浙江大學(xué)生(sheng)物系統(tǒng)工程與(yu)食品科(ke)學(xué)學(xué)院研究(jiu)人員在(zai)國內(nèi)期刊《食品(pin)安全質(zhì)量檢(jian)測學(xué)報》發(fā)(fa)表了題為"基于高(gao)精度3D 打(da)印的三(san)文魚植(zhi)物基替代物(wu)研究"的研究(jiu)論文。在該論文中(zhong)，研究(jiu)人員(yuan)使用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了(le)三文魚排(pai)和3D 打印植物(wu)基替代物的硬度、粘(zhan)性、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)研究三文(wen)魚植物(wu)基替(ti)代物。方法 以豌豆分離(li)蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(konjac gum, KGM)和(he)天然胡蘿卜(bo)粉為原輔(fu)料, 進(jìn)行精(jing)準(zhǔn)3D 復(fù)合打(da)印生產(chǎn)模擬三(san)文魚色澤(ze)、質(zhì)構(gòu)的(de)植物基(ji)替代物?？疾觳?bu)同物料比例對(dui)油墨(mo)可打印(yin)性的(de)影響; 選取有代(dai)表性的油墨配(pei)方, 對(dui)其流變特性、水(shui)分分布情況(kuang)、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)(jin)行表征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度的(de)升高(gao)都增強(qiáng)了體(ti)系與水結(jié)合的(de)能力, 且PPI 濃度過(guo)高時(shi)(20%, m:m)影響(xiang)了KGM 與水結(jié)(jie)合形成(cheng)穩(wěn)定(ding)凝膠的能力。PPI15KGM5 配(pei)方可形成致密(mi)的網(wǎng)(wang)格結(jié)(jie)構(gòu), 增(zeng)強(qiáng)了(le)體系的穩(wěn)(wen)定性, 擁(yong)有良好的剪(jian)切恢復(fù)特性, 有(you)利于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具有更(geng)好的機(jī)械性能(neng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(du), 但是由于PPI 濃度(du)過高影響KGM 形成(cheng)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)參(can)數(shù)η、τy、G'、屈服應(yīng)變(bian)及剪切恢復(fù)(fu)特性(xing)對油(you)墨3D 打印過程(cheng)影響顯(xian)著。結(jié)論 通過調(diào)整(zheng)3D 打印精(jing)細(xì)化程(cheng)度(350 μm 和500 μm)和(he)模型填(tian)充度(du), 生產(chǎn)了(le)具有(you)差異化(hua)質(zhì)構(gòu)的高蛋白(bai)含量(15%, m:m)產(chǎn)(chan)品。其中, 部(bu)分產(chǎn)品的粘性(xing)和彈(dan)性與真(zhen)實三文魚類似(shi), 這為開發(fā)(fa)3D 打印(yin)生產(chǎn)(chan)植物(wu)基替(ti)代物提(ti)供了新的視(shi)角。

1、質(zhì)構(gòu)特性(xing)測試

通過流(liu)動自來水對三(san)文魚(yu)排進(jìn)行(xing)解凍(dong), 恢復(fù)(fu)至室溫約30 min 后, 沿(yan)魚排順肌纖維(wei)纖維(wei)切下尺寸(cun)一致的樣品(pin)(2 cm×1 cm×1 cm)與打(da)印完(wan)成的(de)不同打印(yin)精度與模型(xing)填充度的(de)立方體(2×1×1 cm)進(jìn)(jin)行質(zhì)(zhi)地剖(pou)面分析(texture profile analysis, TPA)測試。實(shi)驗條件為: 兩次(ci)循環(huán)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)力8 gf, 探(tan)頭移動速度(du)為1 mm/s。每組(zu)設(shè)置3 組(zu)及以上平行(xing)測試。

2、結(jié)果分析

注: a: 硬度(du); b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀(ju)嚼性; e: 膠著性; f 為(wei)真實(shi)三文魚, 以(yi)及不同模型(xing)填充度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打印(yin)的產(chǎn)(chan)品彈(dan)性; 圖(tu)a~f 中不同大寫(xie)字母(mu)表示(shi)組間差異顯著(zhu), P<0.05。

圖7 不同打印(yin)產(chǎn)品的(de)質(zhì)地剖面分析(xi)(a~e)和與真(zhen)實三文(wen)魚彈性(xing)的比較(f) (n=3)

為了探究(jiu)不同打印(yin)噴嘴的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性(xing)差異(yi), 本研(yan)究進(jìn)行了(le)TPA 測試(圖(tu)7a~e), 并分別對350 μm 和(he)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(yang)品所需(xu)的力, 可以模(mo)仿人口腔(qiang)對固體或者半(ban)固體的咀嚼(jue)情況[50]。在(zai)圖7a 中, 隨(sui)著模型填充度(du)的上升, 500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到了(le)(137.4±19.2) gf, 填充(chong)度上(shang)升提高(gao)了打印(yin)硬度。但對于350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品(pin), 硬度并沒有上(shang)升, 且彼此之間(jian)并沒有(you)顯著性差(cha)異, 不過(guo)填充(chong)度為40%時, 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品(pin)硬度大于(yu)500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和膠著(zhe)性(圖7e)的(de)結(jié)果與硬度(du)測量結(jié)果(guo)類似, 即500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性隨(sui)模型填充(chong)度上升而上升(sheng); 但是350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品基(ji)本沒有顯著(zhu)性差異。不(bu)過, 在40%填充(chong)度時, 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特(te)性都顯(xian)著高于500 μm, 這(zhe)可能是(shi)精細(xì)化打印(yin)提高了產(chǎn)品(pin)內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)(gou)的穩(wěn)(wen)定性, 從(cong)而改善質(zhì)構(gòu)(gou)特性。

粘性(xing)是克(ke)服樣品本身的(de)粘性(xing)而消耗的能(neng)量, 代表著需(xu)要從(cong)牙齒或者上顎(e)去除粘附(fu)的食(shi)物所做的(de)功。本研(yan)究中,隨(sui)著模型填充度(du)上升, 350 μm 的噴頭(tou)產(chǎn)品的粘(zhan)性均呈(cheng)現(xiàn)上(shang)升趨勢(圖7b), 從(cong)(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(jie)近真(zhen)實三文(wen)魚的粘(zhan)性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣品(pin)去除形變后恢(hui)復(fù)到(dao)本來狀(zhuang)態(tài)的(de)能力, 表(biao)現(xiàn)為食物被牙(ya)齒咬后恢復(fù)(fu)到原狀的(de)能力。且彈(dan)性和(he)魚的(de)新鮮程度關(guān)(guan)聯(lián)性極大(da), 魚在屠宰、冰凍(dong)或者腐敗后(hou), 彈性都會有(you)一定程度的(de)下降。工業(yè)中(zhong), 工人通常(chang)使用“手指法"測(ce)量生魚片的(de)質(zhì)構(gòu)以了(le)解其彈性是否(fou)適合進(jìn)一(yi)步加工。在(zai)圖7c 中, 隨著模型(xing)填充度(du)的上(shang)升, 500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的彈性從0.41±0.06 上升(sheng)到了0.58±0.03, 并且(qie)接近本次測(ce)量的(de)三文魚的彈(dan)性(0.61±0.03)。詳細(xì)(xi)的彈性數(shù)據(jù)對(dui)比如(ru)圖7f 所示, 真實(shi)三文魚肉的彈(dan)性和500-70%的產(chǎn)品(pin)無顯著性(xing)差異(yi), 表明通過(guo)精細(xì)(xi)化打(da)印和(he)調(diào)控模型填充(chong)度, 可以(yi)對三文魚(yu)的質(zhì)構(gòu), 例如彈(dan)性進(jìn)行(xing)還原。

綜上, 通(tong)過不(bu)同噴頭對不(bu)同填充度的模(mo)型進(jìn)(jin)行打印可以(yi)對產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)進(jìn)(jin)行調(diào)控, 以(yi)接近真實三(san)文魚的質(zhì)(zhi)構(gòu),比(bi)如粘性和彈(dan)性; 且對于(yu)40%填充度的(de)模型, 使用更高(gao)精度的350 μm 噴頭(tou)相較于(yu)500 μm 噴頭, 提高了產(chǎn)(chan)品的內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性和(he)質(zhì)構(gòu)特(te)性。

原文下(xia)載鏈(lian)接

基于高精度3D 打(da)印的(de)三文(wen)魚植物(wu)基替代物研(yan)究