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
時間：2023-11-07 11:03 來源：科學私享 作者：admin 閱讀：次
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，具有個性化定制、自動化和改進產品功能等顯著優勢，因此，食品3D打印技術非常適合生產此類食品。在這項研究中，通過食品3D打印技術生產的以玉米、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異的吞咽性能。對配方油墨的流變特性、水分分布狀態、傅里葉紅外測試、質構和風味進行了表征。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品的吞咽性能進行了評估。
研究亮點
食品3D打印用于開發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3D打印易吞咽飲食的理想選擇。
實現了復雜模型的高精度打印。
研究結論
評價了亞麻籽蛋白（FP）和葫蘆巴膠（FGG）作為質構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合水和半結合水的過渡。
傅里葉紅外測試結果顯示，FP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。
蛋白質會賦予打印產品獨特的風味，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。
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）、振蕩應力分布（C）和屈服應力（D）
圖4. 不同配方打印油墨樣品的蠕變響應
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構特性（A）硬度；（B）膠著性；（C）粘附性；（D）內聚性
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）；打印樣品風味結果的主成分分析（B）
原文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.127203
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，具有個性化定制、自動化和改進產品功能等顯著優勢，因此，食品3D打印技術非常適合生產此類食品。在這項研究中，通過食品3D打印技術生產的以玉米、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異的吞咽性能。對配方油墨的流變特性、水分分布狀態、傅里葉紅外測試、質構和風味進行了表征。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品的吞咽性能進行了評估。
研究亮點
食品3D打印用于開發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3D打印易吞咽飲食的理想選擇。
實現了復雜模型的高精度打印。
研究結論
評價了亞麻籽蛋白（FP）和葫蘆巴膠（FGG）作為質構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合水和半結合水的過渡。
傅里葉紅外測試結果顯示，FP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。
蛋白質會賦予打印產品獨特的風味，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，這項研究側重于親水膠體和蛋白質對打印油墨的單獨影響，它們的協同作用需要進一步考慮。此外，這項工作通過實驗室規模的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）、振蕩應力分布（C）和屈服應力（D）
圖4. 不同配方打印油墨樣品的蠕變響應
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構特性（A）硬度；（B）膠著性；（C）粘附性；（D）內聚性
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）；打印樣品風味結果的主成分分析（B）
原文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.127203
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