浙江大學(xué)(xue)生物系統(tǒng)工程(cheng)與食品科學(xué)(xue)學(xué)院研究(jiu)人員(yuan)在國(guó)(guo)內(nèi)期刊《食品安(an)全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)(xue)報(bào)》發(fā)表(biao)了題(ti)為"基于高精(jing)度3D 打印的(de)三文魚植(zhi)物基(ji)替代物研(yan)究"的研究論文(wen)。在該論文中(zhong)，研究人員使用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(cè)(ce)定了三文魚(yu)排和3D 打印(yin)植物基替代(dai)物的硬度、粘性(xing)、彈性與咀(ju)嚼性等指(zhi)標(biāo)。

摘 要: 目的 基于(yu)高精(jing)度3D 打印技(ji)術(shù)研究三文魚(yu)植物基(ji)替代物。方法 以豌(wan)豆分離蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔(mo)芋膠(konjac gum, KGM)和天然胡(hu)蘿卜粉為(wei)原輔(fu)料, 進(jìn)行精準(zhǔn)(zhun)3D 復(fù)合打(da)印生產(chǎn)模擬三(san)文魚色澤、質(zhì)(zhi)構(gòu)的植物基替(ti)代物?？?kao)察不同(tong)物料比例對(duì)油(you)墨可打(da)印性的影(ying)響; 選取有代(dai)表性的油墨配(pei)方, 對(duì)其流變特(te)性、水分分布情(qing)況、微觀(guan)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征(zheng)。結(jié)果 PPI 和KGM 濃(nong)度的升(sheng)高都增強(qiáng)了(le)體系(xi)與水結(jié)合的(de)能力, 且PPI 濃度過(guò)(guo)高時(shí)(20%, m:m)影(ying)響了KGM 與(yu)水結(jié)合(he)形成穩(wěn)(wen)定凝(ning)膠的能(neng)力。PPI15KGM5 配(pei)方可形成(cheng)致密的網(wǎng)格結(jié)(jie)構(gòu), 增強(qiáng)了體(ti)系的穩(wěn)定(ding)性, 擁有良好(hao)的剪切恢(hui)復(fù)特性, 有(you)利于3D 打印; 而(er)PPI20KGM3 配方(fang)具有更(geng)好的機(jī)械(xie)性能和(he)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 但(dan)是由于PPI 濃度過(guò)(guo)高影(ying)響KGM 形成穩(wěn)定凝(ning)膠結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切恢(hui)復(fù)特性(xing)較差。流變學(xué)(xue)參數(shù)(shu)η、τy、G'、屈服應(yīng)變及剪(jian)切恢復(fù)特(te)性對(duì)(dui)油墨3D 打印(yin)過(guò)程影(ying)響顯(xian)著。結(jié)論 通過(guò)(guo)調(diào)整3D 打印精細(xì)(xi)化程度(du)(350 μm 和500 μm)和模(mo)型填(tian)充度(du), 生產(chǎn)了具有(you)差異化質(zhì)構(gòu)的(de)高蛋白含量(15%, m:m)產(chǎn)(chan)品。其中, 部分(fen)產(chǎn)品的粘性(xing)和彈性與(yu)真實(shí)(shi)三文(wen)魚類似, 這為(wei)開發(fā)(fa)3D 打印生(sheng)產(chǎn)植物基替(ti)代物提(ti)供了新的視角(jiao)。

1、質(zhì)構(gòu)(gou)特性測(cè)試

通過(guò)(guo)流動(dòng)自(zi)來(lái)水對(duì)三文(wen)魚排進(jìn)行(xing)解凍(dong), 恢復(fù)至室溫(wen)約30 min 后, 沿(yan)魚排順(shun)肌纖維纖維切(qie)下尺寸一致的(de)樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印完(wan)成的不同(tong)打印精(jing)度與模型填(tian)充度(du)的立方體(2×1×1 cm)進(jìn)(jin)行質(zhì)地剖面分(fen)析(texture profile analysis, TPA)測(cè)試(shi)。實(shí)驗(yàn)條件(jian)為: 兩次循環(huán)(huan)壓縮30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移(yi)動(dòng)速度為(wei)1 mm/s。每組設(shè)(she)置3 組及以上(shang)平行測(cè)試。

2、結(jié)果(guo)分析(xi)

注: a: 硬度; b: 粘(zhan)性; c: 彈性; d: 咀嚼性(xing); e: 膠著性(xing); f 為真實(shí)三文(wen)魚, 以(yi)及不同(tong)模型填充(chong)度條件下, 350 μm 和(he)500 μm 噴頭打印(yin)的產(chǎn)(chan)品彈性; 圖a~f 中不同大(da)寫字(zi)母表示組間差(cha)異顯著, P<0.05。

圖7 不同(tong)打印(yin)產(chǎn)品(pin)的質(zhì)(zhi)地剖面分析(a~e)和(he)與真實(shí)(shi)三文魚彈性(xing)的比較(jiao)(f) (n=3)

為了探究不同(tong)打印噴(pen)嘴的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特(te)性差異(yi), 本研究(jiu)進(jìn)行(xing)了TPA 測(cè)試(shi)(圖7a~e), 并(bing)分別(bie)對(duì)350 μm 和500 μm的(de)噴頭產(chǎn)品(pin)進(jìn)行顯著性(xing)分析(圖7f)。

硬度是壓(ya)縮樣(yang)品所需的力, 可(ke)以模仿(fang)人口腔對(duì)固(gu)體或(huo)者半(ban)固體的(de)咀嚼情(qing)況[50]。在圖7a 中, 隨著(zhe)模型填充(chong)度的上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到(dao)了(137.4±19.2) gf, 填充度上升(sheng)提高了打印(yin)硬度。但對(duì)于(yu)350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品, 硬度并(bing)沒(méi)有上(shang)升, 且彼此(ci)之間并沒(méi)有(you)顯著性差異, 不(bu)過(guò)填(tian)充度為40%時(shí), 350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品硬度(du)大于500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和(he)膠著(zhe)性(圖7e)的結(jié)果(guo)與硬度測(cè)量(liang)結(jié)果類似, 即(ji)500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性(xing)隨模(mo)型填充度上升(sheng)而上升; 但(dan)是350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)(chan)品基(ji)本沒(méi)(mei)有顯著性差異(yi)。不過(guò), 在40%填充(chong)度時(shí)(shi), 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)特性都(dou)顯著高于500 μm, 這可(ke)能是精(jing)細(xì)化(hua)打印(yin)提高了(le)產(chǎn)品內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)的(de)穩(wěn)定性(xing), 從而改善質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。

粘性(xing)是克服樣品(pin)本身的粘性(xing)而消(xiao)耗的(de)能量, 代(dai)表著需要(yao)從牙齒或者(zhe)上顎去(qu)除粘附的食物(wu)所做(zuo)的功。本研(yan)究中(zhong),隨著模型填充(chong)度上升, 350 μm 的噴(pen)頭產(chǎn)品的粘性(xing)均呈現(xiàn)上升趨(qu)勢(shì)(圖(tu)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(jie)近真實(shí)三文(wen)魚的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dan)性是樣品去(qu)除形變(bian)后恢復(fù)到(dao)本來(lái)狀態(tài)的(de)能力, 表現(xiàn)(xian)為食物被(bei)牙齒咬后恢(hui)復(fù)到原(yuan)狀的能力(li)。且彈(dan)性和魚(yu)的新(xin)鮮程度關(guān)聯(lián)性(xing)極大, 魚在(zai)屠宰、冰(bing)凍或者腐(fu)敗后, 彈性都(dou)會(huì)有一定程度(du)的下降。工業(yè)(ye)中, 工人(ren)通常使用“手(shou)指法"測(cè)量生魚(yu)片的(de)質(zhì)構(gòu)以(yi)了解其彈性(xing)是否(fou)適合(he)進(jìn)一步加工(gong)。在圖7c 中, 隨(sui)著模(mo)型填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的彈(dan)性從0.41±0.06 上升(sheng)到了0.58±0.03, 并且(qie)接近本次測(cè)量(liang)的三文魚的(de)彈性(0.61±0.03)。詳細(xì)的(de)彈性數(shù)(shu)據(jù)對(duì)(dui)比如圖7f 所示, 真(zhen)實(shí)三文魚肉(rou)的彈性和(he)500-70%的產(chǎn)品無(wú)顯(xian)著性(xing)差異(yi), 表明(ming)通過(guò)精細(xì)化(hua)打印和(he)調(diào)控模型填充(chong)度, 可以對(duì)(dui)三文魚的質(zhì)構(gòu)(gou), 例如(ru)彈性進(jìn)行還(hai)原。

綜上, 通過(guò)(guo)不同噴頭(tou)對(duì)不同填充度(du)的模型進(jìn)行打(da)印可以對(duì)產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)(gou)進(jìn)行調(diào)控, 以接(jie)近真實(shí)三(san)文魚的(de)質(zhì)構(gòu),比如粘(zhan)性和彈性; 且(qie)對(duì)于40%填充(chong)度的模型, 使(shi)用更(geng)高精(jing)度的350 μm 噴頭相(xiang)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)定性和(he)質(zhì)構(gòu)特性(xing)。

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基于高精度3D 打(da)印的(de)三文魚(yu)植物基(ji)替代物(wu)研究(jiu)