降低3D打印孔隙率能显著提高3D打印蔬菜产品冷冻贮藏后的产品品质

来源：食研私享

水果和蔬菜具有受环境因素影响的高生物差异和因其高水分含量导致的低粘度，可以被认为是最难用于3D打印的食品材料之一。然而，相比经脱水和冷冻干燥的果蔬粉，3D打印的新鲜蔬菜因含有微量亲水胶体更适合吞咽障碍的老年人。

果蔬由于水分含量较高，导致它们极易腐烂，因此一般采用冷冻对果蔬进行保鲜。冷冻是新鲜细胞食品中最常用的保鲜方法之一。冷冻过程中冰晶的形成是影响冷冻效率和冷冻产品品质的关键环节。影响冷冻产品品质的其他因素是植物组织的物理特性，如细胞间隙的孔隙率和组织孔隙率。解冻是冷冻过程的一个逆过程，对冷冻产品的质量和理化性质有很大影响。解冻后，冻融汁液流失和质地损失 (硬度损失) 使解冻后的产品品质恶化。冻融汁液流失率 (尤其是水果和蔬菜) 受冷冻过程中形成冰晶的大小、位置以及解冻速率的影响。

现阶段，3D打印可以实现通过设计填充密度来控制食品孔隙率这一结构特征，进而来降低食品冻融汁液流失率，提高食品解冻后的产品品质。

2021年12月10日，国内一项最新研究利用大白菜、胡萝卜粉和黄原胶组成的复合凝胶体系作为3D打印油墨，探讨了3D打印孔隙率对冻融汁液流失率的改善作用。研究结果显示，3D打印孔隙率对冻融汁液流失率有显著影响(P<0.05)，并且孔隙率越大，冻融汁液流失率越大。

该研究由江南大学张慜教授团队完成，相关研究成果以“Reducing freeze-thaw drip loss of mixed vegetable gel by 3D printing porosity (通过3D打印孔隙率来降低复合蔬菜凝胶冻融汁液流失率)”为题发表在食品专业领域Top期刊Innovative Food Science & Emerging Technologies (IF：5.916) 上。

研究人员首先按一定质量比制备了大白菜泥：胡萝卜粉：黄原胶(84：14：2)食品凝胶油墨。然后将填充密度设置为打印参数，用来改变打印样品的孔隙率。当填充密度(%)为20、40、60、80和100时，孔隙率(%)分别为54.97±0.16、38.25±0.53、21.82±0.54、1.06±0.02和0±0。

设计了不同填充密度的模型和3D打印样品。A：设计的模型；B：天然3D打印样品；C：冻融3D打印样品。

接着研究人员将不同孔隙率的3D打印蔬菜样品在-80℃超低温冰箱中冷冻8h，之后再在室温(25±1℃)下进行解冻4h，以此来计算解冻后的3D打印蔬菜汁液流失率。结果显示，不同孔隙率3D打印样品的冻融汁液流失率差异显著(P<0.05)。随着孔隙率的增加，冻融汁液流失率(%)增加，分别为5.06±0.10、5.49±0.11、7.17±0.14、7.92±0.17和9.02±0.16。低场核磁共振(LF-NMR)测定的水分分布结果进一步证实，孔隙率越大，冻融汁液流失率越大。

冻融汁液流失率与孔隙率的关系。

此外，研究人员还研究了不同填充密度的3D打印复合蔬菜凝胶冻融前后的可打印性、保真度和质构特性，以及天然复合凝胶和冻融打印样品的颜色。

总而言之，这项研究表明，在3D打印过程中可以通过适当增加填充密度来减少产品孔隙率，而不需要其他设备进行后处理。对于新鲜果蔬等水分含量较高的3D打印材料的冷冻贮藏，可以通过提高填充密度来降低打印样品的孔隙率进而降低冻融汁液流失率。换而言之，通过降低3D打印孔隙率能显著提高3D打印蔬菜冷冻贮藏后的产品品质。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ifset.2021.102893