浙江大學(xué)生(sheng)物系統(tǒng)(tong)工程(cheng)與食品(pin)科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人(ren)員在(zai)國(guó)內(nèi)期刊《食品(pin)安全質(zhì)量檢測(cè)(ce)學(xué)報(bào)》發(fā)(fa)表了題(ti)為"基于高(gao)精度3D 打印的(de)三文魚(yú)(yu)植物基替(ti)代物研究"的研究論文。在該(gai)論文中，研究人(ren)員使(shi)用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)測(cè)定(ding)了三文魚(yú)排(pai)和3D 打印植物(wu)基替代物(wu)的硬度、粘性、彈(dan)性與咀嚼(jue)性等指標(biāo)。

摘 要: 目的(de) 基于高(gao)精度(du)3D 打印技(ji)術(shù)研究三(san)文魚(yú)植物基替(ti)代物。方法(fa) 以豌豆(dou)分離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔芋(yu)膠(konjac gum, KGM)和天然(ran)胡蘿(luo)卜粉為(wei)原輔料(liao), 進(jìn)行精(jing)準(zhǔn)3D 復(fù)合(he)打印生(sheng)產(chǎn)模擬(ni)三文(wen)魚(yú)色(se)澤、質(zhì)(zhi)構(gòu)的植物(wu)基替代物(wu)?？疾觳煌?wu)料比例對(duì)(dui)油墨可(ke)打印(yin)性的影響; 選取(qu)有代(dai)表性(xing)的油墨(mo)配方(fang), 對(duì)其流變(bian)特性(xing)、水分分(fen)布情況(kuang)、微觀(guān)(guan)結(jié)構(gòu)進(jìn)行(xing)表征(zheng)。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度(du)的升高(gao)都增強(qiáng)了體(ti)系與水(shui)結(jié)合的(de)能力, 且PPI 濃度過(guò)(guo)高時(shí)(20%, m:m)影響了(le)KGM 與水(shui)結(jié)合形成穩(wěn)(wen)定凝(ning)膠的能力。PPI15KGM5 配(pei)方可形成致密(mi)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(gou), 增強(qiáng)了體(ti)系的穩(wěn)定性(xing), 擁有良(liang)好的剪切(qie)恢復(fù)特性, 有(you)利于3D 打印; 而(er)PPI20KGM3 配方具有更好(hao)的機(jī)械性(xing)能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(du), 但是由(you)于PPI 濃度過(guò)高(gao)影響KGM 形成穩(wěn)(wen)定凝(ning)膠結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切恢復(fù)特(te)性較差。流變(bian)學(xué)參(can)數(shù)η、τy、G'、屈服應(yīng)(ying)變及(ji)剪切恢復(fù)特(te)性對(duì)油墨(mo)3D 打印過(guò)程影響(xiang)顯著。結(jié)論 通過(guò)調(diào)整(zheng)3D 打印(yin)精細(xì)化程(cheng)度(350 μm 和500 μm)和(he)模型填充(chong)度, 生產(chǎn)了具(ju)有差異化(hua)質(zhì)構(gòu)(gou)的高蛋白含(han)量(15%, m:m)產(chǎn)(chan)品。其(qi)中, 部分產(chǎn)品的(de)粘性和彈性(xing)與真實(shí)三文(wen)魚(yú)類(lèi)似, 這為開(kāi)(kai)發(fā)3D 打印生產(chǎn)植(zhi)物基替代物(wu)提供了新的(de)視角。

1、質(zhì)構(gòu)(gou)特性測(cè)試

通過(guò)流動(dòng)(dong)自來(lái)水對(duì)(dui)三文魚(yú)排進(jìn)行(xing)解凍, 恢(hui)復(fù)至室溫約(yue)30 min 后, 沿魚(yú)(yu)排順肌纖維纖(xian)維切下尺(chi)寸一致的(de)樣品(pin)(2 cm×1 cm×1 cm)與打印(yin)完成(cheng)的不同(tong)打印精度與模(mo)型填充度(du)的立方體(2×1×1 cm)進(jìn)行(xing)質(zhì)地剖面分(fen)析(texture profile analysis, TPA)測(cè)試。實(shí)(shi)驗(yàn)條件為(wei): 兩次循環(huán)(huan)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)(fa)力8 gf, 探頭(tou)移動(dòng)速度(du)為1 mm/s。每(mei)組設(shè)(she)置3 組及以上(shang)平行測(cè)試(shi)。

2、結(jié)果分析(xi)

注: a: 硬(ying)度; b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀嚼性; e: 膠(jiao)著性; f 為真(zhen)實(shí)三文魚(yú)(yu), 以及不同(tong)模型填充度(du)條件(jian)下, 350 μm 和500 μm 噴頭打印(yin)的產(chǎn)品彈性; 圖a~f 中不同(tong)大寫(xiě)字母表示(shi)組間差異顯(xian)著, P<0.05。

圖7 不同打(da)印產(chǎn)(chan)品的質(zhì)地剖(pou)面分析(xi)(a~e)和與真實(shí)三文(wen)魚(yú)彈(dan)性的比較(f) (n=3)

為了(le)探究不同(tong)打印噴(pen)嘴的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性(xing)差異, 本(ben)研究進(jìn)行了(le)TPA 測(cè)試(圖7a~e), 并分(fen)別對(duì)350 μm 和(he)500 μm的噴頭(tou)產(chǎn)品(pin)進(jìn)行顯著性(xing)分析(圖(tu)7f)。

硬度是壓縮樣(yang)品所(suo)需的力, 可(ke)以模仿人口腔(qiang)對(duì)固(gu)體或者半固(gu)體的咀嚼情(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)品的硬度(du)從(59.3±25.3) gf 上升到了(137.4±19.2) gf, 填充度(du)上升提高了(le)打印硬度。但對(duì)(dui)于350 μm 噴(pen)頭的(de)產(chǎn)品(pin), 硬度并沒(méi)(mei)有上升, 且彼(bi)此之(zhi)間并沒(méi)有顯著(zhu)性差異, 不過(guò)填(tian)充度(du)為40%時(shí)(shi), 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)(chan)品硬度大于500 μm。咀(ju)嚼性(圖7d)和膠(jiao)著性(圖7e)的結(jié)果(guo)與硬度(du)測(cè)量(liang)結(jié)果類(lèi)(lei)似, 即500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)(gou)特性隨模(mo)型填充度上升(sheng)而上(shang)升; 但是(shi)350 μm 噴頭的產(chǎn)品基(ji)本沒(méi)(mei)有顯(xian)著性差異(yi)。不過(guò), 在40%填充度(du)時(shí), 350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性(xing)都顯著高(gao)于500 μm, 這(zhe)可能是精細(xì)(xi)化打印(yin)提高(gao)了產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)(jie)構(gòu)的穩(wěn)(wen)定性, 從而(er)改善質(zhì)構(gòu)特性(xing)。

粘性是克服樣(yang)品本(ben)身的(de)粘性而消耗的(de)能量, 代表著需(xu)要從牙齒(chi)或者(zhe)上顎去除粘附(fu)的食物(wu)所做(zuo)的功。本研(yan)究中,隨著模(mo)型填充度上升(sheng), 350 μm 的噴頭產(chǎn)(chan)品的(de)粘性(xing)均呈現(xiàn)上升(sheng)趨勢(shì)(圖(tu)7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品的(de)粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接近真(zhen)實(shí)三文魚(yú)(yu)的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是(shi)樣品去(qu)除形變后恢復(fù)(fu)到本(ben)來(lái)狀態(tài)(tai)的能力, 表(biao)現(xiàn)為食物(wu)被牙齒(chi)咬后恢(hui)復(fù)到原狀的(de)能力。且彈性(xing)和魚(yú)的新(xin)鮮程度關(guān)聯(lián)性(xing)極大(da), 魚(yú)在屠(tu)宰、冰凍(dong)或者腐敗(bai)后, 彈性(xing)都會(huì)有一定(ding)程度的下降(jiang)。工業(yè)中(zhong), 工人通常使(shi)用“手(shou)指法(fa)"測(cè)量生魚(yú)(yu)片的質(zhì)構(gòu)以了(le)解其(qi)彈性是否(fou)適合進(jìn)(jin)一步(bu)加工。在圖(tu)7c 中, 隨(sui)著模型填充(chong)度的上升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的彈性從(cong)0.41±0.06 上升到(dao)了0.58±0.03, 并(bing)且接近本次測(cè)(ce)量的(de)三文魚(yú)的(de)彈性(0.61±0.03)。詳細(xì)的彈(dan)性數(shù)據(jù)對(duì)比(bi)如圖(tu)7f 所示, 真實(shí)三文(wen)魚(yú)肉的彈性(xing)和500-70%的(de)產(chǎn)品(pin)無(wú)顯著性(xing)差異, 表明(ming)通過(guò)精細(xì)化(hua)打印和調(diào)(diao)控模型填(tian)充度, 可(ke)以對(duì)三(san)文魚(yú)的質(zhì)構(gòu), 例(li)如彈性進(jìn)行還(hai)原。

綜上, 通過(guò)不(bu)同噴頭對(duì)(dui)不同填充(chong)度的(de)模型進(jìn)行打(da)印可(ke)以對(duì)產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)進(jìn)行(xing)調(diào)控, 以接近(jin)真實(shí)三文(wen)魚(yú)的質(zhì)構(gòu),比如(ru)粘性(xing)和彈性; 且(qie)對(duì)于40%填充度(du)的模(mo)型, 使用更高(gao)精度的350 μm 噴頭相(xiang)較于500 μm 噴頭, 提高(gao)了產(chǎn)品的(de)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性和質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。

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基于高精度(du)3D 打印的三(san)文魚(yú)(yu)植物基替代物(wu)研究(jiu)