浙江大學(xué)：可可脂如何提高植物肉3D打印性能？

來源： 食研私享

對(duì)于中國市場(chǎng)，“植物基”不再是一個(gè)新概念。在植物性飲食風(fēng)潮的影響下，“植物基食品”和“Plant-成分的食物”應(yīng)運(yùn)而生，并專門指以植物原料為基礎(chǔ)創(chuàng)建的新食品或飲料產(chǎn)品。

植物肉以優(yōu)質(zhì)植物蛋白為主要原料，其中大豆蛋白和小麥面筋蛋白具有模擬肉類質(zhì)地和營養(yǎng)的獨(dú)特能力，是植物肉生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的植物蛋白。目前，植物肉的生產(chǎn)主要通過擠壓技術(shù)和3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)。然而，基于大豆蛋白和小麥面筋蛋白的3D打印材料尚未被開發(fā)。

2021年11月19日，為了填補(bǔ)上述空白，國內(nèi)一項(xiàng)最新研究分析了植物肉加工過程中熱敏可可脂對(duì)大豆蛋白和面筋蛋白基凝膠3D打印的影響。研究結(jié)果顯示，熱敏可可脂的加入提高了植物蛋白基凝膠材料的流動(dòng)性和3D結(jié)構(gòu)的保形性。

該研究由浙江大學(xué)的研究人員完成，相關(guān)研究成果以“3D Printing of Soy Protein-and Gluten-Based Gels Facilitated by Thermosensitive Cocoa Butter in a Model Study(熱敏可可脂促進(jìn)大豆蛋白和面筋蛋白凝膠3D打印的模型研究)”為題發(fā)表在國際期刊ACS Food Science & Technology上。

可可脂(cocoa butter)是一種非常獨(dú)特的天然植物固體脂肪，是制作純脂巧克力的理想專用油脂，其熔點(diǎn)略低于人體體溫，可用于3D打印中提高可塑性和成型性。

一開始，研究人員將制備植物肉的原料(包含海藻酸鈉、吐溫-80、可可脂、香菇粉、小麥面筋蛋白、大豆分離蛋白或豌豆蛋白、淀粉)調(diào)配成不同比例的糊狀物，然后裝入食品3D打印機(jī)專用料筒后進(jìn)行擠出式3D打印測(cè)試。

其中不含可可脂的配方無法連續(xù)擠出，擠出成型性較差(下圖a和b)；不含吐溫-80的配方雖然具有合適的擠出成型性，但打印成型性不好(下圖c和d)。

不含可可脂的配方和不含吐溫-80的配方的擠出成形性和打印成型性

擠出成型性研究表明，配方1-5(見下表格)添加可可脂(2.5-7.5g/108g)、海藻酸鈉(1.7g/108g)和淀粉(小麥淀粉、玉米淀粉或馬鈴薯淀粉）適合于線型擠出(對(duì)應(yīng)下圖a-e擠出成型性)。

3D打印材料配方的組成

不同配方材料的擠出成型性(其中a-j分別對(duì)應(yīng)上述配方1-10)

由于可可脂的熱敏性，3D打印溫度對(duì)凝膠材料的打印成型性至關(guān)重要。因此，研究人員在獲得了良好擠出成型性的配方前提下，并在不同的打印溫度(30、45、60℃)下，研究這些配方的3D打印成型性。

研究結(jié)果顯示，3D打印樣品在30°C下的3D打印成型性較差，研究人員推測(cè)這是由于打印溫度低于可可脂的熔點(diǎn)(34-38°C)，從而阻礙了油墨擠出過程中的流動(dòng)性。而較高的打印溫度(45°C或60°C)可使油墨具有良好的流動(dòng)性和3D打印成型性，并且在60°C下打印的樣品的成型性略好于45°C下打印的樣品。

可可脂的添加量為2.5-5.0g/108g時(shí)(下圖a、b)，3D打印過程較順暢，并具有良好的成型性。但是，過量的可可脂會(huì)顯著降低3D打印成型性，這是由于過量可可脂會(huì)導(dǎo)致凝膠凝固過快從而使凝膠擠絲不連續(xù)甚至堵頭，會(huì)間接導(dǎo)致3D打印性能變差。

不同溫度下各配方的3D打印成型性(a-f分別對(duì)應(yīng)于上述配方1-5和8；數(shù)字1、2、3分別代表在60、45和30℃預(yù)熱打印)

另外，研究人員還對(duì)植物肉3D打印樣品的的微觀形態(tài)、質(zhì)構(gòu)和化學(xué)成分進(jìn)行了分析。

綜上所述，這項(xiàng)研究表明，添加適量的可可脂、吐溫-80和海藻酸鈉對(duì)實(shí)現(xiàn)植物肉優(yōu)良的3D打印性能至關(guān)重要。熱敏可可脂在打印溫度高于室溫的3D打印過程中為植物肉油墨提供了流動(dòng)性，并在室溫下凝固后能夠保持3D形狀。因此，在添加熱敏可可脂合適的配方下，我們可以通過控制打印溫度來調(diào)節(jié)植物肉油墨的流動(dòng)性。

基于這一原理，熱敏油脂在食品3D打印領(lǐng)域中的作用值得我們進(jìn)一步探索，未來也可能作為提高其他食用3D打印油墨的流動(dòng)性和保形性的潛在助劑。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsfoodscitech.1c00311