基于胡芦巴胶和亚麻籽蛋白的特殊造型和功能幼儿食品的3D打印研究

来源： 科学私享

江南大学张慜教授团队在国际期刊《International Journal of Biological Macromolecules》(Q1，IF: 8.2) 发表题为“Investigation of 3D printing of toddler foods with special shape and function based on fenugreek gum and flaxseed protein”的研究性论文。江南大学硕士研究生牛东乐为第一作者，通讯作者为江南大学食品资源与综合利用研究所张慜教授。
近年来，吞咽困难饮食变得越来越重要，特别是对于幼儿、老年人和残疾患者。一般来说，幼儿的食物需要有诱人的外表，而大部分易吞咽食品呈现为易于咀嚼和可安全吞咽泥状食物或是增稠的液体，这些食物外观不具有吸引力，很难激起食用者的食欲。食品3D打印是一种新兴的食品制造技术，具有个性化定制、自动化和改进产品功能等显着优势，因此，食品3D打印技术非常适合生产此类食品。在这项研究中，通过食品3D打印技术生产的以玉米、亚麻籽蛋白（FP）、葫芦巴胶（FGG）为原料的幼儿食品，具有吸引幼儿的外观和优异的吞咽性能。对配方油墨的流变特性、水分分布状态、傅里叶红外测试、质构和风味进行了表征。另外，还评估了各配方油墨的3D打印性能。最后，通过国际吞咽障碍食物标准行动委员会（IDDSI）提供的测试方法和标准对打印产品的吞咽性能进行了评估。

研究亮点

食品3D打印用于开发基于玉米的幼儿易吞咽饮食。

利用胡芦巴胶和亚麻籽蛋白改善打印油墨的打印性能和吞咽性能。

含0.8%的胡芦巴胶和5%的亚麻籽蛋白的油墨是开发3D打印易吞咽饮食的理想选择。

实现了复杂模型的高精度打印。


研究结论
评价了亚麻籽蛋白（FP）和葫芦巴胶（FGG）作为质构改良剂对以玉米粉为主要成分的3D打印食品的适用性。

流变学结果表明，适量的FP（5%，w/w）可以有效降低打印油墨的粘度和硬度，有利于开发易吞咽饮食。

FGG限制了打印油墨体系的自由水含量，而FP促进了打印油墨的水分从自由水到结合水和半结合水的过渡。

傅里叶红外测试结果显示，FP会削弱打印油墨的氢键强度，但对油墨体系的形成非常重要。

含有5%FP和0.8%FGG的油墨配方在IDDSI框架的叉子按压、叉子滴漏和勺子倾斜实验中表现良好，可以被归类为5级易切碎和湿润易吞咽食品，同时该配方油墨具有优异的打印性能，适合高精度特殊造型幼儿易吞咽食品的开发。

蛋白质会赋予打印产品独特的风味，但较高的FP（20%，w/w）含量对打印油墨的风味带来了负面影响。

然而，这项研究侧重于亲水胶体和蛋白质对打印油墨的单独影响，它们的协同作用需要进一步考虑。此外，这项工作通过实验室规模的3D打印机进行操作，未来的研究有望将工艺放大到中试和大试。

图1. 打印油墨制备示意图


图2. 不同配方打印油墨的储能模量G'（A）、损耗模量G''（B）、复合模量G*（C）

图3. 不同油墨样品的粘度（A）、tanδ（B）、振荡应力分布（C）和屈服应力（D）

图4. 不同配方打印油墨样品的蠕变响应


图5. 不同配方打印油墨样品的水分分布，T2曲线（A）和T2峰面积百分比（B）


图6. 不同配方打印油墨样品的FTIR光谱


图7. 不同配方打印样品的质构特性（A）硬度；（B）胶着性；（C）粘附性；（D）内聚性

图8.（A）不同油墨配方的3D打印样品；（B） 使用含5%FP的油墨的特殊造型3D打印样品（玫瑰、玛雅金字塔、乌龟、蜂窝、花朵、特殊房屋、瓢虫、桥梁）


图9. 不同配方打印样品的打印尺寸偏差


图10. 不同配方样品的IDDSI试验（叉压试验、叉滴试验和勺子倾斜试验）


图11. 不同打印样品的风味变化（A）；打印样品风味结果的主成分分析（B）

原文链接

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