浙江大學(xué)生物(wu)系統(tǒng)(tong)工程與(yu)食品(pin)科學(xué)學(xué)院研究(jiu)人員在國(guó)內(nèi)期(qi)刊《食品(pin)安全質(zhì)(zhi)量檢測(cè)(ce)學(xué)報(bào)》發(fā)表了(le)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)。在該論文中，研(yan)究人員使用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)定(ding)了三文(wen)魚(yú)排和(he)3D 打印(yin)植物基替(ti)代物的硬度(du)、粘性(xing)、彈性與咀嚼性(xing)等指標(biāo)。

摘 要(yao): 目的 基于高精度3D 打(da)印技(ji)術(shù)研(yan)究三(san)文魚(yú)植(zhi)物基替代(dai)物。方法 以豌(wan)豆分離(li)蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(konjac gum, KGM)和(he)天然胡蘿卜(bo)粉為原(yuan)輔料, 進(jìn)行(xing)精準(zhǔn)3D 復(fù)合打(da)印生產(chǎn)模擬(ni)三文魚(yú)色澤(ze)、質(zhì)構(gòu)的植(zhi)物基替代物?？?kao)察不同物(wu)料比(bi)例對(duì)(dui)油墨可打(da)印性的影響; 選(xuan)取有(you)代表性的(de)油墨(mo)配方, 對(duì)(dui)其流變特性、水(shui)分分布情(qing)況、微觀(guān)結(jié)構(gòu)(gou)進(jìn)行表(biao)征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度的(de)升高都增(zeng)強(qiáng)了體系與水(shui)結(jié)合(he)的能(neng)力, 且PPI 濃度過(guò)高(gao)時(shí)(20%, m:m)影(ying)響了KGM 與(yu)水結(jié)合形(xing)成穩(wěn)定凝膠的(de)能力。PPI15KGM5 配方(fang)可形成致密(mi)的網(wǎng)格結(jié)(jie)構(gòu), 增(zeng)強(qiáng)了體系的穩(wěn)(wen)定性, 擁有良(liang)好的剪切恢(hui)復(fù)特性(xing), 有利于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具(ju)有更好的機(jī)械(xie)性能和(he)結(jié)構(gòu)強(qiáng)(qiang)度, 但是由(you)于PPI 濃度過(guò)(guo)高影(ying)響KGM 形成穩(wěn)(wen)定凝膠結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切(qie)恢復(fù)特性(xing)較差。流變學(xué)參(can)數(shù)η、τy、G'、屈服(fu)應(yīng)變及(ji)剪切恢復(fù)(fu)特性對(duì)(dui)油墨(mo)3D 打印過(guò)程影(ying)響顯著。結(jié)論(lun) 通過(guò)調(diào)(diao)整3D 打印(yin)精細(xì)化程度(du)(350 μm 和500 μm)和(he)模型填充(chong)度, 生產(chǎn)(chan)了具(ju)有差異(yi)化質(zhì)(zhi)構(gòu)的高蛋白(bai)含量(15%, m:m)產(chǎn)品(pin)。其中, 部分產(chǎn)品(pin)的粘性和彈(dan)性與真實(shí)三文(wen)魚(yú)類(lèi)似, 這為(wei)開(kāi)發(fā)3D 打(da)印生產(chǎn)植物(wu)基替代物(wu)提供了新(xin)的視角。

1、質(zhì)構(gòu)特(te)性測(cè)試

通過(guò)流動(dòng)自來(lái)(lai)水對(duì)三(san)文魚(yú)(yu)排進(jìn)行解(jie)凍, 恢復(fù)至室(shi)溫約30 min 后, 沿魚(yú)(yu)排順肌纖維(wei)纖維切(qie)下尺寸(cun)一致的(de)樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印完(wan)成的不同打(da)印精度與模(mo)型填充度的(de)立方體(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)(zhi)地剖(pou)面分(fen)析(texture profile analysis, TPA)測(cè)(ce)試。實(shí)驗(yàn)條件為(wei): 兩次(ci)循環(huán)壓縮30%, 觸(chu)發(fā)力8 gf, 探頭移動(dòng)(dong)速度為1 mm/s。每組(zu)設(shè)置3 組及以上(shang)平行測(cè)試。

2、結(jié)果分析

注: a: 硬度; b: 粘性; c: 彈(dan)性; d: 咀嚼性; e: 膠著(zhe)性; f 為真(zhen)實(shí)三(san)文魚(yú)(yu), 以及(ji)不同(tong)模型(xing)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(zhong)不同大寫(xiě)字母(mu)表示組間(jian)差異顯著(zhu), P<0.05。

圖7 不同打印產(chǎn)(chan)品的(de)質(zhì)地剖面分析(xi)(a~e)和與真(zhen)實(shí)三文魚(yú)(yu)彈性的(de)比較(f) (n=3)

為了探究不同(tong)打印(yin)噴嘴(zui)的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性差(cha)異, 本研究進(jìn)行(xing)了TPA 測(cè)(ce)試(圖7a~e), 并分(fen)別對(duì)350 μm 和500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)品進(jìn)行顯(xian)著性分析(圖7f)。

硬度是(shi)壓縮樣品所需(xu)的力, 可以模(mo)仿人(ren)口腔對(duì)(dui)固體或者(zhe)半固體(ti)的咀(ju)嚼情況[50]。在(zai)圖7a 中(zhong), 隨著模(mo)型填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到了(137.4±19.2) gf, 填充度上升提(ti)高了打(da)印硬(ying)度。但對(duì)于350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品, 硬(ying)度并(bing)沒(méi)有上升(sheng), 且彼此(ci)之間并沒(méi)有顯(xian)著性差異, 不(bu)過(guò)填充度為(wei)40%時(shí), 350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)硬度大于(yu)500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和(he)膠著性(圖(tu)7e)的結(jié)果(guo)與硬度測(cè)(ce)量結(jié)(jie)果類(lèi)似, 即500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特(te)性隨模(mo)型填充度上升(sheng)而上(shang)升; 但是350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品基(ji)本沒(méi)(mei)有顯著性差異(yi)。不過(guò), 在40%填(tian)充度時(shí), 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性都(dou)顯著高于(yu)500 μm, 這可能是(shi)精細(xì)化打印提(ti)高了(le)產(chǎn)品內(nèi)(nei)部結(jié)(jie)構(gòu)的(de)穩(wěn)定(ding)性, 從(cong)而改善(shan)質(zhì)構(gòu)特(te)性。

粘性是克(ke)服樣品本身的(de)粘性而消(xiao)耗的(de)能量(liang), 代表著(zhe)需要從牙齒(chi)或者上顎(e)去除粘附的食(shi)物所做的功(gong)。本研究(jiu)中,隨著(zhe)模型填充度上(shang)升, 350 μm 的(de)噴頭(tou)產(chǎn)品的粘性均(jun)呈現(xiàn)(xian)上升趨勢(shì)(圖(tu)7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)(chan)品的粘(zhan)性[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實(shí)三(san)文魚(yú)的(de)粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性(xing)是樣品去(qu)除形變(bian)后恢(hui)復(fù)到本來(lái)(lai)狀態(tài)(tai)的能力, 表現(xiàn)(xian)為食(shi)物被牙齒咬后(hou)恢復(fù)到(dao)原狀(zhuang)的能力(li)。且彈性(xing)和魚(yú)的新鮮(xian)程度關(guān)聯(lián)(lian)性極大, 魚(yú)在(zai)屠宰(zai)、冰凍或(huo)者腐敗后, 彈性(xing)都會(huì)有(you)一定程度的(de)下降。工業(yè)(ye)中, 工(gong)人通(tong)常使用“手指(zhi)法"測(cè)(ce)量生(sheng)魚(yú)片的(de)質(zhì)構(gòu)以了(le)解其彈性(xing)是否適合進(jìn)一(yi)步加工。在圖(tu)7c 中, 隨著模型(xing)填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的彈性從(cong)0.41±0.06 上升到(dao)了0.58±0.03, 并(bing)且接近本(ben)次測(cè)量(liang)的三文魚(yú)(yu)的彈性(0.61±0.03)。詳細(xì)(xi)的彈(dan)性數(shù)據(jù)對(duì)比如(ru)圖7f 所示, 真實(shí)三(san)文魚(yú)肉的(de)彈性和500-70%的產(chǎn)(chan)品無(wú)顯著(zhu)性差異(yi), 表明(ming)通過(guò)精(jing)細(xì)化打印和(he)調(diào)控模型填(tian)充度, 可以(yi)對(duì)三(san)文魚(yú)的質(zhì)(zhi)構(gòu), 例如(ru)彈性進(jìn)行還原(yuan)。

綜上(shang), 通過(guò)不同噴頭(tou)對(duì)不同填充度(du)的模型(xing)進(jìn)行打印可以(yi)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)(gou)進(jìn)行調(diào)控, 以(yi)接近真實(shí)(shi)三文魚(yú)(yu)的質(zhì)構(gòu),比如粘(zhan)性和(he)彈性; 且對(duì)(dui)于40%填充(chong)度的模型, 使用(yong)更高精度的(de)350 μm 噴頭(tou)相較于500 μm 噴頭(tou), 提高(gao)了產(chǎn)品的內(nèi)(nei)部結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性和質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。

原文下(xia)載鏈(lian)接

基于高精(jing)度3D 打印的三(san)文魚(yú)植(zhi)物基替代物研(yan)究