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(lái)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(dǎo)致的低粘度，可以被認(rèn)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(dǎo)致它們極易腐爛，因此一般采用冷凍對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮。冷凍是新鮮細(xì)胞食品中最常用的保鮮方法之一。冷凍過(guò)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(xì)胞間隙的孔隙率和組織孔隙率。解凍是冷凍過(guò)程的一個(gè)逆過(guò)程，對(duì)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?fù)p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(guò)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(shí)現(xiàn)通過(guò)設(shè)計(jì)填充密度來(lái)控制食品孔隙率這一結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而來(lái)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(guó)內(nèi)一項(xiàng)最新研究利用大白菜、胡蘿卜粉和黃原膠組成的復(fù)合凝膠體系作為3D打印油墨，探討了3D打印孔隙率對(duì)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(duì)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(xué)張慜教授團(tuán)隊(duì)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(guò)3D打印孔隙率來(lái)降低復(fù)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(shè)置為打印參數(shù)，用來(lái)改變打印樣品的孔隙率。當(dāng)填充密度(%)為20、40、60、80和100時(shí)，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(shè)計(jì)了不同填充密度的模型和3D打印樣品。A：設(shè)計(jì)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(jìn)行解凍4h，以此來(lái)計(jì)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(chǎng)核磁共振(LF-NMR)測(cè)定的水分分布結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，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(fù)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(fù)合凝膠和凍融打印樣品的顏色。

總而言之，這項(xiàng)研究表明，在3D打印過(guò)程中可以通過(guò)適當(dāng)增加填充密度來(lái)減少產(chǎn)品孔隙率，而不需要其他設(shè)備進(jìn)行后處理。對(duì)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(guò)提高填充密度來(lái)降低打印樣品的孔隙率進(jìn)而降低凍融汁液流失率。換而言之，通過(guò)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