降低3D打印孔隙率能顯著提高3D打印蔬菜產(chǎn)品冷凍貯藏后的產(chǎn)品品質(zhì)

來源：食研私享

水果和蔬菜具有受環(huán)境因素影響的高生物差異和因其高水分含量導致的低粘度，可以被認為是最難用于3D打印的食品材料之一。然而，相比經(jīng)脫水和冷凍干燥的果蔬粉，3D打印的新鮮蔬菜因含有微量親水膠體更適合吞咽障礙的老年人。

果蔬由于水分含量較高，導致它們極易腐爛，因此一般采用冷凍對果蔬進行保鮮。冷凍是新鮮細胞食品中最常用的保鮮方法之一。冷凍過程中冰晶的形成是影響冷凍效率和冷凍產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。影響冷凍產(chǎn)品品質(zhì)的其他因素是植物組織的物理特性，如細胞間隙的孔隙率和組織孔隙率。解凍是冷凍過程的一個逆過程，對冷凍產(chǎn)品的質(zhì)量和理化性質(zhì)有很大影響。解凍后，凍融汁液流失和質(zhì)地損失 (硬度損失) 使解凍后的產(chǎn)品品質(zhì)惡化。凍融汁液流失率 (尤其是水果和蔬菜) 受冷凍過程中形成冰晶的大小、位置以及解凍速率的影響。

現(xiàn)階段，3D打印可以實現(xiàn)通過設計填充密度來控制食品孔隙率這一結(jié)構(gòu)特征，進而來降低食品凍融汁液流失率，提高食品解凍后的產(chǎn)品品質(zhì)。

2021年12月10日，國內(nèi)一項最新研究利用大白菜、胡蘿卜粉和黃原膠組成的復合凝膠體系作為3D打印油墨，探討了3D打印孔隙率對凍融汁液流失率的改善作用。研究結(jié)果顯示，3D打印孔隙率對凍融汁液流失率有顯著影響(P<0.05)，并且孔隙率越大，凍融汁液流失率越大。

該研究由江南大學張慜教授團隊完成，相關(guān)研究成果以“Reducing freeze-thaw drip loss of mixed vegetable gel by 3D printing porosity (通過3D打印孔隙率來降低復合蔬菜凝膠凍融汁液流失率)”為題發(fā)表在食品專業(yè)領(lǐng)域Top期刊Innovative Food Science & Emerging Technologies (IF：5.916) 上。

研究人員首先按一定質(zhì)量比制備了大白菜泥：胡蘿卜粉：黃原膠(84：14：2)食品凝膠油墨。然后將填充密度設置為打印參數(shù)，用來改變打印樣品的孔隙率。當填充密度(%)為20、40、60、80和100時，孔隙率(%)分別為54.97±0.16、38.25±0.53、21.82±0.54、1.06±0.02和0±0。

設計了不同填充密度的模型和3D打印樣品。A：設計的模型；B：天然3D打印樣品；C：凍融3D打印樣品。

接著研究人員將不同孔隙率的3D打印蔬菜樣品在-80℃超低溫冰箱中冷凍8h，之后再在室溫(25±1℃)下進行解凍4h，以此來計算解凍后的3D打印蔬菜汁液流失率。結(jié)果顯示，不同孔隙率3D打印樣品的凍融汁液流失率差異顯著(P<0.05)。隨著孔隙率的增加，凍融汁液流失率(%)增加，分別為5.06±0.10、5.49±0.11、7.17±0.14、7.92±0.17和9.02±0.16。低場核磁共振(LF-NMR)測定的水分分布結(jié)果進一步證實，孔隙率越大，凍融汁液流失率越大。

凍融汁液流失率與孔隙率的關(guān)系。

此外，研究人員還研究了不同填充密度的3D打印復合蔬菜凝膠凍融前后的可打印性、保真度和質(zhì)構(gòu)特性，以及天然復合凝膠和凍融打印樣品的顏色。

總而言之，這項研究表明，在3D打印過程中可以通過適當增加填充密度來減少產(chǎn)品孔隙率，而不需要其他設備進行后處理。對于新鮮果蔬等水分含量較高的3D打印材料的冷凍貯藏，可以通過提高填充密度來降低打印樣品的孔隙率進而降低凍融汁液流失率。換而言之，通過降低3D打印孔隙率能顯著提高3D打印蔬菜冷凍貯藏后的產(chǎn)品品質(zhì)。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.ifset.2021.102893