浙江大(da)學(xué)生物系統(tǒng)(tong)工程與食品(pin)科學(xué)學(xué)院(yuan)研究人(ren)員在國(guó)(guo)內(nèi)期刊《食品安(an)全質(zhì)量(liang)檢測(cè)(ce)學(xué)報(bào)》發(fā)表了題(ti)為"基于高精度3D 打(da)印的三文(wen)魚植物(wu)基替(ti)代物研究"的研究論文。在該論文中，研(yan)究人員使用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)定了三文魚排(pai)和3D 打印(yin)植物基(ji)替代物的硬度(du)、粘性、彈(dan)性與咀嚼性等(deng)指標(biāo)。

摘 要: 目的(de) 基于高精度3D 打(da)印技術(shù)研究三(san)文魚植物基替(ti)代物。方法 以豌豆分離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔芋(yu)膠(konjac gum, KGM)和天然胡(hu)蘿卜粉為(wei)原輔料, 進(jìn)(jin)行精(jing)準(zhǔn)3D 復(fù)合打(da)印生(sheng)產(chǎn)模擬三文(wen)魚色澤、質(zhì)構(gòu)的(de)植物基替(ti)代物?？?kao)察不(bu)同物(wu)料比例對(duì)油(you)墨可(ke)打印性(xing)的影響; 選取(qu)有代(dai)表性(xing)的油墨配方, 對(duì)(dui)其流變特(te)性、水分(fen)分布情況(kuang)、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行(xing)表征。結(jié)果(guo) PPI 和KGM 濃度的升高(gao)都增強(qiáng)(qiang)了體系(xi)與水(shui)結(jié)合的能(neng)力, 且PPI 濃度過(guo)高時(shí)(20%, m:m)影響了KGM 與(yu)水結(jié)合形成穩(wěn)(wen)定凝膠的能(neng)力。PPI15KGM5 配方可形成(cheng)致密(mi)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(gou), 增強(qiáng)了體系的(de)穩(wěn)定(ding)性, 擁(yong)有良好的剪(jian)切恢復(fù)(fu)特性, 有利于3D 打(da)印; 而(er)PPI20KGM3 配方具有更好(hao)的機(jī)(ji)械性能和結(jié)(jie)構(gòu)強(qiáng)度(du), 但是由(you)于PPI 濃(nong)度過(guo)高影響KGM 形成(cheng)穩(wěn)定凝膠結(jié)(jie)構(gòu), 其剪切恢(hui)復(fù)特性(xing)較差。流(liu)變學(xué)參數(shù)η、τy、G'、屈(qu)服應(yīng)變及(ji)剪切(qie)恢復(fù)特性(xing)對(duì)油(you)墨3D 打印過程(cheng)影響(xiang)顯著。結(jié)論 通過(guo)調(diào)整(zheng)3D 打印精細(xì)化程(cheng)度(350 μm 和500 μm)和模(mo)型填充度, 生產(chǎn)(chan)了具(ju)有差(cha)異化質(zhì)構(gòu)(gou)的高(gao)蛋白(bai)含量(15%, m:m)產(chǎn)品(pin)。其中, 部(bu)分產(chǎn)品的粘性(xing)和彈(dan)性與真實(shí)三文(wen)魚類似(shi), 這為開發(fā)3D 打印(yin)生產(chǎn)植物基替(ti)代物提(ti)供了新的(de)視角。

1、質(zhì)構(gòu)特(te)性測(cè)試

通過流動(dòng)自來(lái)(lai)水對(duì)三文魚排(pai)進(jìn)行解凍, 恢復(fù)(fu)至室溫(wen)約30 min 后, 沿(yan)魚排(pai)順肌纖維纖(xian)維切下尺寸一(yi)致的樣品(pin)(2 cm×1 cm×1 cm)與打印完(wan)成的不(bu)同打印精度與(yu)模型(xing)填充度(du)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。實(shí)驗(yàn)(yan)條件為(wei): 兩次循環(huán)壓(ya)縮30%, 觸發(fā)(fa)力8 gf, 探(tan)頭移動(dòng)速度(du)為1 mm/s。每組設(shè)(she)置3 組及以上平(ping)行測(cè)(ce)試。

2、結(jié)果(guo)分析

注: a: 硬度; b: 粘(zhan)性; c: 彈性; d: 咀嚼(jue)性; e: 膠著性(xing); f 為真實(shí)(shi)三文魚, 以及(ji)不同模型填充(chong)度條(tiao)件下, 350 μm 和(he)500 μm 噴頭(tou)打印(yin)的產(chǎn)品彈性; 圖a~f 中不同大(da)寫字母(mu)表示組間(jian)差異顯著, P<0.05。

圖7 不同(tong)打印(yin)產(chǎn)品(pin)的質(zhì)地剖面分(fen)析(a~e)和與(yu)真實(shí)(shi)三文魚彈性的(de)比較(f) (n=3)

為了探究不(bu)同打印(yin)噴嘴的(de)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性差異(yi), 本研究進(jìn)行了(le)TPA 測(cè)試(圖7a~e), 并(bing)分別對(duì)(dui)350 μm 和500 μm的噴頭產(chǎn)(chan)品進(jìn)(jin)行顯(xian)著性(xing)分析(圖7f)。

硬度(du)是壓縮樣品(pin)所需的(de)力, 可以模仿人(ren)口腔對(duì)(dui)固體或者半(ban)固體的(de)咀嚼情況(kuang)[50]。在圖7a 中, 隨著模(mo)型填充度的上(shang)升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到了(le)(137.4±19.2) gf, 填充度上升提(ti)高了打印硬(ying)度。但對(duì)于350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品, 硬度(du)并沒有上升(sheng), 且彼此之(zhi)間并沒(mei)有顯著(zhu)性差異, 不過填(tian)充度(du)為40%時(shí), 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品(pin)硬度大于500 μm。咀(ju)嚼性(圖(tu)7d)和膠(jiao)著性(圖7e)的結(jié)(jie)果與硬度(du)測(cè)量結(jié)果(guo)類似, 即500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特(te)性隨模型(xing)填充度上(shang)升而上升; 但(dan)是350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)基本沒(mei)有顯著性差(cha)異。不過, 在40%填(tian)充度(du)時(shí), 350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性都顯著高(gao)于500 μm, 這可能是(shi)精細(xì)化打印(yin)提高了(le)產(chǎn)品內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定(ding)性, 從而改善(shan)質(zhì)構(gòu)特性。

粘性是克服(fu)樣品本身的(de)粘性而(er)消耗的能(neng)量, 代表著需(xu)要從(cong)牙齒或(huo)者上顎去除粘(zhan)附的食物所做(zuo)的功(gong)。本研(yan)究中,隨著模(mo)型填(tian)充度上升, 350 μm 的噴(pen)頭產(chǎn)品(pin)的粘性(xing)均呈(cheng)現(xiàn)上(shang)升趨勢(shì)(shi)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品(pin)的粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接(jie)近真(zhen)實(shí)三文魚(yu)的粘(zhan)性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣品(pin)去除形變后(hou)恢復(fù)到(dao)本來(lái)狀態(tài)(tai)的能力, 表現(xiàn)為(wei)食物(wu)被牙齒(chi)咬后恢復(fù)(fu)到原狀的能力(li)。且彈性和(he)魚的新(xin)鮮程度關(guān)(guan)聯(lián)性極大(da), 魚在屠(tu)宰、冰凍或者(zhe)腐敗后(hou), 彈性都會(huì)(hui)有一定程(cheng)度的下降(jiang)。工業(yè)中, 工人通(tong)常使(shi)用“手指(zhi)法"測(cè)(ce)量生魚片的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)以了(le)解其彈性(xing)是否適(shi)合進(jìn)一步(bu)加工。在圖(tu)7c 中, 隨著模(mo)型填充(chong)度的上(shang)升, 500 μm 噴(pen)頭產(chǎn)品(pin)的彈性(xing)從0.41±0.06 上升到(dao)了0.58±0.03, 并且接近(jin)本次測(cè)量的(de)三文魚的(de)彈性(0.61±0.03)。詳細(xì)(xi)的彈性數(shù)據(jù)對(duì)(dui)比如圖7f 所(suo)示, 真實(shí)(shi)三文魚肉(rou)的彈(dan)性和500-70%的產(chǎn)品(pin)無(wú)顯(xian)著性差異, 表(biao)明通過精細(xì)(xi)化打印(yin)和調(diào)控模(mo)型填充度(du), 可以(yi)對(duì)三(san)文魚的質(zhì)(zhi)構(gòu), 例如(ru)彈性進(jìn)行還原(yuan)。

綜上, 通過不同(tong)噴頭對(duì)不同填(tian)充度的模(mo)型進(jìn)行打印(yin)可以對(duì)產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)進(jìn)行(xing)調(diào)控, 以接近真(zhen)實(shí)三文魚(yu)的質(zhì)構(gòu),比如(ru)粘性和彈性; 且(qie)對(duì)于40%填充度的(de)模型(xing), 使用(yong)更高精度(du)的350 μm 噴頭相較(jiao)于500 μm 噴頭, 提高了(le)產(chǎn)品(pin)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)(wen)定性和(he)質(zhì)構(gòu)特(te)性。

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基于(yu)高精度3D 打(da)印的(de)三文魚(yu)植物基替代物(wu)研究