浙江大學(xué)生(sheng)物系統(tǒng)工(gong)程與(yu)食品(pin)科學(xué)(xue)學(xué)院研(yan)究人員在國(guo)內(nèi)期刊《食品(pin)安全質(zhì)量檢測(ce)學(xué)報(bào)》發(fā)表了(le)題為"基于高(gao)精度3D 打印的(de)三文魚植物(wu)基替代(dai)物研(yan)究"的研(yan)究論文。在該論(lun)文中，研(yan)究人員使用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)測定了三文魚(yu)排和3D 打印植(zhi)物基替代物的硬度(du)、粘性、彈性與咀(ju)嚼性等指標(biāo)。

摘 要(yao): 目的(de) 基于高精(jing)度3D 打(da)印技術(shù)研(yan)究三文魚(yu)植物基(ji)替代物。方法 以豌豆(dou)分離蛋白(bai)(pea protein isolate,PPI)、魔芋(yu)膠(konjac gum, KGM)和天(tian)然胡蘿(luo)卜粉為原輔(fu)料, 進(jìn)行精準(zhǔn)(zhun)3D 復(fù)合打印(yin)生產(chǎn)模擬三文(wen)魚色澤(ze)、質(zhì)構(gòu)的植物基(ji)替代物?？疾?cha)不同物料比例(li)對油墨(mo)可打印性(xing)的影響; 選(xuan)取有代表(biao)性的油墨配方(fang), 對其流變特性(xing)、水分分布情(qing)況、微觀結(jié)(jie)構(gòu)進(jìn)行(xing)表征(zheng)。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度的(de)升高(gao)都增強(qiáng)(qiang)了體系與水結(jié)(jie)合的(de)能力, 且PPI 濃(nong)度過高時(20%, m:m)影(ying)響了KGM 與水(shui)結(jié)合形成穩(wěn)定(ding)凝膠的能(neng)力。PPI15KGM5 配方可形(xing)成致密(mi)的網(wǎng)格(ge)結(jié)構(gòu), 增強(qiáng)了體(ti)系的穩(wěn)(wen)定性, 擁有(you)良好(hao)的剪切恢復(fù)(fu)特性, 有利(li)于3D 打印; 而(er)PPI20KGM3 配方具有更好(hao)的機(jī)械(xie)性能(neng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 但(dan)是由于PPI 濃度過(guo)高影(ying)響KGM 形成穩(wěn)定(ding)凝膠結(jié)構(gòu), 其(qi)剪切(qie)恢復(fù)特性(xing)較差。流變(bian)學(xué)參數(shù)η、τy、G'、屈服應(yīng)(ying)變及剪切(qie)恢復(fù)特性(xing)對油(you)墨3D 打印過(guo)程影響顯(xian)著。結(jié)論 通過(guo)調(diào)整3D 打(da)印精細(xì)化(hua)程度(350 μm 和500 μm)和(he)模型填充(chong)度, 生產(chǎn)了具(ju)有差異化質(zhì)構(gòu)(gou)的高蛋白(bai)含量(15%, m:m)產(chǎn)品(pin)。其中, 部(bu)分產(chǎn)品的粘性(xing)和彈性(xing)與真實(shí)三文(wen)魚類(lei)似, 這為開發(fā)3D 打(da)印生產(chǎn)植(zhi)物基替(ti)代物提(ti)供了新的(de)視角。

1、質(zhì)構(gòu)特性(xing)測試

通過流動自來(lai)水對(dui)三文魚(yu)排進(jìn)行解凍(dong), 恢復(fù)至室溫約(yue)30 min 后, 沿魚排順肌(ji)纖維(wei)纖維切下尺(chi)寸一致的樣(yang)品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印完成(cheng)的不同(tong)打印精(jing)度與模(mo)型填充度的(de)立方(fang)體(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)地(di)剖面分析(xi)(texture profile analysis, TPA)測試。實(shí)驗(yàn)(yan)條件為: 兩(liang)次循環(huán)壓縮30%, 觸(chu)發(fā)力8 gf, 探頭(tou)移動速度為1 mm/s。每(mei)組設(shè)(she)置3 組及以上(shang)平行(xing)測試。

2、結(jié)果(guo)分析(xi)

注: a: 硬(ying)度; b: 粘性; c: 彈性(xing); d: 咀嚼性; e: 膠著(zhe)性; f 為(wei)真實(shí)三文魚(yu), 以及不同模型(xing)填充度條(tiao)件下, 350 μm 和500 μm 噴(pen)頭打印的產(chǎn)(chan)品彈性; 圖a~f 中(zhong)不同大寫字母(mu)表示組間(jian)差異顯著, P<0.05。

圖7 不(bu)同打印產(chǎn)品(pin)的質(zhì)地剖面分(fen)析(a~e)和與(yu)真實(shí)三(san)文魚(yu)彈性的比(bi)較(f) (n=3)

為了探(tan)究不同(tong)打印噴嘴(zui)的產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)特性差(cha)異, 本研究(jiu)進(jìn)行了(le)TPA 測試(圖(tu)7a~e), 并分別對(dui)350 μm 和500 μm的噴頭產(chǎn)(chan)品進(jìn)行顯著性(xing)分析(圖7f)。

硬度是壓縮(suo)樣品所需的力(li), 可以模仿人口(kou)腔對固體或者(zhe)半固體(ti)的咀(ju)嚼情況[50]。在圖7a 中(zhong), 隨著模型填(tian)充度(du)的上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的硬(ying)度從(59.3±25.3) gf 上升(sheng)到了(137.4±19.2) gf, 填充(chong)度上升(sheng)提高(gao)了打印硬度。但(dan)對于(yu)350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品, 硬度并(bing)沒有(you)上升, 且彼(bi)此之間并沒有(you)顯著性(xing)差異, 不(bu)過填充度為40%時(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)(chan)品硬度(du)大于500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和膠(jiao)著性(圖7e)的結(jié)果(guo)與硬度測(ce)量結(jié)果類(lei)似, 即500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性隨模型(xing)填充度上(shang)升而上(shang)升; 但是350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品(pin)基本(ben)沒有顯(xian)著性差異。不過(guo), 在40%填充(chong)度時, 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特(te)性都(dou)顯著高于(yu)500 μm, 這可能是(shi)精細(xì)化(hua)打印提(ti)高了產(chǎn)品內(nèi)(nei)部結(jié)(jie)構(gòu)的(de)穩(wěn)定性, 從(cong)而改善質(zhì)構(gòu)(gou)特性。

粘性是(shi)克服樣品(pin)本身(shen)的粘(zhan)性而消耗的能(neng)量, 代表著(zhe)需要(yao)從牙(ya)齒或者(zhe)上顎去除(chu)粘附的食(shi)物所做的功(gong)。本研(yan)究中,隨著(zhe)模型填充度(du)上升, 350 μm 的(de)噴頭(tou)產(chǎn)品的粘性(xing)均呈現(xiàn)(xian)上升趨(qu)勢(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升到(dao)(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)品(pin)的粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接近真(zhen)實(shí)三(san)文魚的粘性(xing)[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣品去(qu)除形變后恢復(fù)(fu)到本來狀態(tài)(tai)的能力, 表現(xiàn)(xian)為食物(wu)被牙齒(chi)咬后恢復(fù)(fu)到原狀的(de)能力。且(qie)彈性和魚的新(xin)鮮程度關(guān)(guan)聯(lián)性極大, 魚在(zai)屠宰、冰凍或(huo)者腐(fu)敗后, 彈性(xing)都會有(you)一定(ding)程度的下(xia)降。工業(yè)中(zhong), 工人通常使(shi)用“手指(zhi)法"測量生(sheng)魚片的(de)質(zhì)構(gòu)以了(le)解其彈性是(shi)否適合進(jìn)一步(bu)加工(gong)。在圖7c 中, 隨著(zhe)模型填充度(du)的上升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)彈性(xing)從0.41±0.06 上升到了(le)0.58±0.03, 并且(qie)接近本次測量(liang)的三文(wen)魚的彈性(0.61±0.03)。詳(xiang)細(xì)的彈性數(shù)據(jù)(ju)對比如圖(tu)7f 所示, 真實(shí)三(san)文魚肉的彈(dan)性和(he)500-70%的產(chǎn)品無(wu)顯著(zhu)性差異, 表明通(tong)過精細(xì)化(hua)打印和調(diào)(diao)控模(mo)型填充度, 可以(yi)對三文魚(yu)的質(zhì)構(gòu), 例(li)如彈性(xing)進(jìn)行還原。

綜上(shang), 通過不(bu)同噴頭對不同(tong)填充度(du)的模型進(jìn)行(xing)打印(yin)可以對(dui)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)(gou)進(jìn)行調(diào)控(kong), 以接近真(zhen)實(shí)三文魚(yu)的質(zhì)構(gòu),比如(ru)粘性和(he)彈性(xing); 且對于(yu)40%填充度(du)的模(mo)型, 使用(yong)更高精度的350 μm 噴(pen)頭相(xiang)較于500 μm 噴頭, 提(ti)高了產(chǎn)品的內(nèi)(nei)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(xing)和質(zhì)構(gòu)特性(xing)。

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基于(yu)高精度3D 打(da)印的三文(wen)魚植物基(ji)替代物(wu)研究