浙江大(da)學(xué)生物(wu)系統(tǒng)工(gong)程與(yu)食品科(ke)學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員(yuan)在國內(nèi)期刊(kan)《食品安全(quan)質(zhì)量(liang)檢測學(xué)報(bào)》發(fā)(fa)表了(le)題為(wei)"基于(yu)高精度(du)3D 打印(yin)的三(san)文魚植(zhi)物基替代物研(yan)究"的研究論(lun)文。在該論文中，研(yan)究人員使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了三文魚(yu)排和(he)3D 打印植(zhi)物基替代物的硬度、粘性、彈(dan)性與咀嚼性等(deng)指標(biāo)。

摘 要: 目的 基于高精度3D 打(da)印技(ji)術(shù)研究三文魚(yu)植物基替代物(wu)。方法(fa) 以豌豆分離蛋(dan)白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(jiao)(konjac gum, KGM)和天然胡蘿(luo)卜粉(fen)為原輔料, 進(jìn)行(xing)精準(zhǔn)3D 復(fù)合(he)打印生(sheng)產(chǎn)模擬(ni)三文魚(yu)色澤、質(zhì)構(gòu)的植(zhi)物基替代物。考(kao)察不(bu)同物(wu)料比(bi)例對(dui)油墨(mo)可打印性的(de)影響(xiang); 選取有(you)代表性的油(you)墨配方, 對(dui)其流變特(te)性、水(shui)分分布(bu)情況、微觀結(jié)構(gòu)(gou)進(jìn)行(xing)表征。結(jié)果(guo) PPI 和KGM 濃度(du)的升高都增強(qiáng)(qiang)了體(ti)系與水結(jié)合(he)的能力, 且(qie)PPI 濃度(du)過高時(shí)(20%, m:m)影(ying)響了KGM 與水(shui)結(jié)合形(xing)成穩(wěn)(wen)定凝膠的能(neng)力。PPI15KGM5 配(pei)方可形(xing)成致密(mi)的網(wǎng)(wang)格結(jié)(jie)構(gòu), 增強(qiáng)了體(ti)系的穩(wěn)(wen)定性, 擁有(you)良好的(de)剪切恢(hui)復(fù)特性, 有(you)利于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配方具有(you)更好的機(jī)械(xie)性能和(he)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 但(dan)是由于(yu)PPI 濃度(du)過高影響KGM 形成(cheng)穩(wěn)定凝膠結(jié)構(gòu)(gou), 其剪切恢復(fù)(fu)特性較差。流(liu)變學(xué)參數(shù)η、τy、G'、屈服(fu)應(yīng)變及剪切(qie)恢復(fù)特性對(dui)油墨3D 打(da)印過程(cheng)影響顯著。結(jié)論 通過(guo)調(diào)整3D 打印精(jing)細(xì)化程度(du)(350 μm 和500 μm)和模型填(tian)充度, 生產(chǎn)了具(ju)有差異化質(zhì)構(gòu)(gou)的高蛋(dan)白含量(15%, m:m)產(chǎn)品。其(qi)中, 部分(fen)產(chǎn)品的粘性和(he)彈性與真實(shí)(shi)三文魚類似(shi), 這為(wei)開發(fā)3D 打印生產(chǎn)(chan)植物基(ji)替代(dai)物提供了(le)新的視(shi)角。

1、質(zhì)構(gòu)特性測試(shi)

通過流動(dòng)自來(lai)水對三文魚排(pai)進(jìn)行解(jie)凍, 恢復(fù)至室(shi)溫約(yue)30 min 后, 沿魚排順(shun)肌纖維纖(xian)維切下尺(chi)寸一致(zhi)的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與打印(yin)完成的不(bu)同打印精度(du)與模(mo)型填充度的立(li)方體(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)地(di)剖面分析(texture profile analysis, TPA)測(ce)試。實(shí)驗(yàn)條件為(wei): 兩次循環(huán)(huan)壓縮(suo)30%, 觸發(fā)力(li)8 gf, 探頭移(yi)動(dòng)速度為1 mm/s。每組(zu)設(shè)置3 組及以(yi)上平行測(ce)試。

2、結(jié)果分析

注: a: 硬(ying)度; b: 粘(zhan)性; c: 彈(dan)性; d: 咀嚼性; e: 膠著(zhe)性; f 為(wei)真實(shí)三文魚(yu), 以及不同(tong)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)寫字母(mu)表示組間差異(yi)顯著, P<0.05。

圖7 不同打印(yin)產(chǎn)品的(de)質(zhì)地剖面分析(xi)(a~e)和與真(zhen)實(shí)三文魚(yu)彈性的比(bi)較(f) (n=3)

為了(le)探究不同打(da)印噴嘴的(de)產(chǎn)品(pin)的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性差異(yi), 本研(yan)究進(jìn)行了TPA 測(ce)試(圖7a~e), 并(bing)分別對350 μm 和500 μm的噴(pen)頭產(chǎn)品(pin)進(jìn)行顯著性分(fen)析(圖7f)。

硬度是壓(ya)縮樣品所需(xu)的力, 可以模(mo)仿人口腔對(dui)固體或(huo)者半固體的咀(ju)嚼情況[50]。在(zai)圖7a 中(zhong), 隨著(zhe)模型填充度的(de)上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品的(de)硬度從(cong)(59.3±25.3) gf 上升到(dao)了(137.4±19.2) gf, 填充度上升提(ti)高了打印硬(ying)度。但對于(yu)350 μm 噴頭的產(chǎn)品, 硬(ying)度并沒有上(shang)升, 且彼此(ci)之間并沒有顯(xian)著性差異(yi), 不過(guo)填充度(du)為40%時(shí), 350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品(pin)硬度(du)大于(yu)500 μm。咀嚼性(xing)(圖7d)和膠著性(圖(tu)7e)的結(jié)果與(yu)硬度測(ce)量結(jié)果類(lei)似, 即500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的質(zhì)構(gòu)特性(xing)隨模型填(tian)充度上升而(er)上升; 但是350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)品基本(ben)沒有顯(xian)著性差異(yi)。不過, 在40%填充度(du)時(shí), 350 μm 噴頭(tou)的產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)(gou)特性都顯(xian)著高于500 μm, 這可能(neng)是精細(xì)化(hua)打印提高(gao)了產(chǎn)(chan)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)(gou)的穩(wěn)定性, 從而(er)改善質(zhì)(zhi)構(gòu)特性(xing)。

粘性是(shi)克服樣品本(ben)身的粘性而(er)消耗(hao)的能量, 代(dai)表著(zhe)需要從牙齒(chi)或者(zhe)上顎去除粘附(fu)的食物所做的(de)功。本研究(jiu)中,隨著模型填(tian)充度(du)上升(sheng), 350 μm 的噴頭(tou)產(chǎn)品的粘性(xing)均呈(cheng)現(xiàn)上升(sheng)趨勢(圖(tu)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(zhen)實(shí)三文魚的(de)粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dan)性是樣品去(qu)除形變后(hou)恢復(fù)到本來狀(zhuang)態(tài)的能(neng)力, 表現(xiàn)為食(shi)物被牙齒咬后(hou)恢復(fù)到(dao)原狀的(de)能力(li)。且彈性和魚(yu)的新鮮程度(du)關(guān)聯(lián)(lian)性極大, 魚在屠(tu)宰、冰(bing)凍或者腐敗后(hou), 彈性(xing)都會(huì)有(you)一定程度的下(xia)降。工業(yè)中, 工(gong)人通常使用“手(shou)指法"測(ce)量生(sheng)魚片的質(zhì)構(gòu)(gou)以了解其彈性(xing)是否適合進(jìn)(jin)一步加工。在圖(tu)7c 中, 隨著模型(xing)填充度的上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)(chan)品的彈性(xing)從0.41±0.06 上(shang)升到(dao)了0.58±0.03, 并且接近(jin)本次測(ce)量的三文魚(yu)的彈性(0.61±0.03)。詳細(xì)(xi)的彈性數(shù)據(jù)(ju)對比(bi)如圖7f 所示, 真(zhen)實(shí)三(san)文魚肉的(de)彈性和(he)500-70%的產(chǎn)品無(wu)顯著性差異(yi), 表明通過(guo)精細(xì)化打印(yin)和調(diào)控(kong)模型(xing)填充度, 可(ke)以對三文(wen)魚的質(zhì)構(gòu), 例(li)如彈(dan)性進(jìn)行還原。

綜上, 通過(guo)不同(tong)噴頭對(dui)不同填(tian)充度的模型(xing)進(jìn)行打印可(ke)以對產(chǎn)品(pin)的質(zhì)構(gòu)進(jìn)行(xing)調(diào)控, 以(yi)接近(jin)真實(shí)三文魚的(de)質(zhì)構(gòu),比(bi)如粘性(xing)和彈性; 且(qie)對于(yu)40%填充度的(de)模型, 使用(yong)更高精度(du)的350 μm 噴頭相(xiang)較于(yu)500 μm 噴頭, 提高了(le)產(chǎn)品的(de)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(gou)穩(wěn)定性和質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性。

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基于高(gao)精度3D 打印(yin)的三文(wen)魚植物(wu)基替代物研究(jiu)