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

來源： 科學私享

江南大學張慜教授團隊在國際期刊《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。江南大學碩士研究生牛東樂為第一作者，通訊作者為江南大學食品資源與綜合利用研究所張慜教授。
近年來，吞咽困難飲食變得越來越重要，特別是對于幼兒、老年人和殘疾患者。一般來說，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)，具有個性化定制、自動化和改進產(chǎn)品功能等顯著優(yōu)勢，因此，食品3D打印技術(shù)非常適合生產(chǎn)此類食品。在這項研究中，通過食品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和優(yōu)異的吞咽性能。對配方油墨的流變特性、水分分布狀態(tài)、傅里葉紅外測試、質(zhì)構(gòu)和風味進行了表征。另外，還評估了各配方油墨的3D打印性能。最后，通過國際吞咽障礙食物標準行動委員會（IDDSI）提供的測試方法和標準對打印產(chǎn)品的吞咽性能進行了評估。

研究亮點

食品3D打印用于開發(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發(fā)3D打印易吞咽飲食的理想選擇。

實現(xiàn)了復雜模型的高精度打印。


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

流變學結(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)合水的過渡。

傅里葉紅外測試結(jié)果顯示，F(xiàn)P會削弱打印油墨的氫鍵強度，但對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驗中表現(xiàn)良好，可以被歸類為5級易切碎和濕潤易吞咽食品，同時該配方油墨具有優(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發(fā)。

蛋白質(zhì)會賦予打印產(chǎn)品獨特的風味，但較高的FP（20%，w/w）含量對打印油墨的風味帶來了負面影響。

然而，這項研究側(cè)重于親水膠體和蛋白質(zhì)對打印油墨的單獨影響，它們的協(xié)同作用需要進一步考慮。此外，這項工作通過實驗室規(guī)模的3D打印機進行操作，未來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能模量G'（A）、損耗模量G''（B）、復合模量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（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、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（叉壓試驗、叉滴試驗和勺子傾斜試驗）


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

原文鏈接

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