浙江大學生物(wu)系統(tǒng)工程與食(shi)品科學學(xue)院研究(jiu)人員在國內期(qi)刊《食品安全質(zhi)量檢(jian)測學報》發(fā)表了(le)題為"基于高精度(du)3D 打印的三文魚(yu)植物(wu)基替代(dai)物研究"的研究(jiu)論文。在該(gai)論文中(zhong)，研究人員使用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhi)構儀測定了(le)三文魚(yu)排和3D 打印植物(wu)基替代物(wu)的硬度(du)、粘性、彈性與(yu)咀嚼性等指(zhi)標。

摘 要: 目的 基于高精度3D 打(da)印技術研究(jiu)三文魚植(zhi)物基(ji)替代物。方法 以豌豆分(fen)離蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔(mo)芋膠(konjac gum, KGM)和(he)天然胡蘿(luo)卜粉為(wei)原輔料, 進行精(jing)準3D 復合打(da)印生產模(mo)擬三文魚(yu)色澤(ze)、質構的(de)植物基(ji)替代(dai)物?？疾?cha)不同物(wu)料比例(li)對油墨可(ke)打印(yin)性的影響; 選(xuan)取有代(dai)表性的(de)油墨(mo)配方, 對其流變(bian)特性、水分分布(bu)情況、微(wei)觀結構(gou)進行表征。結果 PPI 和KGM 濃(nong)度的(de)升高(gao)都增強(qiang)了體系與水(shui)結合的能力, 且(qie)PPI 濃度(du)過高時(shi)(20%, m:m)影響了KGM 與水(shui)結合形成(cheng)穩(wěn)定(ding)凝膠的(de)能力。PPI15KGM5 配方可(ke)形成致密的(de)網格結(jie)構, 增強了體系(xi)的穩(wěn)定性(xing), 擁有(you)良好的剪切(qie)恢復(fu)特性, 有利于(yu)3D 打印; 而(er)PPI20KGM3 配方(fang)具有更好的(de)機械(xie)性能和結構(gou)強度(du), 但是由(you)于PPI 濃度過(guo)高影響KGM 形成穩(wěn)(wen)定凝膠(jiao)結構, 其(qi)剪切恢復特(te)性較差(cha)。流變學參數η、τy、G'、屈(qu)服應(ying)變及剪(jian)切恢復(fu)特性(xing)對油墨3D 打(da)印過(guo)程影響(xiang)顯著。結論(lun) 通過調(diao)整3D 打印精細化(hua)程度(350 μm 和500 μm)和模型(xing)填充度(du), 生產(chan)了具有差異化(hua)質構的高蛋白(bai)含量(15%, m:m)產品。其(qi)中, 部(bu)分產(chan)品的粘性和彈(dan)性與真實三(san)文魚類似(shi), 這為開發(fā)3D 打印(yin)生產植(zhi)物基替(ti)代物(wu)提供了(le)新的視角。

1、質構特性測試(shi)

通過流動自來(lai)水對三文魚排(pai)進行解凍, 恢(hui)復至室溫約30 min 后(hou), 沿魚(yu)排順(shun)肌纖維纖(xian)維切下(xia)尺寸(cun)一致的樣品(pin)(2 cm×1 cm×1 cm)與打印(yin)完成的不同(tong)打印精(jing)度與模(mo)型填充度的立(li)方體(2×1×1 cm)進行質(zhi)地剖面(mian)分析(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8 gf, 探(tan)頭移(yi)動速度為1 mm/s。每組(zu)設置3 組(zu)及以上平行測(ce)試。

2、結果分析(xi)

注: a: 硬度; b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀嚼(jue)性; e: 膠著性(xing); f 為真實三(san)文魚(yu), 以及(ji)不同模型填充(chong)度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打(da)印的(de)產品彈性; 圖a~f 中不同(tong)大寫字母表示(shi)組間差異顯著(zhu), P<0.05。

圖7 不(bu)同打印產品(pin)的質地剖(pou)面分析(a~e)和與(yu)真實(shi)三文魚彈性的(de)比較(f) (n=3)

為了探(tan)究不同打印(yin)噴嘴的(de)產品(pin)的質(zhi)構特性差異, 本(ben)研究進行(xing)了TPA 測試(圖(tu)7a~e), 并分別對(dui)350 μm 和500 μm的噴(pen)頭產品進行顯(xian)著性分析(圖7f)。

硬度是壓縮樣(yang)品所(suo)需的力(li), 可以模仿人(ren)口腔對固體(ti)或者半固(gu)體的咀嚼情(qing)況[50]。在圖7a 中(zhong), 隨著模(mo)型填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭(tou)產品的硬(ying)度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到(dao)了(137.4±19.2) gf, 填充度上升提(ti)高了打印(yin)硬度(du)。但對(dui)于350 μm 噴頭(tou)的產品(pin), 硬度(du)并沒有上升, 且(qie)彼此之間(jian)并沒有顯著(zhu)性差異, 不過填(tian)充度為(wei)40%時, 350 μm 噴頭的產(chan)品硬(ying)度大于(yu)500 μm。咀嚼性(圖7d)和(he)膠著性(圖7e)的(de)結果與硬度測(ce)量結(jie)果類似, 即500 μm 噴(pen)頭產品的(de)質構特性隨模(mo)型填(tian)充度(du)上升(sheng)而上(shang)升; 但是350 μm 噴(pen)頭的產品(pin)基本沒有顯著(zhu)性差異。不過, 在(zai)40%填充度時, 350 μm 噴頭(tou)的產品的質(zhi)構特(te)性都(dou)顯著高于500 μm, 這可(ke)能是精細化打(da)印提高了產(chan)品內部結構的(de)穩(wěn)定性(xing), 從而(er)改善(shan)質構特性(xing)。

粘性是(shi)克服樣品本(ben)身的粘性而消(xiao)耗的能量, 代表(biao)著需(xu)要從牙齒或(huo)者上顎去除(chu)粘附的食物(wu)所做(zuo)的功(gong)。本研(yan)究中,隨著模型(xing)填充(chong)度上升, 350 μm 的(de)噴頭(tou)產品(pin)的粘性均呈(cheng)現(xiàn)上升趨勢(圖(tu)7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產品的(de)粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實(shi)三文魚的粘(zhan)性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dan)性是樣(yang)品去除形(xing)變后恢復(fu)到本來狀態(tài)(tai)的能(neng)力, 表現(xiàn)(xian)為食物被(bei)牙齒咬(yao)后恢復(fu)到原狀的(de)能力。且彈性和(he)魚的新(xin)鮮程(cheng)度關聯(lián)性(xing)極大(da), 魚在屠宰、冰(bing)凍或者腐敗后(hou), 彈性都會有一(yi)定程度的(de)下降。工業(yè)中(zhong), 工人通(tong)常使(shi)用“手指(zhi)法"測量生魚片(pian)的質構以了解(jie)其彈性是否(fou)適合進一(yi)步加工(gong)。在圖7c 中, 隨著模(mo)型填充度的上(shang)升, 500 μm 噴(pen)頭產品的彈(dan)性從0.41±0.06 上(shang)升到了0.58±0.03, 并且接(jie)近本次測量的(de)三文(wen)魚的(de)彈性(xing)(0.61±0.03)。詳細的彈性(xing)數據對比如(ru)圖7f 所(suo)示, 真實三文(wen)魚肉的彈性(xing)和500-70%的產品無顯(xian)著性差異(yi), 表明通過精細(xi)化打印和調(diao)控模型填(tian)充度, 可以對(dui)三文魚的質(zhi)構, 例如彈(dan)性進(jin)行還原(yuan)。

綜上, 通過不同(tong)噴頭對(dui)不同填充度的(de)模型進行(xing)打印可(ke)以對產(chan)品的質構(gou)進行調控, 以(yi)接近(jin)真實三文魚的(de)質構(gou),比如粘性和彈(dan)性; 且對于40%填充(chong)度的(de)模型, 使(shi)用更高精(jing)度的350 μm 噴頭相較(jiao)于500 μm 噴(pen)頭, 提高了產品(pin)的內部結構(gou)穩(wěn)定(ding)性和質構(gou)特性。

原文下載鏈接(jie)

基于高(gao)精度(du)3D 打印的(de)三文魚植物(wu)基替代物研(yan)究