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 保圣設(shè)備助力3D打印食品研究：魚糜肽-卡拉膠-黃原膠體系的關(guān)鍵應(yīng)用

一、研究背景

在當(dāng)今食品科技領(lǐng)域，3D打印技術(shù)正逐漸嶄露頭角，其在食品制造中的應(yīng)用為產(chǎn)品創(chuàng)新帶來了無限可能。從早期聚焦產(chǎn)品形狀和美學(xué)，到如今注重添加營養(yǎng)功能成分以提升食品品質(zhì)，3D打印食品的發(fā)展備受關(guān)注。魚糜作為富含蛋白質(zhì)的優(yōu)質(zhì)原料，其水解產(chǎn)生的魚糜肽具有多種功能活性，在抗氧化方面表現(xiàn)突出，如在ABTS自由基清除實(shí)驗(yàn)、羥基自由基清除實(shí)驗(yàn)和鐵離子還原實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出良好效果，這使其成為制備3D打印墨水的理想材料之一。

然而，目前將魚糜肽應(yīng)用于3D打印墨水的研究尚處于起步階段。在探究魚糜肽 - 卡拉膠 - 黃原膠復(fù)合墨水的打印性能、結(jié)構(gòu)以及抗氧化特性的過程中，準(zhǔn)確測定各項(xiàng)指標(biāo)對于研究的深入推進(jìn)至關(guān)重要。保圣設(shè)備憑借其先進(jìn)的技術(shù)和精準(zhǔn)的檢測能力，在食品研究領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用，為該研究提供了有力的支持，有助于揭示復(fù)合墨水在3D打印過程中的內(nèi)在機(jī)制，推動(dòng)3D打印食品的發(fā)展。

 二、實(shí)驗(yàn)方法

 （一）樣品制備

1. 魚糜肽的制備：以響應(yīng)面法確定酶解條件，對銀鯧魚魚糜進(jìn)行酶解，制備魚糜肽。在此過程中，依據(jù)抗氧化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，篩選出抗氧化能力最強(qiáng)的酶解條件，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供優(yōu)質(zhì)的魚糜肽原料。

2. 復(fù)合墨水的配制：將卡拉膠、黃原膠與魚糜肽按不同比例混合，制備復(fù)合墨水。例如，探究不同卡拉膠與黃原膠比例（如1:1、3:4、2:4、3:5、2:5）以及不同魚糜肽含量（2mg/mL、4mg/mL、6mg/mL、8mg/mL、10mg/mL）對墨水性能的影響。

 （二）保圣設(shè)備的應(yīng)用

1. 質(zhì)構(gòu)分析儀（TA.TOUCH）：利用保圣質(zhì)構(gòu)分析儀對樣品的凝膠強(qiáng)度和質(zhì)地進(jìn)行測定。在單測試模式下，設(shè)置測試前速度、測試速度和測試后速度均為1mm/s，應(yīng)變50%，通過測量凝膠強(qiáng)度（最大正向力與達(dá)到最大正向力的距離的乘積）和進(jìn)行質(zhì)地剖析（TPA），獲取樣品的硬度、彈性、黏附性、凝聚性、膠黏性和咀嚼性等參數(shù)，以此評估不同復(fù)合墨水的質(zhì)地特性，為研究其打印性能提供重要依據(jù)。

2. 流變儀（MCR 92）：采用保圣流變儀（MCR 92）對樣品進(jìn)行流變特性測定。先將樣品添加到模具底部平面，刮去多余樣品后，通過振幅掃描確定線性黏彈性區(qū)域（LVR），確保頻率掃描時(shí)應(yīng)變在該區(qū)域內(nèi)。隨后進(jìn)行頻率掃描，頻率范圍設(shè)定為0.1 - 100Hz，應(yīng)變1%，溫度保持在20°C，獲取黏度和模量 - 剪切速率曲線以及模量 - 剪切應(yīng)力曲線，用于表征不同材料的屈服應(yīng)力，深入分析復(fù)合墨水的流變性能，了解其在不同條件下的流動(dòng)和變形特性。

 三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 （一）復(fù)合墨水的打印性能

1. 不同比例對打印效果的影響：通過質(zhì)構(gòu)分析儀（TA.TOUCH）和流變儀（MCR 92）的檢測數(shù)據(jù)可知，卡拉膠與黃原膠比例為3:4時(shí)，復(fù)合墨水的打印效果最佳。其凝膠強(qiáng)度和黏附性較高，具有足夠的支撐能力和結(jié)合能力，能夠形成完整的打印形狀，且尺寸精度最接近標(biāo)準(zhǔn)體積（97%）。而其他比例的復(fù)合墨水，如1:1的支撐能力不足導(dǎo)致打印結(jié)構(gòu)坍塌，2:5的因材料機(jī)械強(qiáng)度大、擠出與針頭移動(dòng)速度不一致而出現(xiàn)打印形狀缺失，2:4和3:5的表面粗糙且有明顯孔洞。這表明保圣設(shè)備準(zhǔn)確地反映了不同比例復(fù)合墨水的質(zhì)地和流變差異，為確定最佳配方提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

2. 魚糜肽含量對打印效果的影響：不同魚糜肽含量對復(fù)合墨水打印效果影響顯著。當(dāng)魚糜肽含量為4mg/mL時(shí)，打印效果良好，棱柱體的打印精度最高；2mg/mL時(shí)墨水幾乎呈流體狀無法成型；6mg/mL和8mg/mL時(shí)打印形狀粗糙有孔；10mg/mL時(shí)無法固化進(jìn)行打印。質(zhì)構(gòu)分析儀和流變儀的結(jié)果顯示，4mg/mL魚糜肽的復(fù)合墨水凝膠強(qiáng)度最高，打印后質(zhì)地變軟，適合咀嚼困難的人群。同時(shí)，該墨水的黏度隨魚糜肽含量增加而增加，增強(qiáng)了層間結(jié)合能力，且其屈服應(yīng)力較低，具有良好的擠出性。這些結(jié)果充分體現(xiàn)了保圣設(shè)備在研究魚糜肽含量對復(fù)合墨水打印性能影響方面的重要作用，能夠精準(zhǔn)地量化各項(xiàng)指標(biāo)，為優(yōu)化配方提供科學(xué)依據(jù)。

（二）復(fù)合墨水的抗氧化性能

1. 體外消化過程中的肽釋放率：在體外消化實(shí)驗(yàn)中，使用保圣設(shè)備相關(guān)檢測原理（如對物質(zhì)成分變化的監(jiān)測能力）間接輔助研究發(fā)現(xiàn)，魚糜肽 - 卡拉膠 - 黃原膠（4mg/mL）復(fù)合墨水的肽釋放率隨消化時(shí)間顯著增加。胃蛋白酶和胰蛋白酶消化10分鐘時(shí)，釋放率分別達(dá)到65%和51%，且在后續(xù)消化過程中持續(xù)釋放，這表明復(fù)合墨水的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)既能結(jié)合部分肽分子，又能在消化過程中控制肽的釋放，促進(jìn)其功能的持續(xù)發(fā)揮。

2. 抗氧化性能變化：經(jīng)消化后，復(fù)合墨水的抗氧化性能有所提升。ABTS自由基清除率、羥基自由基清除率和鐵還原能力分別提高了約11%、5%和66%。保圣設(shè)備雖然未直接檢測抗氧化性能，但通過對復(fù)合墨水在消化前后結(jié)構(gòu)和質(zhì)地變化的檢測，為解釋抗氧化性能提升的原因提供了有力支持。例如，消化破壞了卡拉膠與肽的結(jié)合，釋放出更多肽，從而增強(qiáng)了抗氧化能力，而這些結(jié)構(gòu)和質(zhì)地變化可通過質(zhì)構(gòu)分析儀和流變儀進(jìn)行有效監(jiān)測和分析。

保圣的質(zhì)構(gòu)分析儀（TA.TOUCH）和流變儀（MCR 92）在研究魚糜肽 - 卡拉膠 - 黃原膠復(fù)合墨水的3D打印性能和抗氧化特性過程中發(fā)揮了不可替代的作用。通過精準(zhǔn)測定凝膠強(qiáng)度、質(zhì)地、流變特性等關(guān)鍵指標(biāo)，為確定最佳復(fù)合比例、深入理解打印過程中的材料變化以及解釋抗氧化性能提升機(jī)制提供了重要的數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)了3D打印食品領(lǐng)域的研究進(jìn)展，為開發(fā)高品質(zhì)、功能性的3D打印食品奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。