西南大学张宇昊教授课题组在鱼糜3D打印领域取得进展
近日，西南大学川渝共建特色食品重庆市重点实验室张宇昊教授团队在国际权威期刊Food Hydrocolloids（SCI一区，IF 11.503）发表了题为“3D printing surimi enhanced by surface crosslinking based on dry-spraying transglutaminase, and its application in dysphagia diets”的研究论文，张宇昊教授、王洪霞讲师为本论文的通讯作者，朱俊成硕士为本论文的第一作者。
3D食品打印将食品逐层堆积，设计出质地、风味、形状和尺寸的定制产品，从而满足包括儿童、老人、孕妇、运动员、患者等在内的各种消费群体。吞咽障碍是由口咽或食道问题引起的吞咽困难，因此吞咽障碍饮食必须足够柔软，才能安全地咀嚼和吞咽。泥状、捣碎或浓稠液体状态的传统饮食视觉效果差、难以刺激食欲，说明迫切需要具有形状、柔软和营养特征的吞咽障碍饮食。用于吞咽障碍饮食的3D打印材料研究已有蔬菜泥、牛肉酱、黑木耳和猪肉等。然而，目前没有关于高质量、高形状保真度的3D打印鱼糜的吞咽障碍饮食的研究报道，这可能是难以同时满足吞咽障碍的特性和打印形状的保持性。鱼糜富含蛋白质和维生素，脂肪含量低，常用于生产鱼丸、鱼肠、仿海鲜产品。鱼糜的消费量在全球范围内持续增加，3D打印创新鱼糜可以进一步扩大食品在特殊饮食中的应用。鱼糜的 3D 打印通常需要添加结构增强剂，即生物聚合物（如甘薯淀粉）、盐和谷氨酰胺转移酶（TG酶）等，以进一步促进凝胶强度和网络结构。特别是，TG酶被广泛用作3D打印肉制品的增稠剂，胶凝剂和粘合剂，与TG酶混合的交联鱼糜可以在微波3D打印过程中达到自凝胶化，从而获得足够的机械强度来抵抗堆叠和切割的变形。然而，TG酶交联鱼糜倾向于形成高强度粘弹性凝胶，例如，在0.3%（w/w）TG酶浓度下，鱼糜的凝胶强度达到2517.89 g mm，这造成了吞咽障碍患者难以食用的问题。因此，我们建议采用一种特殊的方法（TG酶粉末喷洒到3D打印鱼糜表面）通过TG酶交联鱼糜，以保持3D打印的保真度，以及保证吞咽性和吞咽障碍应用的柔软性。因此，本文研究了甘油功能化、3D挤出关键参数、基于TG酶表面交联、实际蒸煮损失以及3D打印鱼糜的创新应用。基于干喷TG酶的表面交联可以改善鱼糜的打印形状和结构，并且可以促进功能性食品的制造。适当高含量的甘油可使鱼糜具有优异的假塑性、高机械强度抗应变性和突出的触变性。同时，甘油的甜度是蔗糖的60%，在这项研究中，5-20% w/w甘油，即鱼糜配方中2.7-10 wt%甘油，表明3D打印鱼糜的甜度相当于含有1.6-6 wt%蔗糖的鱼糜产品的甜度。然而，含有相当于10%蔗糖的甜度的食物会被认为“太甜”，尤其是主食。因此，加入甘油的3D打印鱼糜可能作为吞咽困难饮食的甜点。1 mm喷嘴在降低挤出物溶胀率和印刷产品的尺寸印刷偏差方面表现良好。“直线”的填充结构是鱼糜获得最高凝胶强度和表现出最高机械性能的最佳选择。此外，各种化学交联剂包括NaCl、CaCl2和TG酶都可以修饰和增强鱼糜的3D打印结构。其中，基于干喷TG酶鱼糜的表面交联可获得极好的印刷适性和立体效果，表现出最高的保形性和稳定性(分别为97.50%和94.02%)，良好的质地，出色的水分分布和均匀的SEM微观结构。根据IDDSI框架，通过日常烹饪方法烹饪的S-G4-TG-D具有较低的蒸煮损失率(约为4.25%)，通过电烤箱、微波和蒸锅烹饪的3D打印鱼糜可被归类为潜在的过渡食品。此外，通过干喷TG酶改性的鱼糜可用于复杂3D打印的实际应用，打印出的产品精致，其表面光滑、外观细腻且令人满意。这项研究表明，基于干喷TG酶的表面交联有助于3D打印鱼糜制成具有高形状保持性的创新专业产品，并将为鱼糜在吞咽障碍饮食(如甜点、辅食或特殊膳食)和某些情况下(如自制个性化或商业条件)的应用提供重要信息和指导。
图1 基于干喷TG酶的表面交联增强3D打印鱼糜的图形摘要
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.108600
文章转载自：食品放大镜
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