浙江大學(xué)生物(wu)系統(tǒng)工程與(yu)食品科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員在國(guó)(guo)內(nèi)期刊《食品安(an)全質(zhì)(zhi)量檢測(cè)(ce)學(xué)報(bào)》發(fā)表了(le)題為"基于高精(jing)度3D 打印(yin)的三(san)文魚(yú)植物基替(ti)代物(wu)研究"的研究論(lun)文。在該(gai)論文中，研(yan)究人員使(shi)用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)定了(le)三文(wen)魚(yú)排和3D 打印植(zhi)物基替(ti)代物(wu)的硬度(du)、粘性、彈性與咀(ju)嚼性等指(zhi)標(biāo)。

摘 要: 目的 基于(yu)高精度(du)3D 打印技術(shù)(shu)研究三文魚(yú)植(zhi)物基替代物(wu)。方法 以豌豆(dou)分離(li)蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔(mo)芋膠(jiao)(konjac gum, KGM)和天然(ran)胡蘿卜(bo)粉為原輔料(liao), 進(jìn)行精準(zhǔn)3D 復(fù)合(he)打印(yin)生產(chǎn)(chan)模擬三(san)文魚(yú)色(se)澤、質(zhì)構(gòu)(gou)的植物基替(ti)代物?？?kao)察不(bu)同物料比(bi)例對(duì)(dui)油墨可(ke)打印性的影(ying)響; 選取(qu)有代表性(xing)的油墨配(pei)方, 對(duì)(dui)其流(liu)變特性、水分(fen)分布情況(kuang)、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)(jin)行表征(zheng)。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度的(de)升高都增強(qiáng)(qiang)了體系與水結(jié)(jie)合的能力(li), 且PPI 濃度過(guò)高時(shí)(shi)(20%, m:m)影響了KGM 與水結(jié)(jie)合形(xing)成穩(wěn)定凝(ning)膠的能力(li)。PPI15KGM5 配方可(ke)形成(cheng)致密的網(wǎng)格(ge)結(jié)構(gòu), 增強(qiáng)(qiang)了體(ti)系的穩(wěn)定性, 擁(yong)有良好的(de)剪切恢復(fù)特(te)性, 有利于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具(ju)有更好的機(jī)械(xie)性能(neng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 但(dan)是由(you)于PPI 濃度(du)過(guò)高影響(xiang)KGM 形成穩(wěn)定凝膠(jiao)結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切(qie)恢復(fù)(fu)特性較(jiao)差。流(liu)變學(xué)參數(shù)η、τy、G'、屈(qu)服應(yīng)變及(ji)剪切恢復(fù)特性(xing)對(duì)油墨(mo)3D 打印過(guò)(guo)程影響顯(xian)著。結(jié)論 通過(guò)(guo)調(diào)整(zheng)3D 打印(yin)精細(xì)化程度(350 μm 和(he)500 μm)和模型填充(chong)度, 生(sheng)產(chǎn)了具有差(cha)異化質(zhì)(zhi)構(gòu)的(de)高蛋白(bai)含量(liang)(15%, m:m)產(chǎn)品。其中, 部(bu)分產(chǎn)品(pin)的粘性和彈(dan)性與真實(shí)三(san)文魚(yú)類(lèi)似(shi), 這為(wei)開(kāi)發(fā)(fa)3D 打印(yin)生產(chǎn)植物基(ji)替代物(wu)提供(gong)了新的視角(jiao)。

1、質(zhì)構(gòu)特性(xing)測(cè)試

通過(guò)流(liu)動(dòng)自來(lái)水(shui)對(duì)三文(wen)魚(yú)排(pai)進(jìn)行解凍, 恢復(fù)(fu)至室溫(wen)約30 min 后(hou), 沿魚(yú)排順(shun)肌纖維纖維切(qie)下尺寸一致的(de)樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打(da)印完成的(de)不同(tong)打印(yin)精度與(yu)模型(xing)填充度的立(li)方體(ti)(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)地剖面(mian)分析(texture profile analysis, TPA)測(cè)試(shi)。實(shí)驗(yàn)條件(jian)為: 兩次循環(huán)壓(ya)縮30%, 觸(chu)發(fā)力8 gf, 探(tan)頭移動(dòng)速度為(wei)1 mm/s。每組(zu)設(shè)置(zhi)3 組及以上平行(xing)測(cè)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(jiao)著性; f 為真(zhen)實(shí)三文(wen)魚(yú), 以(yi)及不同模型填(tian)充度條件下, 350 μm 和(he)500 μm 噴頭打印的產(chǎn)(chan)品彈性; 圖a~f 中不同大(da)寫(xiě)字母表(biao)示組間差異(yi)顯著, P<0.05。

圖7 不同打印產(chǎn)(chan)品的質(zhì)(zhi)地剖(pou)面分析(a~e)和與真(zhen)實(shí)三文魚(yú)彈性(xing)的比較(f) (n=3)

為了探究不(bu)同打印噴嘴(zui)的產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性差(cha)異, 本(ben)研究進(jìn)行(xing)了TPA 測(cè)試(圖7a~e), 并(bing)分別(bie)對(duì)350 μm 和500 μm的噴頭產(chǎn)(chan)品進(jìn)行顯著性(xing)分析(圖7f)。

硬度是(shi)壓縮樣品(pin)所需的力(li), 可以模仿人口(kou)腔對(duì)固體(ti)或者半固體的(de)咀嚼情況[50]。在(zai)圖7a 中, 隨(sui)著模型填充度(du)的上升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品的(de)硬度(du)從(59.3±25.3) gf 上(shang)升到了(137.4±19.2) gf, 填充度上升提(ti)高了(le)打印硬度(du)。但對(duì)于(yu)350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品, 硬度并沒(méi)(mei)有上升(sheng), 且彼此之間(jian)并沒(méi)(mei)有顯著性(xing)差異, 不過(guò)填(tian)充度為40%時(shí)(shi), 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品硬度大(da)于500 μm。咀嚼性(圖(tu)7d)和膠著性(xing)(圖7e)的結(jié)果與(yu)硬度測(cè)量結(jié)果(guo)類(lèi)似, 即500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性隨(sui)模型填充度上(shang)升而上升; 但(dan)是350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品基本沒(méi)有顯(xian)著性差異。不(bu)過(guò), 在(zai)40%填充度(du)時(shí), 350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性都顯(xian)著高于500 μm, 這(zhe)可能是(shi)精細(xì)(xi)化打印提高了(le)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(xing)。

粘性是(shi)克服樣品本(ben)身的粘(zhan)性而消耗的能(neng)量, 代表著(zhe)需要從(cong)牙齒或者(zhe)上顎去除粘(zhan)附的(de)食物(wu)所做的(de)功。本研究中(zhong),隨著模(mo)型填(tian)充度(du)上升(sheng), 350 μm 的噴頭產(chǎn)品(pin)的粘性均呈現(xiàn)(xian)上升趨(qu)勢(shì)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(dao)(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(shí)三文(wen)魚(yú)的(de)粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dan)性是樣(yang)品去除形(xing)變后(hou)恢復(fù)到本(ben)來(lái)狀態(tài)的能力(li), 表現(xiàn)為食(shi)物被牙齒咬后(hou)恢復(fù)到原狀(zhuang)的能力。且彈性(xing)和魚(yú)的新鮮程(cheng)度關(guān)聯(lián)性極(ji)大, 魚(yú)(yu)在屠(tu)宰、冰凍(dong)或者腐(fu)敗后, 彈(dan)性都(dou)會(huì)有一(yi)定程度的(de)下降。工業(yè)(ye)中, 工人通常(chang)使用“手指法(fa)"測(cè)量生魚(yú)(yu)片的質(zhì)構(gòu)以(yi)了解(jie)其彈性(xing)是否適(shi)合進(jìn)(jin)一步加工。在圖(tu)7c 中, 隨(sui)著模(mo)型填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的彈性從(cong)0.41±0.06 上升(sheng)到了0.58±0.03, 并(bing)且接近(jin)本次測(cè)量的(de)三文魚(yú)的彈性(xing)(0.61±0.03)。詳細(xì)(xi)的彈性數(shù)據(jù)(ju)對(duì)比如(ru)圖7f 所示, 真實(shí)(shi)三文魚(yú)肉的彈(dan)性和500-70%的產(chǎn)(chan)品無(wú)顯著(zhu)性差異(yi), 表明通過(guò)(guo)精細(xì)化打印(yin)和調(diào)(diao)控模型填充(chong)度, 可以對(duì)三文(wen)魚(yú)的質(zhì)構(gòu)(gou), 例如彈性(xing)進(jìn)行還(hai)原。

綜上, 通過(guò)不(bu)同噴頭對(duì)不(bu)同填充度的(de)模型進(jìn)(jin)行打(da)印可以對(duì)(dui)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)進(jìn)行(xing)調(diào)控, 以(yi)接近真(zhen)實(shí)三文魚(yú)的(de)質(zhì)構(gòu),比如粘性(xing)和彈性(xing); 且對(duì)于(yu)40%填充度的模型(xing), 使用更高精(jing)度的350 μm 噴(pen)頭相較于(yu)500 μm 噴頭, 提(ti)高了產(chǎn)品(pin)的內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)穩(wěn)定性和質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性。

原文下載(zai)鏈接

基于高精度(du)3D 打印的三文(wen)魚(yú)植物(wu)基替(ti)代物研究