上海騰拔質構儀相關論文：基於高精度3D 打印的三文魚植物基替代物研究

浙江大學生物係統工程與(yu) 食品科學學院研究人員在國內(nei) 期刊《食品安全質量檢測學報》發表了題為(wei) "基於(yu) 高精度3D 打印的三文魚植物基替代物研究"的研究論文。在該論文中，研究人員使用上海騰拔Universal TA質構儀(yi) 測定了三文魚排和3D 打印植物基替代物的硬度、粘性、彈性與(yu) 咀嚼性等指標。

摘 要: 目的 基於(yu) 高精度3D 打印技術研究三文魚植物基替代物。方法 以豌豆分離蛋白(pea protein isolate,PPI)、魔芋膠(konjac gum, KGM)和天然胡蘿卜粉為(wei) 原輔料, 進行精準3D 複合打印生產(chan) 模擬三文魚色澤、質構的植物基替代物。考察不同物料比例對油墨可打印性的影響; 選取有代表性的油墨配方, 對其流變特性、水分分布情況、微觀結構進行表征。結果 PPI 和KGM 濃度的升高都增強了體(ti) 係與(yu) 水結合的能力, 且PPI 濃度過高時(20%, m:m)影響了KGM 與(yu) 水結合形成穩定凝膠的能力。PPI15KGM5 配方可形成致密的網格結構, 增強了體(ti) 係的穩定性, 擁有良好的剪切恢複特性, 有利於(yu) 3D 打印; 而PPI20KGM3 配方具有更好的機械性能和結構強度, 但是由於(yu) PPI 濃度過高影響KGM 形成穩定凝膠結構, 其剪切恢複特性較差。流變學參數η、τy、G'、屈服應變及剪切恢複特性對油墨3D 打印過程影響顯著。結論 通過調整3D 打印精細化程度(350 μm 和500 μm)和模型填充度, 生產(chan) 了具有差異化質構的高蛋白含量(15%, m:m)產(chan) 品。其中, 部分產(chan) 品的粘性和彈性與(yu) 真實三文魚類似, 這為(wei) 開發3D 打印生產(chan) 植物基替代物提供了新的視角。

1、質構特性測試

通過流動自來水對三文魚排進行解凍, 恢複至室溫約30 min 後, 沿魚排順肌纖維纖維切下尺寸一致的樣品(2 cm×1 cm×1 cm)與(yu) 打印完成的不同打印精度與(yu) 模型填充度的立方體(ti) (2×1×1 cm)進行質地剖麵分析(texture profile analysis, TPA)測試。實驗條件為(wei) : 兩(liang) 次循環壓縮30%, 觸發力8 gf, 探頭移動速度為(wei) 1 mm/s。每組設置3 組及以上平行測試。

2、結果分析

注: a: 硬度; b: 粘性; c: 彈性; d: 咀嚼性; e: 膠著性; f 為(wei) 真實三文魚, 以及不同模型填充度條件下, 350 μm 和500 μm 噴頭打印的產(chan) 品彈性; 圖a~f 中不同大寫(xie) 字母表示組間差異顯著, P<0.05。

圖7 不同打印產(chan) 品的質地剖麵分析(a~e)和與(yu) 真實三文魚彈性的比較(f) (n=3)

為(wei) 了探究不同打印噴嘴的產(chan) 品的質構特性差異, 本研究進行了TPA 測試(圖7a~e), 並分別對350 μm 和500 μm的噴頭產(chan) 品進行顯著性分析(圖7f)。

硬度是壓縮樣品所需的力, 可以模仿人口腔對固體(ti) 或者半固體(ti) 的咀嚼情況[50]。在圖7a 中, 隨著模型填充度的上升, 500 μm 噴頭產(chan) 品的硬度從(cong) (59.3±25.3) gf 上升到了(137.4±19.2) gf, 填充度上升提高了打印硬度。但對於(yu) 350 μm 噴頭的產(chan) 品, 硬度並沒有上升, 且彼此之間並沒有顯著性差異, 不過填充度為(wei) 40%時, 350 μm 噴頭的產(chan) 品硬度大於(yu) 500 μm。咀嚼性(圖7d)和膠著性(圖7e)的結果與(yu) 硬度測量結果類似, 即500 μm 噴頭產(chan) 品的質構特性隨模型填充度上升而上升; 但是350 μm 噴頭的產(chan) 品基本沒有顯著性差異。不過, 在40%填充度時, 350 μm 噴頭的產(chan) 品的質構特性都顯著高於(yu) 500 μm, 這可能是精細化打印提高了產(chan) 品內(nei) 部結構的穩定性, 從(cong) 而改善質構特性。

粘性是克服樣品本身的粘性而消耗的能量, 代表著需要從(cong) 牙齒或者上顎去除粘附的食物所做的功。本研究中,隨著模型填充度上升, 350 μm 的噴頭產(chan) 品的粘性均呈現上升趨勢(圖7b), 從(cong) (3.92±1.68) gf-mm 升到(18.79±4.57) gf-mm。500-40%產(chan) 品的粘性[(12.59±0.75) gf-mm]接近真實三文魚的粘性[(13.19±3.97) gf-mm]。彈性是樣品去除形變後恢複到本來狀態的能力, 表現為(wei) 食物被牙齒咬後恢複到原狀的能力。且彈性和魚的新鮮程度關(guan) 聯性極大, 魚在屠宰、冰凍或者腐敗後, 彈性都會(hui) 有一定程度的下降。工業(ye) 中, 工人通常使用“手指法"測量生魚片的質構以了解其彈性是否適合進一步加工。在圖7c 中, 隨著模型填充度的上升, 500 μm 噴頭產(chan) 品的彈性從(cong) 0.41±0.06 上升到了0.58±0.03, 並且接近本次測量的三文魚的彈性(0.61±0.03)。詳細的彈性數據對比如圖7f 所示, 真實三文魚肉的彈性和500-70%的產(chan) 品無顯著性差異, 表明通過精細化打印和調控模型填充度, 可以對三文魚的質構, 例如彈性進行還原。

綜上, 通過不同噴頭對不同填充度的模型進行打印可以對產(chan) 品的質構進行調控, 以接近真實三文魚的質構,比如粘性和彈性; 且對於(yu) 40%填充度的模型, 使用更高精度的350 μm 噴頭相較於(yu) 500 μm 噴頭, 提高了產(chan) 品的內(nei) 部結構穩定性和質構特性。

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