浙江大學：可可脂如何提高植物肉3D打印性能？

來源： 食研私享

對于中國市場，“植物基”不再是一個新概念。在植物性飲食風潮的影響下，“植物基食品”和“Plant-成分的食物”應運而生，并專門指以植物原料為基礎(chǔ)創(chuàng)建的新食品或飲料產(chǎn)品。

植物肉以優(yōu)質(zhì)植物蛋白為主要原料，其中大豆蛋白和小麥面筋蛋白具有模擬肉類質(zhì)地和營養(yǎng)的獨特能力，是植物肉生產(chǎn)中應用最廣泛的植物蛋白。目前，植物肉的生產(chǎn)主要通過擠壓技術(shù)和3D打印技術(shù)實現(xiàn)。然而，基于大豆蛋白和小麥面筋蛋白的3D打印材料尚未被開發(fā)。

2021年11月19日，為了填補上述空白，國內(nèi)一項最新研究分析了植物肉加工過程中熱敏可可脂對大豆蛋白和面筋蛋白基凝膠3D打印的影響。研究結(jié)果顯示，熱敏可可脂的加入提高了植物蛋白基凝膠材料的流動性和3D結(jié)構(gòu)的保形性。

該研究由浙江大學的研究人員完成，相關(guān)研究成果以“3D Printing of Soy Protein-and Gluten-Based Gels Facilitated by Thermosensitive Cocoa Butter in a Model Study(熱敏可可脂促進大豆蛋白和面筋蛋白凝膠3D打印的模型研究)”為題發(fā)表在國際期刊ACS Food Science & Technology上。

可可脂(cocoa butter)是一種非常獨特的天然植物固體脂肪，是制作純脂巧克力的理想專用油脂，其熔點略低于人體體溫，可用于3D打印中提高可塑性和成型性。

一開始，研究人員將制備植物肉的原料(包含海藻酸鈉、吐溫-80、可可脂、香菇粉、小麥面筋蛋白、大豆分離蛋白或豌豆蛋白、淀粉)調(diào)配成不同比例的糊狀物，然后裝入食品3D打印機專用料筒后進行擠出式3D打印測試。

其中不含可可脂的配方無法連續(xù)擠出，擠出成型性較差(下圖a和b)；不含吐溫-80的配方雖然具有合適的擠出成型性，但打印成型性不好(下圖c和d)。

不含可可脂的配方和不含吐溫-80的配方的擠出成形性和打印成型性

擠出成型性研究表明，配方1-5(見下表格)添加可可脂(2.5-7.5g/108g)、海藻酸鈉(1.7g/108g)和淀粉(小麥淀粉、玉米淀粉或馬鈴薯淀粉）適合于線型擠出(對應下圖a-e擠出成型性)。

3D打印材料配方的組成

不同配方材料的擠出成型性(其中a-j分別對應上述配方1-10)

由于可可脂的熱敏性，3D打印溫度對凝膠材料的打印成型性至關(guān)重要。因此，研究人員在獲得了良好擠出成型性的配方前提下，并在不同的打印溫度(30、45、60℃)下，研究這些配方的3D打印成型性。

研究結(jié)果顯示，3D打印樣品在30°C下的3D打印成型性較差，研究人員推測這是由于打印溫度低于可可脂的熔點(34-38°C)，從而阻礙了油墨擠出過程中的流動性。而較高的打印溫度(45°C或60°C)可使油墨具有良好的流動性和3D打印成型性，并且在60°C下打印的樣品的成型性略好于45°C下打印的樣品。

可可脂的添加量為2.5-5.0g/108g時(下圖a、b)，3D打印過程較順暢，并具有良好的成型性。但是，過量的可可脂會顯著降低3D打印成型性，這是由于過量可可脂會導致凝膠凝固過快從而使凝膠擠絲不連續(xù)甚至堵頭，會間接導致3D打印性能變差。

不同溫度下各配方的3D打印成型性(a-f分別對應于上述配方1-5和8；數(shù)字1、2、3分別代表在60、45和30℃預熱打印)

另外，研究人員還對植物肉3D打印樣品的的微觀形態(tài)、質(zhì)構(gòu)和化學成分進行了分析。

綜上所述，這項研究表明，添加適量的可可脂、吐溫-80和海藻酸鈉對實現(xiàn)植物肉優(yōu)良的3D打印性能至關(guān)重要。熱敏可可脂在打印溫度高于室溫的3D打印過程中為植物肉油墨提供了流動性，并在室溫下凝固后能夠保持3D形狀。因此，在添加熱敏可可脂合適的配方下，我們可以通過控制打印溫度來調(diào)節(jié)植物肉油墨的流動性。

基于這一原理，熱敏油脂在食品3D打印領(lǐng)域中的作用值得我們進一步探索，未來也可能作為提高其他食用3D打印油墨的流動性和保形性的潛在助劑。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsfoodscitech.1c00311