暨南大学:3D打印高油卡仕达酱:乳清分离蛋白、羟丙基淀粉和卡拉胶对打印性能的影响

3D打印科研前沿
2022
01/13
13:48
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来源: 食研私享

卡仕达酱(Custard cream)是一种典型的水包油O/W乳化液系统,已广泛应用于奶油泡芙、糕点和蛋糕等各种食品中,一般将其涂抹在表面或作为馅料用来丰富产品的外观、风味和口感。卡仕达酱是将原料与水混合并加热得到粘稠的浆液,冷却后变成半固体凝胶而制成。卡仕达酱的这种半固态结构使其成为一种适合3D打印的潜在食品。
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然而,随着油含量的增加,卡仕达酱在储存过程中容易发生乳液不稳定,因此在卡仕达酱中加入高比例的液体油是一个挑战。目前,对油含量高达20%的卡仕达酱的研究还很少。

2021年12月30日,暨南大学食品科学与工程系的研究人员开发了含油量高达20%的卡仕达酱,并揭示了卡仕达酱中各成分对其3D打印性能的影响。相关研究成果以“3D printed high oil custard cream: Effects of whey protein isolate, hydroxypropylated starch and carrageenan on physicochemical properties and printing performance(3D打印高油卡仕达酱:乳清分离蛋白、羟丙基淀粉和卡拉胶对理化性质和打印性能的影响)”为题发表在食品专业领域Top期刊LWT-Food Science and Technology (IF:4.952)上。

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首先,研究人员制备了含有不同乳清分离蛋白(WPI)、羟丙基淀粉和卡拉胶含量的卡仕达酱配方油墨(下图)。

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不同乳清分离蛋白(WPI)、羟丙基淀粉和卡拉胶含量的卡仕达酱配方

紧接着,研究人员将上述配方的卡仕达酱进行注射器挤出式3D打印,3D打印工艺参数如下图所示。

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3D打印工艺参数

打印速度和挤出速率对可打印性影响的研究结果显示,打印速度和挤出速率是影响3D打印过程中材料沉积和形状保真度保持的关键参数。为了获得精确的3D打印图案,需要对打印速度和挤出速度进行适当调整。当打印速度固定在100mm/s时,研究人员经过数次调整挤出速度,最终将挤出速率提高到100和110mm/s时,得到了打印质量较高的心形和花形。

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打印速度(PS)、挤出速率(ER)对卡仕达酱可打印性的影响

卡仕达酱成分对可打印性影响的研究结果显示,当WPI/羟丙基淀粉和卡拉胶的总含量分别保持在6%和0.5%时,改变卡仕达酱中WPI/羟丙基淀粉的比例不会影响其打印性能。在WPI/羟丙基淀粉总浓度分别为3%和6%(配方W1.8%H1.2%C0.5%和W3.6% H2.4%C0.5%)时,卡仕达酱打印质量较好。

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不同乳清分离蛋白(WPI)、羟丙基淀粉和卡拉胶含量(PS:印刷速度,ER:挤出速率)的卡仕达酱可打印性

最后,研究人员分析了微观结构与可打印性之间的相关性。乳清分离蛋白(WPI)、羟丙基淀粉和卡拉胶是影响微观结构和可打印性的主要成分。其中,WPI作为乳化剂,羟丙基淀粉为增稠剂,卡拉胶为主要胶凝剂。通过调节WPI、羟丙基淀粉和卡拉胶的比例,可以调节卡仕达酱的微观结构,从而影响其理化性质,并最终影响其3D可打印性。并且所有的卡仕达酱配方在贮存一个月后均为稳定的水包油乳状液。

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卡仕达酱微观结构示意图及与3D可打印性的相关性

总而言之,这项研究开发了油含量高达20%的卡仕达酱,通过调整乳清分离蛋白、羟丙基淀粉和卡拉胶的含量及打印参数,实现了卡仕达酱的3D打印。在打印速度为100mm/s、挤出速度为100和110mm/s的条件下,可以成功打印出乳清分离蛋白/羟丙基淀粉总含量为3%~6%、卡拉胶含量为0.5%的卡仕达酱,并能较好地匹配所设计3D模型,并且所开发卡仕达酱在储存一个月后乳液依然稳定。该项研究成果将有助于开发具有3D可打印性的基于乳液的即食食品。

论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.113039


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