技術(shù)文章
Technical articles浙江(jiang)大學(xué)生(sheng)物系(xi)統(tǒng)工程與食(shi)品科(ke)學(xué)學(xué)院(yuan)研究人員(yuan)在國(guó)(guo)內(nèi)期刊(kan)《食品安(an)全質(zhì)量檢(jian)測(cè)學(xué)報(bào)》發(fā)表(biao)了題為"基于高精度(du)3D 打印的三文(wen)魚植(zhi)物基替代(dai)物研究"的研究論文(wen)。在該論(lun)文中(zhong),研究(jiu)人員(yuan)使用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)定了三文魚(yu)排和(he)3D 打印植物(wu)基替代物(wu)的硬度(du)、粘性、彈性與咀(ju)嚼性等指標(biāo)。
摘 要: 目的 基于高精度3D 打(da)印技術(shù)(shu)研究(jiu)三文魚植物(wu)基替代(dai)物。方法 以豌(wan)豆分離蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔(mo)芋膠(konjac gum, KGM)和天(tian)然胡蘿卜粉為(wei)原輔料, 進(jìn)行精(jing)準(zhǔn)3D 復(fù)合(he)打印生產(chǎn)(chan)模擬(ni)三文魚(yu)色澤、質(zhì)(zhi)構(gòu)的植(zhi)物基替代(dai)物??疾觳煌?tong)物料(liao)比例對(duì)(dui)油墨可(ke)打印性的影響(xiang); 選取(qu)有代(dai)表性的(de)油墨(mo)配方, 對(duì)其(qi)流變特性、水分(fen)分布(bu)情況、微觀結(jié)構(gòu)(gou)進(jìn)行表征。結(jié)果 PPI 和KGM 濃度的(de)升高都增強(qiáng)了(le)體系與(yu)水結(jié)合的能力(li), 且PPI 濃度過(guo)高時(shí)(shi)(20%, m:m)影響了KGM 與水(shui)結(jié)合形成(cheng)穩(wěn)定凝膠(jiao)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)了體系的(de)穩(wěn)定性, 擁有良(liang)好的剪切(qie)恢復(fù)特(te)性, 有利于3D 打印(yin); 而PPI20KGM3 配(pei)方具(ju)有更(geng)好的機(jī)械(xie)性能和結(jié)(jie)構(gòu)強(qiáng)度, 但是由(you)于PPI 濃度(du)過高影響(xiang)KGM 形成穩(wěn)定凝(ning)膠結(jié)(jie)構(gòu), 其剪切(qie)恢復(fù)特性較(jiao)差。流(liu)變學(xué)(xue)參數(shù)η、τy、G'、屈服應(yīng)變(bian)及剪切(qie)恢復(fù)特性(xing)對(duì)油墨3D 打印(yin)過程影響(xiang)顯著。結(jié)論 通過調(diào)整(zheng)3D 打印精細(xì)(xi)化程度(350 μm 和500 μm)和模(mo)型填充(chong)度, 生產(chǎn)(chan)了具(ju)有差異化(hua)質(zhì)構(gòu)的高(gao)蛋白含量(liang)(15%, m:m)產(chǎn)品。其中, 部(bu)分產(chǎn)品(pin)的粘性和(he)彈性與(yu)真實(shí)三(san)文魚類(lei)似, 這為(wei)開發(fā)3D 打印生產(chǎn)(chan)植物(wu)基替代物(wu)提供了新的(de)視角。
1、質(zhì)構(gòu)特性(xing)測(cè)試(shi)
通過流(liu)動(dòng)自(zi)來(lái)水對(duì)三(san)文魚排進(jìn)行(xing)解凍, 恢復(fù)(fu)至室溫約(yue)30 min 后, 沿魚排順肌(ji)纖維纖維(wei)切下尺寸一(yi)致的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與(yu)打印完成的(de)不同打印精(jing)度與模型填(tian)充度(du)的立(li)方體(2×1×1 cm)進(jìn)行質(zhì)(zhi)地剖面分析(xi)(texture profile analysis, TPA)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)條(tiao)件為: 兩次循(xun)環(huán)壓縮30%, 觸(chu)發(fā)力(li)8 gf, 探頭移動(dòng)速(su)度為1 mm/s。每組(zu)設(shè)置3 組及以上(shang)平行測(cè)(ce)試。
2、結(jié)果分析
注: a: 硬度; b: 粘性(xing); c: 彈性; d: 咀嚼性(xing); e: 膠著(zhe)性; f 為(wei)真實(shí)三(san)文魚(yu), 以及不同(tong)模型填充度條(tiao)件下, 350 μm 和(he)500 μm 噴頭(tou)打印的(de)產(chǎn)品彈性; 圖a~f 中不(bu)同大(da)寫字母表示組(zu)間差異顯著, P<0.05。
圖7 不同(tong)打印產(chǎn)品的質(zhì)(zhi)地剖面分(fen)析(a~e)和(he)與真實(shí)(shi)三文(wen)魚彈性的比(bi)較(f) (n=3)
為了探究不同(tong)打印噴嘴(zui)的產(chǎn)(chan)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性差異(yi), 本研究進(jìn)(jin)行了TPA 測(cè)試(圖(tu)7a~e), 并分別對(duì)350 μm 和500 μm的(de)噴頭產(chǎn)品(pin)進(jìn)行顯著性(xing)分析(圖7f)。
硬度是壓縮樣(yang)品所需的力, 可(ke)以模仿人(ren)口腔對(duì)固體或(huo)者半固體的(de)咀嚼情(qing)況[50]。在圖7a 中, 隨(sui)著模型填充度(du)的上升, 500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的(de)硬度(du)從(59.3±25.3) gf 上升到了(le)(137.4±19.2) gf, 填充(chong)度上(shang)升提(ti)高了打印硬度(du)。但對(duì)于350 μm 噴頭的(de)產(chǎn)品(pin), 硬度并沒有(you)上升, 且彼(bi)此之(zhi)間并沒有顯著(zhu)性差異, 不過(guo)填充度為40%時(shí), 350 μm 噴(pen)頭的產(chǎn)(chan)品硬(ying)度大于500 μm。咀(ju)嚼性(xing)(圖7d)和膠著性(xing)(圖7e)的結(jié)果(guo)與硬(ying)度測(cè)(ce)量結(jié)(jie)果類似, 即500 μm 噴頭(tou)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)(gou)特性隨模型填(tian)充度上(shang)升而上升; 但(dan)是350 μm 噴頭的產(chǎn)品(pin)基本沒有顯(xian)著性差(cha)異。不過, 在(zai)40%填充度時(shí)(shi), 350 μm 噴頭的產(chǎn)品的(de)質(zhì)構(gòu)特性(xing)都顯著高于500 μm, 這(zhe)可能是(shi)精細(xì)化打印提(ti)高了產(chǎn)品內(nèi)(nei)部結(jié)構(gòu)的(de)穩(wěn)定性, 從(cong)而改善質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。
粘性是克服樣(yang)品本身的粘(zhan)性而(er)消耗的能(neng)量, 代表著需要(yao)從牙齒或者(zhe)上顎去除粘附(fu)的食物所做(zuo)的功。本研究(jiu)中,隨著(zhe)模型填(tian)充度上(shang)升, 350 μm 的噴頭產(chǎn)(chan)品的粘性均呈(cheng)現(xiàn)上升趨勢(shì)(shi)(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升(sheng)到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chǎn)(chan)品的粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接(jie)近真實(shí)三文魚(yu)的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是(shi)樣品去(qu)除形變后恢(hui)復(fù)到本來(lái)(lai)狀態(tài)(tai)的能力, 表現(xiàn)(xian)為食物被(bei)牙齒咬后恢(hui)復(fù)到原狀(zhuang)的能力。且(qie)彈性和魚的(de)新鮮程(cheng)度關(guān)聯(lián)(lian)性極大(da), 魚在屠宰、冰凍(dong)或者(zhe)腐敗后, 彈性(xing)都會(huì)有一定(ding)程度(du)的下降。工業(yè)中(zhong), 工人通常使(shi)用“手(shou)指法"測(cè)(ce)量生魚(yu)片的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)以了解(jie)其彈(dan)性是否適合(he)進(jìn)一步加(jia)工。在圖7c 中(zhong), 隨著模型填充(chong)度的上升(sheng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品(pin)的彈性從(cong)0.41±0.06 上升到了0.58±0.03, 并且(qie)接近本次測(cè)量(liang)的三(san)文魚(yu)的彈性(0.61±0.03)。詳(xiang)細(xì)的(de)彈性數(shù)據(jù)(ju)對(duì)比如圖7f 所示(shi), 真實(shí)三文(wen)魚肉的(de)彈性和500-70%的產(chǎn)品(pin)無(wú)顯著性差(cha)異, 表明(ming)通過(guo)精細(xì)化打(da)印和調(diào)控模(mo)型填充度, 可(ke)以對(duì)三文魚的(de)質(zhì)構(gòu), 例如(ru)彈性進(jìn)行(xing)還原。
綜上, 通過不同(tong)噴頭對(duì)不(bu)同填充度的模(mo)型進(jìn)行(xing)打印(yin)可以對(duì)(dui)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)進(jìn)(jin)行調(diào)(diao)控, 以(yi)接近真實(shí)三文(wen)魚的(de)質(zhì)構(gòu),比如(ru)粘性和彈性; 且(qie)對(duì)于(yu)40%填充(chong)度的(de)模型, 使用(yong)更高精度(du)的350 μm 噴頭(tou)相較(jiao)于500 μm 噴頭, 提高(gao)了產(chǎn)(chan)品的內(nèi)部(bu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)(wen)定性和質(zhì)構(gòu)特(te)性。
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基于高精(jing)度3D 打印(yin)的三文魚植(zhi)物基替(ti)代物(wu)研究