浙江大學(xué)生(sheng)物系統(tǒng)(tong)工程與食品(pin)科學(xué)學(xué)院研究(jiu)人員在國(guó)內(nèi)(nei)期刊(kan)《食品安全(quan)質(zhì)量(liang)檢測(cè)學(xué)報(bào)(bao)》發(fā)表了題為(wei)"基于高(gao)精度3D 打印的三(san)文魚(yú)植物基替(ti)代物研究"的研究論文(wen)。在該論(lun)文中，研究(jiu)人員使(shi)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)定了(le)三文魚(yú)(yu)排和3D 打印(yin)植物基(ji)替代物(wu)的硬度、粘性(xing)、彈性與咀嚼性(xing)等指標(biāo)。

摘 要: 目的 基于高精度(du)3D 打印技術(shù)研(yan)究三文魚(yú)(yu)植物基替代(dai)物。方法 以豌豆分離(li)蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋(yu)膠(konjac gum, KGM)和天然胡蘿(luo)卜粉為原輔料(liao), 進(jìn)行(xing)精準(zhǔn)3D 復(fù)合打印(yin)生產(chǎn)(chan)模擬(ni)三文魚(yú)色澤(ze)、質(zhì)構(gòu)的植物基(ji)替代(dai)物?？?kao)察不同(tong)物料(liao)比例對(duì)(dui)油墨可打(da)印性的影響; 選(xuan)取有代表(biao)性的(de)油墨配方(fang), 對(duì)其流變特(te)性、水分分布(bu)情況、微觀結(jié)(jie)構(gòu)進(jìn)行表(biao)征。結(jié)果(guo) PPI 和KGM 濃度(du)的升高都(dou)增強(qiáng)了體系(xi)與水結(jié)合的能(neng)力, 且PPI 濃度過(guò)高(gao)時(shí)(20%, m:m)影響了KGM 與水(shui)結(jié)合形成穩(wěn)(wen)定凝膠的能力(li)。PPI15KGM5 配方可形成致(zhi)密的網(wǎng)(wang)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(xing), 有利于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具有(you)更好的(de)機(jī)械性能(neng)和結(jié)(jie)構(gòu)強(qiáng)度(du), 但是由于(yu)PPI 濃度過(guò)(guo)高影響(xiang)KGM 形成穩(wěn)定(ding)凝膠結(jié)構(gòu), 其剪(jian)切恢復(fù)特性(xing)較差。流變學(xué)(xue)參數(shù)η、τy、G'、屈服應(yīng)(ying)變及剪(jian)切恢復(fù)特性對(duì)(dui)油墨3D 打印過(guò)程(cheng)影響顯(xian)著。結(jié)論 通過(guò)調(diào)(diao)整3D 打印(yin)精細(xì)化(hua)程度(350 μm 和500 μm)和模(mo)型填充度(du), 生產(chǎn)了具(ju)有差異(yi)化質(zhì)構(gòu)的(de)高蛋(dan)白含量(15%, m:m)產(chǎn)(chan)品。其(qi)中, 部分產(chǎn)品的(de)粘性和彈性(xing)與真(zhen)實(shí)三文(wen)魚(yú)類(lèi)似, 這為(wei)開(kāi)發(fā)3D 打印生(sheng)產(chǎn)植物(wu)基替代物提供(gong)了新(xin)的視角。

1、質(zhì)構(gòu)特性測(cè)試(shi)

通過(guò)流動(dòng)自來(lái)(lai)水對(duì)三(san)文魚(yú)(yu)排進(jìn)行解凍, 恢(hui)復(fù)至室(shi)溫約30 min 后, 沿魚(yú)排(pai)順肌纖維纖維(wei)切下(xia)尺寸(cun)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(jing)度與模(mo)型填充度(du)的立(li)方體(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)(zhi)地剖面分(fen)析(texture profile analysis, TPA)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)(yan)條件為(wei): 兩次循(xun)環(huán)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移動(dòng)速度(du)為1 mm/s。每組設(shè)置(zhi)3 組及(ji)以上(shang)平行測(cè)(ce)試。

2、結(jié)果分析(xi)

注: a: 硬度; b: 粘性; c: 彈(dan)性; d: 咀嚼性; e: 膠(jiao)著性; f 為真(zhen)實(shí)三文魚(yú)(yu), 以及不同模型(xing)填充度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打印的產(chǎn)(chan)品彈性; 圖a~f 中(zhong)不同大寫(xiě)字(zi)母表(biao)示組間差異顯(xian)著, P<0.05。

圖7 不(bu)同打印產(chǎn)品的(de)質(zhì)地剖面分(fen)析(a~e)和(he)與真實(shí)(shi)三文魚(yú)彈性(xing)的比較(f) (n=3)

為了探(tan)究不同打印噴(pen)嘴的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性差(cha)異, 本研究(jiu)進(jìn)行了(le)TPA 測(cè)試(圖7a~e), 并分(fen)別對(duì)350 μm 和(he)500 μm的噴頭產(chǎn)品(pin)進(jìn)行顯著性(xing)分析(xi)(圖7f)。

硬度是(shi)壓縮樣品所需(xu)的力, 可以模仿(fang)人口腔對(duì)固體(ti)或者半固(gu)體的咀(ju)嚼情(qing)況[50]。在圖(tu)7a 中, 隨著模(mo)型填充度的(de)上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的硬度(du)從(59.3±25.3) gf 上升到了(137.4±19.2) gf, 填充度上升(sheng)提高了打(da)印硬度。但對(duì)(dui)于350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品, 硬(ying)度并沒(méi)(mei)有上升, 且彼此(ci)之間并(bing)沒(méi)有顯著性差(cha)異, 不過(guò)(guo)填充度為40%時(shí)(shi), 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品硬度(du)大于500 μm。咀(ju)嚼性(圖(tu)7d)和膠著性(xing)(圖7e)的結(jié)(jie)果與(yu)硬度(du)測(cè)量結(jié)果類(lèi)似(shi), 即500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)特性(xing)隨模型(xing)填充度(du)上升(sheng)而上升; 但是(shi)350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品基(ji)本沒(méi)有顯著(zhu)性差異(yi)。不過(guò), 在(zai)40%填充(chong)度時(shí), 350 μm 噴(pen)頭的(de)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性都顯著(zhu)高于500 μm, 這可(ke)能是精細(xì)化(hua)打印提高(gao)了產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)的穩(wěn)定(ding)性, 從而改善質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。

粘性是克服樣(yang)品本(ben)身的粘性而消(xiao)耗的能(neng)量, 代表著需(xu)要從(cong)牙齒(chi)或者上(shang)顎去除粘附(fu)的食物(wu)所做的功(gong)。本研究中(zhong),隨著(zhe)模型填(tian)充度上(shang)升, 350 μm 的(de)噴頭產(chǎn)品的(de)粘性均呈(cheng)現(xiàn)上升趨(qu)勢(shì)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(dao)(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接(jie)近真(zhen)實(shí)三文魚(yú)的粘(zhan)性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dan)性是(shi)樣品去除(chu)形變(bian)后恢復(fù)(fu)到本(ben)來(lái)狀(zhuang)態(tài)的能力(li), 表現(xiàn)為食物(wu)被牙(ya)齒咬(yao)后恢復(fù)到(dao)原狀(zhuang)的能(neng)力。且彈性和(he)魚(yú)的(de)新鮮程(cheng)度關(guān)聯(lián)性極(ji)大, 魚(yú)(yu)在屠宰、冰凍(dong)或者(zhe)腐敗后, 彈性都(dou)會(huì)有一定程度(du)的下降。工(gong)業(yè)中, 工(gong)人通常使(shi)用“手指法"測(cè)(ce)量生魚(yú)片(pian)的質(zhì)(zhi)構(gòu)以了(le)解其彈性是否(fou)適合進(jìn)(jin)一步加工。在(zai)圖7c 中, 隨著模(mo)型填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭產(chǎn)品的(de)彈性(xing)從0.41±0.06 上(shang)升到了0.58±0.03, 并且(qie)接近本次(ci)測(cè)量的(de)三文(wen)魚(yú)的彈性(xing)(0.61±0.03)。詳細(xì)的彈(dan)性數(shù)(shu)據(jù)對(duì)比如圖7f 所(suo)示, 真實(shí)三(san)文魚(yú)肉的彈(dan)性和(he)500-70%的產(chǎn)(chan)品無(wú)(wu)顯著性差(cha)異, 表(biao)明通過(guò)精細(xì)化(hua)打印和調(diào)控(kong)模型(xing)填充度, 可以對(duì)(dui)三文魚(yú)的質(zhì)(zhi)構(gòu), 例如彈性進(jìn)(jin)行還原(yuan)。

綜上, 通過(guò)(guo)不同噴頭對(duì)(dui)不同(tong)填充(chong)度的模型進(jìn)(jin)行打印(yin)可以對(duì)(dui)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控(kong), 以接近真實(shí)(shi)三文魚(yú)的質(zhì)構(gòu)(gou),比如粘性和(he)彈性(xing); 且對(duì)于40%填充度(du)的模型, 使用更(geng)高精度的(de)350 μm 噴頭(tou)相較于500 μm 噴(pen)頭, 提高了(le)產(chǎn)品的內(nèi)(nei)部結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性(xing)和質(zhì)構(gòu)特性。

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基于(yu)高精度(du)3D 打印的三文魚(yú)(yu)植物基替代物(wu)研究(jiu)