浙江大學生物(wu)系統(tǒng)工(gong)程與(yu)食品科學(xue)學院研究人員(yuan)在國內(nèi)期刊《食(shi)品安全質(zhì)量檢(jian)測學報(bao)》發(fā)表了題為"基于高精度(du)3D 打印的三文魚(yu)植物(wu)基替(ti)代物(wu)研究"的研究(jiu)論文。在該(gai)論文中，研究(jiu)人員使(shi)用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(ce)定了三文(wen)魚排和3D 打(da)印植物(wu)基替代物的硬度、粘性、彈(dan)性與咀嚼性(xing)等指標。

摘 要: 目的 基于高精(jing)度3D 打(da)印技術(shù)研究三(san)文魚(yu)植物基替(ti)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(fen)為原(yuan)輔料, 進行精準(zhun)3D 復合打印生產(chǎn)(chan)模擬三(san)文魚色澤(ze)、質(zhì)構(gòu)的植物(wu)基替(ti)代物?？疾?cha)不同物料比(bi)例對油墨可打(da)印性的(de)影響; 選取(qu)有代表性的油(you)墨配方, 對其(qi)流變特(te)性、水分分布情(qing)況、微觀結(jié)構(gòu)進(jin)行表(biao)征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度的升高(gao)都增強了體系(xi)與水結(jié)合(he)的能力(li), 且PPI 濃度過高時(shi)(20%, m:m)影響了KGM 與水結(jié)(jie)合形成穩(wěn)定(ding)凝膠(jiao)的能(neng)力。PPI15KGM5 配方可(ke)形成致密的網(wǎng)(wang)格結(jié)構(gòu), 增(zeng)強了(le)體系(xi)的穩(wěn)定性, 擁(yong)有良好的剪(jian)切恢復(fu)特性, 有利于(yu)3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具有(you)更好的機械性(xing)能和結(jié)構(gòu)強度(du), 但是由(you)于PPI 濃(nong)度過高影響(xiang)KGM 形成穩(wěn)定凝(ning)膠結(jié)構(gòu), 其剪(jian)切恢(hui)復特性(xing)較差。流變學參(can)數(shù)η、τy、G'、屈服(fu)應變及(ji)剪切恢復特性(xing)對油墨3D 打印(yin)過程影(ying)響顯著(zhu)。結(jié)論 通過調(diào)整3D 打(da)印精細化程(cheng)度(350 μm 和(he)500 μm)和模型填充(chong)度, 生產(chǎn)了具(ju)有差異(yi)化質(zhì)構(gòu)的高蛋(dan)白含量(15%, m:m)產(chǎn)品。其(qi)中, 部分產(chǎn)(chan)品的粘性和(he)彈性與真(zhen)實三文(wen)魚類似, 這為開(kai)發(fā)3D 打印(yin)生產(chǎn)植(zhi)物基替代物提(ti)供了新的(de)視角。

1、質(zhì)構(gòu)特性(xing)測試

通過流動自來(lai)水對三文魚(yu)排進行解(jie)凍, 恢(hui)復至室溫(wen)約30 min 后, 沿魚排順(shun)肌纖維(wei)纖維切(qie)下尺寸一致(zhi)的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印(yin)完成的不同(tong)打印精度(du)與模型填充度(du)的立方體(2×1×1 cm)進行(xing)質(zhì)地剖(pou)面分析(texture profile analysis, TPA)測(ce)試。實驗條(tiao)件為: 兩(liang)次循(xun)環(huán)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)力8 gf, 探(tan)頭移動速(su)度為1 mm/s。每組設置(zhi)3 組及(ji)以上平行測試(shi)。

2、結(jié)果分(fen)析

注: a: 硬(ying)度; b: 粘性; c: 彈(dan)性; d: 咀嚼(jue)性; e: 膠著性(xing); f 為真實三文魚(yu), 以及不同(tong)模型填充度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴頭打(da)印的產(chǎn)品彈(dan)性; 圖a~f 中不同大(da)寫字母表示(shi)組間差異(yi)顯著, P<0.05。

圖7 不(bu)同打印產(chǎn)(chan)品的(de)質(zhì)地剖面分(fen)析(a~e)和與真(zhen)實三文魚彈(dan)性的比較(jiao)(f) (n=3)

為了(le)探究(jiu)不同打印(yin)噴嘴的(de)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性差異(yi), 本研究進行了(le)TPA 測試(shi)(圖7a~e), 并分(fen)別對350 μm 和500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)(chan)品進(jin)行顯著性(xing)分析(圖(tu)7f)。

硬度是(shi)壓縮樣(yang)品所需(xu)的力, 可以模(mo)仿人口(kou)腔對固(gu)體或者(zhe)半固體的(de)咀嚼情況(kuang)[50]。在圖7a 中(zhong), 隨著模型填(tian)充度的上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的硬(ying)度從(59.3±25.3) gf 上升到(dao)了(137.4±19.2) gf, 填充度上(shang)升提(ti)高了(le)打印(yin)硬度。但對于350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)(chan)品, 硬(ying)度并沒有上(shang)升, 且彼此(ci)之間并沒(mei)有顯著(zhu)性差異, 不(bu)過填充度為40%時(shi), 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品(pin)硬度大(da)于500 μm。咀嚼性(圖7d)和(he)膠著性(xing)(圖7e)的結(jié)(jie)果與硬度(du)測量結(jié)果類(lei)似, 即(ji)500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性隨模型填充(chong)度上升(sheng)而上升; 但(dan)是350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品基本沒有(you)顯著性(xing)差異。不過(guo), 在40%填充(chong)度時, 350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性都(dou)顯著高(gao)于500 μm, 這可能(neng)是精細化(hua)打印提(ti)高了產(chǎn)品內(nèi)(nei)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)(wen)定性, 從(cong)而改(gai)善質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)。

粘性是(shi)克服樣(yang)品本(ben)身的粘性(xing)而消(xiao)耗的能(neng)量, 代表著需要(yao)從牙(ya)齒或者上(shang)顎去除粘附的(de)食物(wu)所做的(de)功。本研(yan)究中,隨(sui)著模(mo)型填充度上(shang)升, 350 μm 的噴頭(tou)產(chǎn)品的粘性(xing)均呈(cheng)現(xiàn)上升(sheng)趨勢(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)近真實三(san)文魚(yu)的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性(xing)是樣品去除形(xing)變后恢復(fu)到本來狀態(tài)的(de)能力, 表現(xiàn)(xian)為食物被牙(ya)齒咬后恢復到(dao)原狀的(de)能力。且彈(dan)性和魚(yu)的新鮮程度關(guān)(guan)聯(lián)性極大, 魚(yu)在屠宰(zai)、冰凍或者(zhe)腐敗后, 彈性(xing)都會有一定(ding)程度的下(xia)降。工業(yè)中, 工(gong)人通常使用“手(shou)指法"測量(liang)生魚片的質(zhì)(zhi)構(gòu)以了解其彈(dan)性是否適(shi)合進一(yi)步加工(gong)。在圖7c 中, 隨(sui)著模型(xing)填充度的(de)上升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的彈性從(cong)0.41±0.06 上升到了0.58±0.03, 并(bing)且接近本次測(ce)量的三(san)文魚的彈性(0.61±0.03)。詳(xiang)細的彈性數(shù)據(jù)(ju)對比如圖7f 所示(shi), 真實三文魚(yu)肉的彈性(xing)和500-70%的產(chǎn)品無(wu)顯著性(xing)差異, 表明(ming)通過精細化(hua)打印(yin)和調(diào)控模(mo)型填充(chong)度, 可(ke)以對三(san)文魚的質(zhì)構(gòu), 例(li)如彈性進行(xing)還原(yuan)。

綜上, 通過不(bu)同噴頭對不同(tong)填充(chong)度的模型進行(xing)打印可以對(dui)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)進行調(diào)控(kong), 以接近真(zhen)實三文魚的質(zhì)(zhi)構(gòu),比如粘(zhan)性和彈(dan)性; 且對于40%填(tian)充度的模(mo)型, 使用(yong)更高精度的(de)350 μm 噴頭(tou)相較于500 μm 噴頭(tou), 提高了產(chǎn)品的(de)內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)(wen)定性(xing)和質(zhì)構(gòu)特(te)性。

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基于高(gao)精度3D 打印的三(san)文魚植物基(ji)替代物(wu)研究