浙江大學生(sheng)物系(xi)統(tǒng)工程與食品(pin)科學學(xue)院研究人員在(zai)國內(nèi)期刊(kan)《食品安全(quan)質(zhì)量檢測(ce)學報》發(fā)表了(le)題為"基于(yu)高精(jing)度3D 打印的三文(wen)魚植物基替代(dai)物研究"的研究(jiu)論文。在該論文中(zhong)，研究人員使(shi)用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了三文魚(yu)排和3D 打印植(zhi)物基(ji)替代物的硬(ying)度、粘(zhan)性、彈性與咀(ju)嚼性等(deng)指標。

摘 要: 目的 基于高(gao)精度(du)3D 打印技術(shù)研(yan)究三(san)文魚(yu)植物基替代(dai)物。方法(fa) 以豌豆分(fen)離蛋白(bai)(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(konjac gum, KGM)和天然(ran)胡蘿(luo)卜粉為(wei)原輔料, 進行(xing)精準3D 復合打(da)印生產(chǎn)模擬(ni)三文魚色(se)澤、質(zhì)構(gòu)的(de)植物(wu)基替(ti)代物。考察不(bu)同物(wu)料比例對油(you)墨可打印性(xing)的影響; 選(xuan)取有代表性的(de)油墨配方(fang), 對其流變特(te)性、水分分(fen)布情況、微(wei)觀結(jié)構(gòu)進(jin)行表征。結(jié)果(guo) PPI 和KGM 濃度(du)的升高都增(zeng)強了體系(xi)與水(shui)結(jié)合的(de)能力, 且PPI 濃度過(guo)高時(20%, m:m)影(ying)響了KGM 與水結(jié)合(he)形成穩(wěn)定凝(ning)膠的能力。PPI15KGM5 配(pei)方可形成致密(mi)的網(wǎng)格結(jié)(jie)構(gòu), 增(zeng)強了(le)體系的穩(wěn)定(ding)性, 擁(yong)有良(liang)好的(de)剪切恢(hui)復特性, 有利于(yu)3D 打印; 而(er)PPI20KGM3 配方具有更(geng)好的機械(xie)性能和結(jié)(jie)構(gòu)強度, 但是(shi)由于PPI 濃度(du)過高影響(xiang)KGM 形成穩(wěn)定(ding)凝膠結(jié)構(gòu), 其(qi)剪切恢(hui)復特性較差。流(liu)變學參(can)數(shù)η、τy、G'、屈服應變(bian)及剪切恢(hui)復特性對油墨(mo)3D 打印(yin)過程影響(xiang)顯著。結(jié)論 通過調(diào)整3D 打印(yin)精細化程(cheng)度(350 μm 和(he)500 μm)和模型(xing)填充度, 生產(chǎn)(chan)了具有差異化(hua)質(zhì)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(yu)真實三(san)文魚類似, 這(zhe)為開發(fā)(fa)3D 打印生產(chǎn)植(zhi)物基替(ti)代物提(ti)供了(le)新的視角。

1、質(zhì)構(gòu)特性(xing)測試

通過流動自來(lai)水對三(san)文魚(yu)排進行解(jie)凍, 恢(hui)復至室(shi)溫約30 min 后, 沿魚排(pai)順肌纖維纖維(wei)切下尺寸(cun)一致(zhi)的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與(yu)打印完(wan)成的不(bu)同打印精(jing)度與(yu)模型填(tian)充度(du)的立方(fang)體(2×1×1 cm)進(jin)行質(zhì)(zhi)地剖(pou)面分析(xi)(texture profile analysis, TPA)測試。實驗(yan)條件為: 兩次循(xun)環(huán)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭(tou)移動速度(du)為1 mm/s。每組(zu)設置3 組及以上(shang)平行測試。

2、結(jié)果分析

注: a: 硬度; b: 粘性(xing); c: 彈性(xing); d: 咀嚼(jue)性; e: 膠著性; f 為真(zhen)實三文(wen)魚, 以及不(bu)同模型填(tian)充度條件下(xia), 350 μm 和500 μm 噴頭(tou)打印(yin)的產(chǎn)品彈(dan)性; 圖(tu)a~f 中不同(tong)大寫字母(mu)表示組間(jian)差異顯著(zhu), P<0.05。

圖7 不(bu)同打印產(chǎn)品的(de)質(zhì)地(di)剖面(mian)分析(a~e)和(he)與真(zhen)實三文魚(yu)彈性的比(bi)較(f) (n=3)

為了探究不同(tong)打印噴(pen)嘴的產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性差異(yi), 本研究進行了(le)TPA 測試(shi)(圖7a~e), 并(bing)分別(bie)對350 μm 和500 μm的(de)噴頭產(chǎn)(chan)品進行顯著性(xing)分析(圖7f)。

硬度是壓(ya)縮樣(yang)品所需(xu)的力, 可以模(mo)仿人口(kou)腔對固體或(huo)者半固體(ti)的咀(ju)嚼情(qing)況[50]。在圖7a 中, 隨(sui)著模型填充(chong)度的上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)(chan)品的硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升(sheng)到了(137.4±19.2) gf, 填充(chong)度上升提高(gao)了打印(yin)硬度(du)。但對于350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品, 硬度(du)并沒有上升(sheng), 且彼此(ci)之間并沒(mei)有顯著(zhu)性差異, 不過填(tian)充度(du)為40%時, 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品(pin)硬度大于500 μm。咀(ju)嚼性(xing)(圖7d)和膠著性(xing)(圖7e)的結(jié)果與(yu)硬度測量(liang)結(jié)果類似(shi), 即500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)(chan)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性隨(sui)模型(xing)填充(chong)度上升(sheng)而上升; 但是350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品基本(ben)沒有(you)顯著(zhu)性差異。不(bu)過, 在40%填(tian)充度時, 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)特性都(dou)顯著高于(yu)500 μm, 這可能是精(jing)細化(hua)打印(yin)提高了產(chǎn)品內(nèi)(nei)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)(wen)定性(xing), 從而改(gai)善質(zhì)構(gòu)特性。

粘性是克服樣(yang)品本身的粘(zhan)性而消耗的能(neng)量, 代(dai)表著需要(yao)從牙齒(chi)或者(zhe)上顎去(qu)除粘附的(de)食物所(suo)做的功。本(ben)研究(jiu)中,隨(sui)著模型填(tian)充度(du)上升(sheng), 350 μm 的噴頭產(chǎn)品(pin)的粘(zhan)性均呈現(xiàn)(xian)上升(sheng)趨勢(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升(sheng)到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的粘性(xing)[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實三(san)文魚的粘(zhan)性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dan)性是樣品去除(chu)形變后恢復到(dao)本來狀態(tài)的(de)能力(li), 表現(xiàn)為食(shi)物被牙(ya)齒咬(yao)后恢復到原狀(zhuang)的能(neng)力。且彈性和魚(yu)的新(xin)鮮程度(du)關(guān)聯(lián)性極(ji)大, 魚在屠宰、冰(bing)凍或者腐敗后(hou), 彈性都會(hui)有一定程度(du)的下降。工業(yè)中(zhong), 工人通常(chang)使用(yong)“手指法"測量(liang)生魚片的質(zhì)(zhi)構(gòu)以(yi)了解其彈性是(shi)否適合進一(yi)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(pin)的彈性從(cong)0.41±0.06 上升到了0.58±0.03, 并(bing)且接近本(ben)次測量的三(san)文魚的(de)彈性(0.61±0.03)。詳細的彈(dan)性數(shù)據(jù)對比如(ru)圖7f 所(suo)示, 真實三文(wen)魚肉的彈(dan)性和500-70%的產(chǎn)(chan)品無顯著性(xing)差異, 表明通(tong)過精細化打印(yin)和調(diào)控模型(xing)填充度, 可以(yi)對三文魚的(de)質(zhì)構(gòu), 例(li)如彈性(xing)進行還原。

綜上, 通(tong)過不同(tong)噴頭對(dui)不同填(tian)充度(du)的模型進行(xing)打印(yin)可以對(dui)產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)進行調(diào)控(kong), 以接近真實(shi)三文魚的質(zhì)構(gòu)(gou),比如粘(zhan)性和彈性(xing); 且對(dui)于40%填(tian)充度的模(mo)型, 使用更(geng)高精度的350 μm 噴(pen)頭相較于500 μm 噴頭(tou), 提高了產(chǎn)(chan)品的(de)內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(ding)性和質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性。

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基于高精(jing)度3D 打印的三(san)文魚植物(wu)基替代物研究(jiu)