基于胡蘆巴膠和亞麻籽蛋白的特殊造型和功能幼兒食品的3D打印研究

來(lái)源： 科學(xué)私享

江南大學(xué)張慜教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》(Q1，IF: 8.2) 發(fā)表題為“Investigation of 3D printing of toddler foods with special shape and function based on fenugreek gum and flaxseed protein”的研究性論文。江南大學(xué)碩士研究生牛東樂(lè)為第一作者，通訊作者為江南大學(xué)食品資源與綜合利用研究所張慜教授。
近年來(lái)，吞咽困難飲食變得越來(lái)越重要，特別是對(duì)于幼兒、老年人和殘疾患者。一般來(lái)說(shuō)，幼兒的食物需要有誘人的外表，而大部分易吞咽食品呈現(xiàn)為易于咀嚼和可安全吞咽泥狀食物或是增稠的液體，這些食物外觀(guān)不具有吸引力，很難激起食用者的食欲。食品3D打印是一種新興的食品制造技術(shù)，具有個(gè)性化定制、自動(dòng)化和改進(jìn)產(chǎn)品功能等顯著優(yōu)勢(shì)，因此，食品3D打印技術(shù)非常適合生產(chǎn)此類(lèi)食品。在這項(xiàng)研究中，通過(guò)食品3D打印技術(shù)生產(chǎn)的以玉米、亞麻籽蛋白（FP）、葫蘆巴膠（FGG）為原料的幼兒食品，具有吸引幼兒的外觀(guān)和優(yōu)異的吞咽性能。對(duì)配方油墨的流變特性、水分分布狀態(tài)、傅里葉紅外測(cè)試、質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味進(jìn)行了表征。另外，還評(píng)估了各配方油墨的3D打印性能。最后，通過(guò)國(guó)際吞咽障礙食物標(biāo)準(zhǔn)行動(dòng)委員會(huì)（IDDSI）提供的測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)打印產(chǎn)品的吞咽性能進(jìn)行了評(píng)估。

研究亮點(diǎn)

食品3D打印用于開(kāi)發(fā)基于玉米的幼兒易吞咽飲食。

利用胡蘆巴膠和亞麻籽蛋白改善打印油墨的打印性能和吞咽性能。

含0.8%的胡蘆巴膠和5%的亞麻籽蛋白的油墨是開(kāi)發(fā)3D打印易吞咽飲食的理想選擇。

實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜模型的高精度打印。


研究結(jié)論
評(píng)價(jià)了亞麻籽蛋白（FP）和葫蘆巴膠（FGG）作為質(zhì)構(gòu)改良劑對(duì)以玉米粉為主要成分的3D打印食品的適用性。

流變學(xué)結(jié)果表明，適量的FP（5%，w/w）可以有效降低打印油墨的粘度和硬度，有利于開(kāi)發(fā)易吞咽飲食。

FGG限制了打印油墨體系的自由水含量，而FP促進(jìn)了打印油墨的水分從自由水到結(jié)合水和半結(jié)合水的過(guò)渡。

傅里葉紅外測(cè)試結(jié)果顯示，F(xiàn)P會(huì)削弱打印油墨的氫鍵強(qiáng)度，但對(duì)油墨體系的形成非常重要。

含有5%FP和0.8%FGG的油墨配方在IDDSI框架的叉子按壓、叉子滴漏和勺子傾斜實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)良好，可以被歸類(lèi)為5級(jí)易切碎和濕潤(rùn)易吞咽食品，同時(shí)該配方油墨具有優(yōu)異的打印性能，適合高精度特殊造型幼兒易吞咽食品的開(kāi)發(fā)。

蛋白質(zhì)會(huì)賦予打印產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，但較高的FP（20%，w/w）含量對(duì)打印油墨的風(fēng)味帶來(lái)了負(fù)面影響。

然而，這項(xiàng)研究側(cè)重于親水膠體和蛋白質(zhì)對(duì)打印油墨的單獨(dú)影響，它們的協(xié)同作用需要進(jìn)一步考慮。此外，這項(xiàng)工作通過(guò)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的3D打印機(jī)進(jìn)行操作，未來(lái)的研究有望將工藝放大到中試和大試。

圖1. 打印油墨制備示意圖


圖2. 不同配方打印油墨的儲(chǔ)能模量G'（A）、損耗模量G''（B）、復(fù)合模量G*（C）

圖3. 不同油墨樣品的粘度（A）、tanδ（B）、振蕩應(yīng)力分布（C）和屈服應(yīng)力（D）

圖4. 不同配方打印油墨樣品的蠕變響應(yīng)


圖5. 不同配方打印油墨樣品的水分分布，T2曲線(xiàn)（A）和T2峰面積百分比（B）


圖6. 不同配方打印油墨樣品的FTIR光譜


圖7. 不同配方打印樣品的質(zhì)構(gòu)特性（A）硬度；（B）膠著性；（C）粘附性；（D）內(nèi)聚性

圖8.（A）不同油墨配方的3D打印樣品；（B） 使用含5%FP的油墨的特殊造型3D打印樣品（玫瑰、瑪雅金字塔、烏龜、蜂窩、花朵、特殊房屋、瓢蟲(chóng)、橋梁）


圖9. 不同配方打印樣品的打印尺寸偏差


圖10. 不同配方樣品的IDDSI試驗(yàn)（叉壓試驗(yàn)、叉滴試驗(yàn)和勺子傾斜試驗(yàn)）


圖11. 不同打印樣品的風(fēng)味變化（A）；打印樣品風(fēng)味結(jié)果的主成分分析（B）

原文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.127203