji)不同模(mo)型填充度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴頭(tou)打印的產(chǎn)品彈(dan)性; 圖a~f 中不同(tong)大寫字(zi)母表(biao)示組間差(cha)異顯著, P<0.05。

圖7 不同打(da)印產(chǎn)品(pin)的質(zhì)地剖(pou)面分(fen)析(a~e)和(he)與真實(shí)三文(wen)魚彈(dan)性的(de)比較(f) (n=3)

為了探究不(bu)同打印噴(pen)嘴的(de)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性差異, 本(ben)研究進(jìn)行了(le)TPA 測(cè)試(圖7a~e), 并分(fen)別對(duì)350 μm 和(he)500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)品進(jìn)行顯(xian)著性分(fen)析(圖(tu)7f)。

硬度是壓(ya)縮樣(yang)品所需的(de)力, 可以模(mo)仿人(ren)口腔對(duì)(dui)固體或者半(ban)固體(ti)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(chǎn)品的(de)硬度從(59.3±25.3) gf 上升到(dao)了(137.4±19.2) gf, 填充(chong)度上升提高(gao)了打印硬度。但(dan)對(duì)于350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品, 硬度(du)并沒(mei)有上(shang)升, 且彼(bi)此之間并沒有(you)顯著性差異, 不(bu)過填(tian)充度為40%時(shí), 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品硬度(du)大于500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和膠著性(xing)(圖7e)的結(jié)果與(yu)硬度測(cè)量結(jié)(jie)果類似, 即(ji)500 μm 噴頭產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性隨模(mo)型填充度上(shang)升而上(shang)升; 但是350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品基(ji)本沒有顯著(zhu)性差異(yi)。不過, 在40%填充(chong)度時(shí)(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性都顯(xian)著高于(yu)500 μm, 這可能是精(jing)細(xì)化打印提(ti)高了產(chǎn)品(pin)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)(wen)定性, 從而改(gai)善質(zhì)構(gòu)特(te)性。

粘性是(shi)克服樣品(pin)本身的(de)粘性(xing)而消耗的能量(liang), 代表著需(xu)要從牙齒或者(zhe)上顎去(qu)除粘附的食物(wu)所做的功(gong)。本研究(jiu)中,隨著模型填(tian)充度上升(sheng), 350 μm 的噴(pen)頭產(chǎn)品的粘性(xing)均呈現(xiàn)上升(sheng)趨勢(shì)(圖7b), 從(cong)(3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的粘(zhan)性[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實(shí)三(san)文魚的粘性(xing)[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是(shi)樣品去除形(xing)變后恢復(fù)(fu)到本來狀態(tài)的(de)能力, 表現(xiàn)為(wei)食物被牙齒(chi)咬后恢復(fù)到原(yuan)狀的(de)能力。且彈性和(he)魚的新鮮程(cheng)度關(guān)(guan)聯(lián)性極大, 魚(yu)在屠宰、冰(bing)凍或者腐敗后(hou), 彈性都會(huì)(hui)有一(yi)定程度(du)的下降。工業(yè)中(zhong), 工人(ren)通常(chang)使用“手指法"測(cè)(ce)量生魚片的質(zhì)(zhi)構(gòu)以了解其彈(dan)性是(shi)否適合進(jìn)一步(bu)加工。在圖7c 中(zhong), 隨著模型(xing)填充度的(de)上升, 500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)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(cè)量(liang)的三文魚的(de)彈性(xing)(0.61±0.03)。詳細(xì)的彈性數(shù)(shu)據(jù)對(duì)比如圖(tu)7f 所示, 真實(shí)三文(wen)魚肉的彈(dan)性和500-70%的產(chǎn)品(pin)無顯著性差(cha)異, 表明(ming)通過精(jing)細(xì)化打(da)印和調(diào)控模型(xing)填充度, 可以對(duì)(dui)三文(wen)魚的質(zhì)構(gòu)(gou), 例如彈性進(jìn)行(xing)還原。

綜上, 通過(guo)不同噴頭(tou)對(duì)不同填(tian)充度的(de)模型進(jìn)(jin)行打印可以(yi)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控(kong), 以接近真(zhen)實(shí)三文魚的(de)質(zhì)構(gòu),比如(ru)粘性和(he)彈性(xing); 且對(duì)于(yu)40%填充度的(de)模型, 使用更(geng)高精(jing)度的350 μm 噴頭(tou)相較于500 μm 噴(pen)頭, 提高了產(chǎn)品(pin)的內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性和質(zhì)構(gòu)(gou)特性。

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基于(yu)高精度3D 打(da)印的(de)三文(wen)魚植物基替(ti)代物(wu)研究