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更(gēng)新時(shí)間：2023-06-29
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浙(zhè)江(jiāng)大學生物係(xì)統(tǒng)工(gōng)程與食品科(kē)學學(xué)院(yuàn)研究人(rén)員(yuán)在(zài)國(guó)內期(qī)刊(kān)《食品(pǐn)安(ān)全質量(liáng)檢(jiǎn)測(cè)學報(bào)》發表了題(tí)為(wéi)"基(jī)於高精度(dù)3D 打印(yìn)的三(sān)文魚(yú)植物(wù)基替代物(wù)研究"的研究論文。在該論文中(zhōng)，研究人(rén)員(yuán)使(shǐ)用(yòng)上(shàng)海(hǎi)騰(téng)拔(bá)Universal TA質構儀(yí)測(cè)定了(liǎo)三文魚(yú)排和(hé)3D 打印(yìn)植(zhí)物基(jī)替(tì)代物的(dí)硬(yìng)度，粘性，彈性與咀嚼性等指(zhǐ)標(biāo)。
摘(zhāi) 要: 目的 基(jī)於高(gāo)精度(dù)3D 打印(yìn)技(jì)術研究三文(wén)魚(yú)植物基(jī)替代(dài)物(wù)。方法(fǎ) 以豌(wān)豆分離蛋白(bái)(pea protein isolate,PPI)，魔芋膠(konjac gum, KGM)和(hé)天(tiān)然(rán)胡蘿卜粉為原輔(fǔ)料, 進(jìn)行精(jīng)準3D 復合打印生產模(mó)擬三文(wén)魚色(sè)澤，質(zhì)構的植(zhí)物(wù)基(jī)替代(dài)物(wù)。考(kǎo)察(chá)不同(tóng)物料(liào)比例(lì)對油(yóu)墨可打印(yìn)性的影響(xiǎng); 選(xuǎn)取有代表(biǎo)性的油墨(mò)配(pèi)方(fāng), 對其流變特(tè)性(xìng)，水分分(fēn)布情況，微(wēi)觀(guān)結構(gòu)進(jìn)行表(biǎo)征。結果 PPI 和(hé)KGM 濃(nóng)度的升高(gāo)都(dū)增強了體(tǐ)係(xì)與(yǔ)水結合的(dí)能(néng)力, 且(qiě)PPI 濃(nóng)度(dù)過(guò)高時(20%, m:m)影響了(liǎo)KGM 與(yǔ)水結合(hé)形成穩(wěn)定凝膠(jiāo)的(dí)能力。PPI15KGM5 配方(fāng)可形成(chéng)致密(mì)的網格(gé)結構, 增強(qiáng)了(liǎo)體係(xì)的穩定性(xìng), 擁有良好的剪切恢復特性, 有利於3D 打印; 而PPI20KGM3 配(pèi)方(fāng)具有更(gēng)好(hǎo)的機械性能(néng)和(hé)結構強度, 但(dàn)是(shì)由於(yú)PPI 濃(nóng)度(dù)過高(gāo)影(yǐng)響KGM 形(xíng)成穩定凝(níng)膠結構(gòu), 其(qí)剪切(qiē)恢(huī)復特性(xìng)較(jiào)差(chà)。流變(biàn)學(xué)參數η，τy，G'，屈服應變及剪(jiǎn)切(qiē)恢(huī)復特(tè)性對(duì)油(yóu)墨(mò)3D 打印過(guò)程影響顯著。結(jié)論(lùn) 通過調整3D 打(dǎ)印(yìn)精細(xì)化程(chéng)度(350 μm 和(hé)500 μm)和模(mó)型填(tián)充度(dù), 生(shēng)產了具有差(chà)異(yì)化質構的高蛋(dàn)白含量(liáng)(15%, m:m)產品。其中, 部(bù)分產品的(dí)粘性(xìng)和(hé)彈性與真(zhēn)實(shí)三文(wén)魚(yú)類似, 這為開發3D 打(dǎ)印(yìn)生產(chǎn)植(zhí)物基替代(dài)物(wù)提(tí)供了(liǎo)新的視角(jiǎo)。
1，質(zhì)構特性測(cè)試
通過(guò)流(liú)動自(zì)來(lái)水對(duì)三(sān)文(wén)魚排進行解凍, 恢(huī)復至室(shì)溫(wēn)約30 min 後, 沿(yán)魚(yú)排(pái)順(shùn)肌(jī)纖維(wéi)纖維切下尺寸一(yī)致(zhì)的樣品(pǐn)(2 cm×1 cm×1 cm)與(yǔ)打(dǎ)印完成(chéng)的(dí)不(bù)同打印精度(dù)與模(mó)型(xíng)填充(chōng)度的立(lì)方體(2×1×1 cm)進行質地剖麵(miàn)分析(texture profile analysis, TPA)測試(shì)。實(shí)驗條件(jiàn)為(wéi): 兩次循(xún)環(huán)壓(yā)縮30%, 觸發力8 gf, 探頭移(yí)動速度為(wéi)1 mm/s。每組設置3 組(zǔ)及(jí)以上(shàng)平(píng)行測(cè)試(shì)。
2，結(jié)果分析(xī)
注(zhù): a: 硬度(dù); b: 粘(nián)性; c: 彈(dàn)性; d: 咀(jǔ)嚼性; e: 膠(jiāo)著(zhuó)性; f 為(wéi)真實(shí)三(sān)文(wén)魚, 以(yǐ)及不(bù)同模型填充(chōng)度條件下, 350 μm 和500 μm 噴(pēn)頭打印的產品(pǐn)彈性; 圖(tú)a~f 中不(bù)同大寫(xiě)字(zì)母表示(shì)組間差異顯著(zhù), P<0.05。
圖7 不(bù)同(tóng)打印產(chǎn)品(pǐn)的質地(dì)剖麵(miàn)分析(a~e)和(hé)與(yǔ)真實(shí)三文魚(yú)彈性(xìng)的比(bǐ)較(f) (n=3)
為(wéi)了探究不同打印噴嘴(zuǐ)的產品(pǐn)的質構特(tè)性差異(yì), 本(běn)研究進(jìn)行(háng)了TPA 測(cè)試(圖7a~e), 並分別(bié)對350 μm 和500 μm的噴頭產品進(jìn)行顯著性分析(xī)(圖(tú)7f)。
硬度(dù)是(shì)壓(yā)縮樣品所(suǒ)需(xū)的(dí)力, 可以(yǐ)模仿(fǎng)人(rén)口腔對固(gù)體或者(zhě)半(bàn)固(gù)體(tǐ)的(dí)咀嚼(jiáo)情況(kuàng)[50]。在圖(tú)7a 中(zhōng), 隨(suí)著(zhuó)模型(xíng)填充度(dù)的(dí)上升, 500 μm 噴頭產品的硬度從(59.3±25.3) gf 上(shàng)升到(dào)了(liǎo)(137.4±19.2) gf, 填充度(dù)上升(shēng)提高了打(dǎ)印硬(yìng)度。但對於350 μm 噴頭(tóu)的產(chǎn)品(pǐn), 硬(yìng)度(dù)並(bìng)沒有上(shàng)升, 且彼此之(zhī)間並(bìng)沒(méi)有顯(xiǎn)著(zhù)性差異, 不(bù)過填(tián)充度為(wéi)40%時, 350 μm 噴(pēn)頭(tóu)的(dí)產品硬度大於(yú)500 μm。咀(jǔ)嚼(jiáo)性(xìng)(圖7d)和(hé)膠著(zhuó)性(xìng)(圖(tú)7e)的(dí)結(jié)果與硬度(dù)測量(liáng)結(jié)果(guǒ)類似, 即500 μm 噴頭產(chǎn)品的質(zhì)構特性隨模(mó)型填(tián)充(chōng)度(dù)上升而(ér)上(shàng)升; 但(dàn)是(shì)350 μm 噴(pēn)頭的(dí)產(chǎn)品基本(běn)沒有顯著(zhù)性差異(yì)。不(bù)過(guò), 在(zài)40%填(tián)充度(dù)時, 350 μm 噴頭的產品的(dí)質構特性都顯著(zhù)高(gāo)於500 μm, 這可能(néng)是(shì)精(jīng)細化打印(yìn)提高(gāo)了(liǎo)產品(pǐn)內部結構的(dí)穩定性(xìng), 從而(ér)改善質(zhì)構特(tè)性(xìng)。
粘(nián)性是克服樣(yàng)品(pǐn)本(běn)身的(dí)粘性(xìng)而(ér)消耗(hào)的能量, 代(dài)表著(zhuó)需(xū)要從牙(yá)齒(chǐ)或者上顎去(qù)除粘(nián)附的(dí)食物所做的(dí)功(gōng)。本研究中,隨著模型(xíng)填充(chōng)度上(shàng)升, 350 μm 的噴(pēn)頭產(chǎn)品的(dí)粘性均(jūn)呈現上(shàng)升(shēng)趨勢(圖7b), 從(3.92±1.68) gf-mm 升(shēng)到(dào)(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產品的粘(nián)性(xìng)[(12.59±0.75) gf-mm]接近(jìn)真實(shí)三文魚(yú)的粘(nián)性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈(dàn)性是(shì)樣品去除(chú)形變(biàn)後(hòu)恢(huī)復到本來狀(zhuàng)態的能力, 表(biǎo)現為食物被牙齒咬後恢(huī)復到原(yuán)狀的(dí)能(néng)力。且(qiě)彈性和魚的新鮮(xiān)程度關聯性極大(dà), 魚在屠(tú)宰(zǎi)，冰(bīng)凍(dòng)或(huò)者(zhě)腐敗後, 彈(dàn)性都會有一定(dìng)程度的下(xià)降。工業中, 工人(rén)通(tōng)常(cháng)使(shǐ)用(yòng)“手指(zhǐ)法"測(cè)量生(shēng)魚(yú)片的(dí)質(zhì)構以了(liǎo)解其(qí)彈(dàn)性(xìng)是(shì)否適合進一步(bù)加工(gōng)。在圖(tú)7c 中(zhōng), 隨著(zhuó)模型填充度的上(shàng)升(shēng), 500 μm 噴頭產(chǎn)品的彈性從0.41±0.06 上(shàng)升(shēng)到(dào)了(liǎo)0.58±0.03, 並(bìng)且(qiě)接(jiē)近本(běn)次(cì)測(cè)量(liáng)的(dí)三文魚的彈性(0.61±0.03)。詳細的彈(dàn)性數據對比(bǐ)如圖(tú)7f 所示, 真(zhēn)實(shí)三文(wén)魚肉的(dí)彈(dàn)性和(hé)500-70%的產品(pǐn)無顯(xiǎn)著性差異(yì), 表明通過(guò)精細化(huà)打(dǎ)印和(hé)調控模(mó)型填充度(dù), 可以(yǐ)對三文(wén)魚的質(zhì)構(gòu), 例如(rú)彈性(xìng)進行(háng)還原(yuán)。
綜上, 通過(guò)不同噴頭對(duì)不同(tóng)填充(chōng)度(dù)的模型進行打印(yìn)可(kě)以(yǐ)對產品的質(zhì)構進行調(tiáo)控, 以(yǐ)接近真實三(sān)文(wén)魚(yú)的(dí)質構(gòu),比如粘性(xìng)和彈性; 且(qiě)對於40%填充度(dù)的(dí)模(mó)型(xíng), 使用(yòng)更高精度(dù)的350 μm 噴(pēn)頭相(xiāng)較於(yú)500 μm 噴頭(tóu), 提高(gāo)了產(chǎn)品的內部(bù)結構穩定性和質構特性(xìng)。
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