浙江大(da)學(xué)生物系統(tǒng)(tong)工程(cheng)與食品(pin)科學(xué)學(xué)院研究(jiu)人員在(zai)國內(nèi)(nei)期刊《食品(pin)安全質(zhì)量(liang)檢測學(xué)(xue)報》發(fā)表了題為(wei)"基于高精(jing)度3D 打(da)印的三文魚(yu)植物基替代(dai)物研究"的研究(jiu)論文。在該(gai)論文中，研究(jiu)人員使用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定(ding)了三文魚排和3D 打(da)印植物(wu)基替代物的硬度、粘性(xing)、彈性(xing)與咀嚼性等(deng)指標(biāo)。

摘 要: 目的 基于高精度(du)3D 打印技術(shù)研究(jiu)三文魚植物(wu)基替代(dai)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(liao), 進(jìn)行精準(zhǔn)3D 復(fù)(fu)合打(da)印生(sheng)產(chǎn)模擬三(san)文魚色澤、質(zhì)(zhi)構(gòu)的植物基(ji)替代(dai)物?？?kao)察不(bu)同物料(liao)比例對油(you)墨可(ke)打印性的影響(xiang); 選取(qu)有代表性的(de)油墨配方, 對其(qi)流變特性、水分(fen)分布情況、微觀(guan)結(jié)構(gòu)進(jìn)(jin)行表征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度(du)的升高(gao)都增強了體系(xi)與水結(jié)合(he)的能(neng)力, 且PPI 濃(nong)度過高時(20%, m:m)影響(xiang)了KGM 與水結(jié)合(he)形成穩(wěn)定凝(ning)膠的(de)能力。PPI15KGM5 配方可形(xing)成致密的(de)網(wǎng)格結(jié)構(gòu), 增強(qiang)了體系(xi)的穩(wěn)定性, 擁有(you)良好的剪切恢(hui)復(fù)特性, 有利(li)于3D 打(da)印; 而(er)PPI20KGM3 配方具有(you)更好的機(ji)械性能(neng)和結(jié)構(gòu)(gou)強度, 但是由(you)于PPI 濃度過高影(ying)響KGM 形成穩(wěn)定(ding)凝膠結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切(qie)恢復(fù)特(te)性較(jiao)差。流變學(xué)(xue)參數(shù)η、τy、G'、屈(qu)服應(yīng)變及剪(jian)切恢復(fù)特性對(dui)油墨3D 打(da)印過程影響顯(xian)著。結(jié)論 通過調(diào)(diao)整3D 打印精(jing)細(xì)化程度(350 μm 和500 μm)和(he)模型填充(chong)度, 生產(chǎn)(chan)了具有差異(yi)化質(zhì)構(gòu)的(de)高蛋白含量(liang)(15%, m:m)產(chǎn)品。其(qi)中, 部分產(chǎn)品(pin)的粘性和彈性(xing)與真(zhen)實三文魚類(lei)似, 這為(wei)開發(fā)(fa)3D 打印生產(chǎn)植物(wu)基替代(dai)物提供(gong)了新的視角。

1、質(zhì)構(gòu)特性(xing)測試

通過流(liu)動自(zi)來水對(dui)三文魚(yu)排進(jìn)行解凍, 恢(hui)復(fù)至(zhi)室溫約30 min 后, 沿(yan)魚排順(shun)肌纖維纖(xian)維切(qie)下尺寸一致的(de)樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印(yin)完成的(de)不同打(da)印精度(du)與模型(xing)填充度的立(li)方體(ti)(2×1×1 cm)進(jìn)行(xing)質(zhì)地剖面分析(xi)(texture profile analysis, TPA)測試。實驗(yan)條件為: 兩(liang)次循(xun)環(huán)壓(ya)縮30%, 觸(chu)發(fā)力8 gf, 探頭移動(dong)速度為(wei)1 mm/s。每組(zu)設(shè)置3 組及以上(shang)平行測試。

2、結(jié)果分析

注: a: 硬度; b: 粘(zhan)性; c: 彈性; d: 咀(ju)嚼性; e: 膠著(zhe)性; f 為真(zhen)實三文魚, 以(yi)及不同模型(xing)填充(chong)度條件下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打(da)印的產(chǎn)品彈(dan)性; 圖a~f 中(zhong)不同(tong)大寫字母表示(shi)組間差(cha)異顯著(zhu), P<0.05。

圖7 不同(tong)打印(yin)產(chǎn)品的(de)質(zhì)地剖面分析(xi)(a~e)和與真實(shi)三文魚(yu)彈性的比較(jiao)(f) (n=3)

為了探(tan)究不同(tong)打印噴嘴(zui)的產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性差(cha)異, 本(ben)研究進(jìn)(jin)行了(le)TPA 測試(圖(tu)7a~e), 并分別對350 μm 和(he)500 μm的噴頭產(chǎn)品進(jìn)(jin)行顯(xian)著性分析(圖7f)。

硬度是壓縮(suo)樣品所需的力(li), 可以模仿人(ren)口腔對固體或(huo)者半(ban)固體的咀(ju)嚼情(qing)況[50]。在圖7a 中, 隨著(zhe)模型填充(chong)度的上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的硬(ying)度從(59.3±25.3) gf 上升到了(le)(137.4±19.2) gf, 填充度上升(sheng)提高了(le)打印硬度。但對(dui)于350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品, 硬度(du)并沒(mei)有上升, 且彼此(ci)之間并沒有(you)顯著(zhu)性差異, 不(bu)過填充度為40%時(shi), 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品硬(ying)度大于500 μm。咀嚼(jue)性(圖(tu)7d)和膠(jiao)著性(xing)(圖7e)的結(jié)(jie)果與硬(ying)度測(ce)量結(jié)果(guo)類似(shi), 即500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性隨模(mo)型填充度上升(sheng)而上(shang)升; 但是350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品(pin)基本(ben)沒有顯著性差(cha)異。不過, 在40%填充(chong)度時, 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)特(te)性都顯著高于(yu)500 μm, 這可能是(shi)精細(xì)(xi)化打印提高(gao)了產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)的穩(wěn)定性(xing), 從而改善(shan)質(zhì)構(gòu)特性。

粘性是克服樣(yang)品本身(shen)的粘性而消(xiao)耗的能量, 代表(biao)著需要從牙齒(chi)或者(zhe)上顎去除(chu)粘附的食(shi)物所做的功(gong)。本研究中,隨著(zhe)模型填(tian)充度(du)上升(sheng), 350 μm 的噴(pen)頭產(chǎn)(chan)品的(de)粘性均呈現(xiàn)(xian)上升趨勢(shi)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升(sheng)到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的(de)粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實(shi)三文魚(yu)的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是(shi)樣品去除(chu)形變后恢(hui)復(fù)到本來狀(zhuang)態(tài)的能力, 表(biao)現(xiàn)為食物被牙(ya)齒咬后恢復(fù)到(dao)原狀的能力。且(qie)彈性和魚的(de)新鮮(xian)程度關(guān)聯(lián)性極(ji)大, 魚在屠(tu)宰、冰凍或者(zhe)腐敗后, 彈(dan)性都會(hui)有一定程度的(de)下降。工(gong)業(yè)中, 工(gong)人通常使用“手(shou)指法"測量生魚(yu)片的質(zhì)(zhi)構(gòu)以了解(jie)其彈性是(shi)否適(shi)合進(jìn)(jin)一步加(jia)工。在圖7c 中(zhong), 隨著模型填(tian)充度的上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的彈(dan)性從(cong)0.41±0.06 上升到(dao)了0.58±0.03, 并(bing)且接近本次測(ce)量的三文魚的(de)彈性(0.61±0.03)。詳(xiang)細(xì)的(de)彈性(xing)數(shù)據(jù)(ju)對比如圖7f 所(suo)示, 真實(shi)三文魚肉(rou)的彈性和500-70%的產(chǎn)(chan)品無顯著(zhu)性差(cha)異, 表(biao)明通過精細(xì)(xi)化打印(yin)和調(diào)(diao)控模型填(tian)充度, 可以對(dui)三文魚的質(zhì)構(gòu)(gou), 例如彈性(xing)進(jìn)行還原。

綜上(shang), 通過不同噴頭(tou)對不同填(tian)充度的模型進(jìn)(jin)行打印(yin)可以(yi)對產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)進(jìn)行(xing)調(diào)控, 以接近真(zhen)實三文魚(yu)的質(zhì)構(gòu),比(bi)如粘性(xing)和彈性(xing); 且對(dui)于40%填充度的(de)模型, 使用更(geng)高精度(du)的350 μm 噴頭(tou)相較(jiao)于500 μm 噴頭, 提高(gao)了產(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(yin)的三文(wen)魚植(zhi)物基(ji)替代物(wu)研究