黃端穎，潘燕墨，劉陽(yáng)，曾惠藍(lán)，藍(lán)偉，蘇靜，陳智軒，劉雨杉，劉書成,2，孫欽秀*

1(廣東海洋大學(xué) 食品科技學(xué)院，廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省海洋食品工程技術(shù)研發(fā)中心，廣東省海洋生物制品工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，水產(chǎn)品深加工廣東普通高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江，524088) 2(大連工業(yè)大學(xué)，海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧 大連，116034)

3D打印在廣義上被稱為增材制造，是將數(shù)字設(shè)計(jì)模型作為藍(lán)本，通過(guò)逐層疊加的方式，準(zhǔn)確地打印成精度極高的實(shí)體產(chǎn)品[1]。3D打印技術(shù)近幾年發(fā)展迅猛，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，為航空航天、醫(yī)學(xué)、工學(xué)、軍事等領(lǐng)域帶來(lái)了新的發(fā)展和挑戰(zhàn)[2]。在食品加工業(yè)中，3D打印技術(shù)提供了食品加工新的前沿方向，可以幫助我們使用不同原料配方生產(chǎn)復(fù)雜形狀的新型產(chǎn)品。如今已經(jīng)有大量的食品物料被應(yīng)用于3D打印技術(shù)，如巧克力[3]、土豆泥[4]、馬鈴薯淀粉[5]、大豆分離蛋白[6]等，具有造型個(gè)性化定制，營(yíng)養(yǎng)數(shù)字化、簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈等特點(diǎn)[7]。

凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)又名南美白對(duì)蝦，有著殼薄體肥、含肉率高、肉質(zhì)鮮美等特點(diǎn)，同時(shí)還是一種富含高不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)均衡的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)源，將蝦肉經(jīng)過(guò)擂潰制成的蝦肉糜具有易于儲(chǔ)存、食用方便等特點(diǎn)。目前，蝦肉糜制品因其營(yíng)養(yǎng)豐富而頗受現(xiàn)代消費(fèi)者歡迎，市場(chǎng)前景廣闊。但目前蝦糜制品的形狀較為單一，不能滿足消費(fèi)者對(duì)于外觀多樣化的需求。由于蝦肉糜是一種溶膠體，適于3D打印，因此可以利用3D打印技術(shù)解決這一問(wèn)題。

純蝦肉糜由于水分含量高導(dǎo)致其黏彈性和支撐性較差，進(jìn)行3D打印時(shí)容易出現(xiàn)打印斷絲、出料不均勻、產(chǎn)品沉積塌陷等問(wèn)題。食用膠是食品中常用的增稠劑，可以提高肉糜的黏彈性和支撐性，顯著提高打印性能[8-9]。本文研究了卡拉膠(kappa carrageenan，KC)、魔芋膠(konjac gum，KG)、黃原膠(xanthan gum，XG)、可得然膠(curdlan，CU)4種食用膠種類及添加量(0%、1%、2%和3%)對(duì)蝦肉糜打印效果(打印精確性、打印穩(wěn)定性)的影響；同時(shí)考察了食用膠種類及添加量對(duì)蝦肉糜物料特性(表觀黏度、G′、G″、硬度、黏附性、彈性、水分分布特性以及持水性)的影響，剖析物料特性與打印效果的內(nèi)在聯(lián)系，以期篩選出適宜3D打印蝦肉糜的食用膠種類及其添加量，并揭示其改善機(jī)理，為生產(chǎn)出符合大眾需求、方便食用的蝦肉糜制品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

廣東省湛江市霞山區(qū)歡樂(lè)海洋海鮮市場(chǎng)采購(gòu)?fù)慌涡迈r的凡納濱對(duì)蝦，30～40頭/kg，低溫?；钸\(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室。魔芋膠，湖北省一致魔芋生物科技股份有限公司；κ-卡拉膠，廣東省肇慶海星生物科技有限公司；可得然膠，山東省榮成海奧斯生物科技有限公司；黃原膠，新疆梅花氨基酸有限責(zé)任公司；精制鹽，陜西省中鹽榆林鹽化有限公司；料酒，廣東省廚邦食品有限公司；味精，江蘇省蘇州市合興食品有限公司；白砂糖，廣東省廣州福正東海食品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UX 2200H型電子托盤天平，日本島津公司；MQ785型手持多功能料理機(jī)，德國(guó)博朗公司；FOODBOT E13D型食品3D打印機(jī)，杭州時(shí)印科技有限公司；MNT-150T型高精度數(shù)顯游標(biāo)卡尺，上海美耐特實(shí)業(yè)有限公司；F60型LED拍攝燈箱，深圳旅行家科技有限公司；M200(15-45)型高清數(shù)碼相機(jī)，佳能有限公司；HAAKE MARS Ⅲ型模塊化高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀，美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司；TMS-Pro型物性分析儀，美國(guó)FTC公司；NMI20系列低頻核磁共振成像分析儀，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；3K-15型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)，德國(guó)Sigma實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)股份有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 蝦肉糜樣品的制備

挑選體長(zhǎng)相近、質(zhì)量大致相同的新鮮凡納濱對(duì)蝦進(jìn)行去頭、脫殼、去蝦線等前處理，然后用冰水清洗干凈。將蝦肉放進(jìn)料理機(jī)進(jìn)行空擂5 min，處理后的蝦肉糜轉(zhuǎn)移到容器中與冰水以1∶5(質(zhì)量比)充分混合漂洗3次，然后多層純棉紗布包裹人工脫水，添加3%食鹽(以蝦肉糜質(zhì)量計(jì)，下同)與蝦肉糜一起擂潰2 min，依次添加3%料酒、1%白砂糖以及1%味精繼續(xù)擂潰2 min，將處理完成的樣品均分為13等份，將其中12份蝦肉糜分別添加KC、KG、XG、CU(1%、2%和3%)擂潰2 min，不添加任何食用膠的蝦肉糜為對(duì)照組，整個(gè)制備過(guò)程保持在2～5 ℃條件下。

1.3.2 蝦肉糜3D打印精確性及穩(wěn)定性分析

參照潘燕墨等[10]的方法進(jìn)行打印精確性及穩(wěn)定性的分析。為了確保打印過(guò)程中更高的擠壓成功率，本試驗(yàn)均使用直徑1.20 mm的噴頭進(jìn)行打印，設(shè)計(jì)打印模型邊長(zhǎng)(Lm)20 mm。打印后通過(guò)LED攝影棚燈箱中的數(shù)碼相機(jī)拍照記錄樣品成型效果，并測(cè)量其高度(H)和邊長(zhǎng)(L)，所得測(cè)量尺寸與預(yù)設(shè)打印模型的理想數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，數(shù)值越接近證明打印成型效果越好。打印精確性和穩(wěn)定性按公式(1)、公式(2)計(jì)算。

(1)

(2)

式中：Ls代表成品邊長(zhǎng)(最底層與最高層邊長(zhǎng)的均值)，mm；Lm代表預(yù)設(shè)邊長(zhǎng)，mm；H0 min代表打印結(jié)束后靜置0 min時(shí)樣品的高度，mm；H60 min代表打印結(jié)束后靜置60 min時(shí)樣品的高度，mm。

1.3.3 蝦肉糜流變特性的測(cè)定

參考PAN等[11]的方法進(jìn)行流變特性測(cè)試。溫度設(shè)定為25 ℃，平板直徑20 mm，間隙1 mm。在0.1～100 s-1的剪切速率范圍內(nèi)進(jìn)行了靜態(tài)表觀黏度的變化規(guī)律分析。在0.1～10 Hz的頻率范圍內(nèi)通過(guò)掃描振蕩頻率測(cè)量其動(dòng)態(tài)黏彈性，所有測(cè)量均在確定的黏彈性線性區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)變掃描為0.1%，記錄彈性模量(G′)和黏性模量(G″)隨振蕩頻率的變化情況。

1.3.4 蝦肉糜質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

參照潘燕墨等[12]的方法，測(cè)定打印樣品的質(zhì)構(gòu)特性，包括硬度、黏附性以及彈性。

1.3.5 蝦肉糜水分分布的測(cè)定

參考LIU等[13]的方法測(cè)試。采用低場(chǎng)核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)儀測(cè)定，共振頻率22.6 MHz，磁場(chǎng)強(qiáng)度0.47 T。將大約10 g蝦肉糜小心放置于直徑35 mm的潔凈培養(yǎng)皿中，根據(jù)Caar-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脈沖序列的測(cè)定方法掃描樣品，測(cè)得樣品橫向弛豫時(shí)間T2。

1.3.6 蝦肉糜持水性的測(cè)定

稱取樣品(m1，g)在4 ℃下離心(10 000×g，10 min)，離心完全后，樣品再一次稱質(zhì)量(m2，g)，按公式(3)計(jì)算持水性：

(3)

1.3.7 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)共處理3批蝦肉糜，每一批樣品質(zhì)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定5次，其他實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定3次，數(shù)據(jù)測(cè)量值以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式來(lái)表示，使用JMP Pro 13統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和Tukey多重比較，置信度為95%(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 食用膠對(duì)蝦肉糜3D打印精確性及穩(wěn)定性的影響

考察3D打印產(chǎn)品的打印精確性和打印穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)其產(chǎn)品質(zhì)量的重要方式[13]。添加了不同種類及添加量的蝦肉糜打印成型效果如圖1、圖2所示，未添加食用膠的對(duì)照組線條生硬粗糙，層與層間堆積松散，底部結(jié)構(gòu)坍塌，這可能與蝦肉糜的高水分含量和低黏彈性有關(guān)[9]。

圖1 添加不同種類及添加量食用膠的3D打印蝦肉糜外觀照片(0 min)Fig.1 Photos of shrimp surimi with different types and additive amounts of edible gum at 0 min of 3D printing

圖2 添加不同種類及添加量食用膠的3D打印蝦肉糜外觀照片(60 min)Fig.2 Photos of shrimp surimi with different types and additive amounts of edible gum at 60 min of 3D printing

如表1所示，添加KC、KG、CU都能提高樣品的打印精確性和打印穩(wěn)定性，這可能是因?yàn)槭秤媚z等親水性的膠體具有一定程度的吸水和膨脹特性，同時(shí)形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在提高體系黏彈性的同時(shí)提高承載力，保證了良好的擠出特性和穩(wěn)定性[9]。就添加量而言，添加2% KC、KG、CU的蝦肉糜達(dá)到最佳的打印精確性；繼續(xù)添加則樣品打印精確性都有不同程度的下降，這是由于添加過(guò)多的食用膠引起蝦肉糜的硬度及凝膠強(qiáng)度的顯著增加，膠體具有明顯的固體特征，導(dǎo)致擠出過(guò)程中膠體破裂而無(wú)法使樣品成型。添加2%的食用膠能夠較好改善3D打印的適應(yīng)性，其中添加2%CU的樣品表現(xiàn)出最佳的打印效果，打印精確性達(dá)到了98.23%，與對(duì)照組相比提升了8.92%，且打印穩(wěn)定性高達(dá)96.54%，與對(duì)照組相比提升了4.64%，底部沒(méi)有出現(xiàn)明顯的擠壓而造成直徑增大的現(xiàn)象，說(shuō)明添加2%的CU可以改善樣品的打印適應(yīng)性，同時(shí)提升樣品的承載力。CU是一種線性水不溶性多糖，具有熱不可逆的高強(qiáng)度凝膠性能、強(qiáng)親水性和凍融穩(wěn)定性，故與其他食用膠相比，在2～5 ℃制備條件下可以更好地改善蝦肉糜3D打印適應(yīng)性。

表1 不同種類及添加量食用膠對(duì)3D打印蝦肉糜打印精確性及穩(wěn)定性的影響Table 1 Effects of different types and added amounts of edible gum on the printing accuracy and stability of three-dimensional shrimp surimi structure

添加2%和3% XG的樣品與對(duì)照組相比，打印時(shí)不容易從噴頭中擠出，出料不均，且容易堵塞噴頭；打印線條生硬、斷絲，層與層之間融合度不好；表現(xiàn)出嚴(yán)重的塌陷，與所設(shè)計(jì)的模型相差最大，打印精確性和穩(wěn)定性都低于未添加食用膠的對(duì)照組。CU的結(jié)構(gòu)特性決定了其具有較突出的打印精確性和穩(wěn)定性；KC與KG具有良好的凝膠性，使其打印精確性和穩(wěn)定性較好，但KG由于黏度高，分子質(zhì)量高，相比于KC具有更好的保水性、增稠性、凝膠蛋白等優(yōu)點(diǎn)，所以打印效果更好；與其他3種親水膠體相比，XG是一種胞外雜多糖，具有羧基和羥基等許多官能團(tuán)，這些基團(tuán)可以被修飾或功能化，以增強(qiáng)物理化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致XG具有極強(qiáng)的親水性，外層可能吸水膨脹成膠團(tuán)，從而阻止水分進(jìn)入里層，導(dǎo)致塌陷無(wú)法成型，同時(shí)XG的加入可能過(guò)度增加了蝦肉糜的固體性質(zhì)，表現(xiàn)為其彈性、硬度、持水性提高程度最大。但是打印精確性和打印穩(wěn)定性的結(jié)果顯示，并不是高硬度、高彈性就能取得最優(yōu)的打印效果，反而固體性質(zhì)和流體性質(zhì)相補(bǔ)充，相互協(xié)調(diào)，才能取得較好的打印效果。

2.2 食用膠對(duì)蝦肉糜流變特性的影響

食品物料的流變特性影響食品的打印適應(yīng)性，對(duì)實(shí)現(xiàn)食品3D打印至關(guān)重要。食品物料的流變特性是成功建立高級(jí)三維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素[4]。影響擠出性能的物理性質(zhì)包括表觀黏度和黏性模量(G″)，承載和保持的能力包括彈性模量(G′)、彈性、硬度和黏附性等。因此，首先需要測(cè)定蝦肉糜的表觀黏度以及G′和G″。

由圖3可知，食用膠-蝦肉糜體系具有剪切稀化的特征，體系的表觀黏度在剪切速率不斷增加的條件下呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，這表明食用膠-蝦肉糜體系是一種極具代表性的假塑性流體(n<1)，高速剪切應(yīng)力的作用下蝦肉糜中蛋白質(zhì)分子會(huì)在流體流動(dòng)的方向上發(fā)生結(jié)構(gòu)的定向、拉伸、變形、分散等現(xiàn)象，隨著高速剪切應(yīng)力的作用，蛋白質(zhì)分子間的互相交聯(lián)反應(yīng)不斷減弱，流體的流動(dòng)性增加，表現(xiàn)為其流動(dòng)阻力減小，表觀黏度下降[14]。

圖3 不同種類及添加量食用膠對(duì)蝦肉糜表觀黏度的影響Fig.3 Apparent viscosity of shrimp surimi with different types and added amounts of edible gum

研究者們發(fā)現(xiàn)具有剪切稀化特性的食品物料會(huì)更加適用于3D打印技術(shù)，使得物料易于擠壓和成型[15]。在剪切速率保持穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，各組打印產(chǎn)品的表觀黏度隨食用膠添加量的增加而提高，這可能是因?yàn)槭秤媚z具有吸水性，添加食用膠有助于蛋白質(zhì)與膠體形成致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。食用膠的種類會(huì)影響蝦肉糜的表觀黏度，添加CU的3D打印蝦肉糜樣品表觀黏度增加幅度最顯著。這可能是因?yàn)镃U具有良好的乳化性，一定程度上降低油水兩相界面張力，極大促進(jìn)蝦肉糜中蛋白-油脂體系的穩(wěn)定存在，獲得適合的打印樣品黏度。

不同種類、添加量食用膠對(duì)蝦肉糜動(dòng)態(tài)流變特性的影響如圖4所示，在黏彈性線性區(qū)域內(nèi)，食用膠-蝦肉糜體系的G′﹥G″，說(shuō)明樣品具有更多的彈性性質(zhì)和類似固體的特征。此外，不同種類的食用膠添加均有助于提高體系的G′和G″，體系的G′和G″隨著食用膠添加量的增大而提高。其中體系的G′增大趨勢(shì)更為明顯，這可能是因?yàn)槭秤媚z的添加一方面提高了樣品蛋白質(zhì)聚集體之間的相互作用；另一方面促進(jìn)蛋白質(zhì)分子與膠體分子之間的聚集交聯(lián)。除此之外，膠體分子之間的相互作用提高了整體的交聯(lián)程度，使得體系G′更為顯著地增大[16]。材料的表觀黏度和G″影響擠出性能，而G′越大，打印樣品的形狀越穩(wěn)定[17]。結(jié)合打印精確性和打印穩(wěn)定性的結(jié)果分析，樣品具有較高的G″易于從噴頭處擠出，較高的G′可以提高樣品的承載力。XG的G′最高，而G″最低，結(jié)合打印效果，說(shuō)明XG的添加造成樣品的彈性特征過(guò)于明顯，缺乏良好的流體性質(zhì)，從而造成打印后無(wú)法保持具有流暢線條的穩(wěn)定立體結(jié)構(gòu)；KG和KC表現(xiàn)相反，G′過(guò)低，打印樣品的下方均發(fā)生過(guò)度擠壓而變形的現(xiàn)象；添加2% CU的黏彈性質(zhì)比較適合用于3D打印，CU的添加能使蝦肉糜具有合適的黏彈特征，在保證樣品能夠順利被擠出噴頭的基礎(chǔ)上還能保持良好的結(jié)構(gòu)及打印穩(wěn)定性。黃夢(mèng)莎[18]在研究親水膠體對(duì)糙米體系的3D打印效果及其動(dòng)態(tài)流變行為時(shí)發(fā)現(xiàn)，黃原膠與瓜爾膠復(fù)配使用，其G′和G″在試驗(yàn)中并不是最大，但表現(xiàn)出了最好的打印效果，即對(duì)于不同的物料，都有一定適應(yīng)于3D打印的模量范圍，說(shuō)明只有其相關(guān)的理化性質(zhì)處于合適范圍內(nèi)，才有可能提高產(chǎn)品的打印效果。

a-彈性模量G′；b-黏性模量G″圖4 不同種類及添加量食用膠對(duì)蝦肉糜黏彈性模量的影響Fig.4 Storage modulus (G′) and loss modulus (G″) of shrimp surimi with different types and added amounts of edible gum

2.3 食用膠對(duì)蝦肉糜質(zhì)構(gòu)特性的影響

質(zhì)構(gòu)特性可以用于評(píng)價(jià)物料打印可行性和肉糜品質(zhì)。不同種類食用膠的添加能夠影響蝦肉糜體系的質(zhì)構(gòu)特性，包括硬度、黏附性以及彈性特征，3個(gè)指標(biāo)能科學(xué)地體現(xiàn)樣品的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)。不同種類食用膠及其添加量對(duì)蝦肉糜質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響及方差分析結(jié)果如表2所示，所有蝦肉糜的硬度在食用膠添加量增加的情況下也逐漸增加(P<0.05)。不添加食用膠的對(duì)照組的硬度為0.78 N，而添加3% KC、KG、XG和CU組的硬度分別為1.40、1.90、1.98、1.51 N，這可能是因?yàn)槭秤媚z吸水膨脹有助于穩(wěn)定蛋白結(jié)構(gòu)，使其硬度增加[5]。在食用膠添加量相同的蝦肉糜中，XG組的硬度最高，其次是KG、KC和CU組(P<0.05)，這與持水性的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。與3D打印效果相聯(lián)系，說(shuō)明高硬度有利于保持產(chǎn)品的原始形狀，從而提高產(chǎn)品的打印穩(wěn)定性。盡管添加3%食用膠的樣品硬度最高，但硬度較高導(dǎo)致擠出困難，以致于擠出后由于結(jié)構(gòu)被破壞，難以恢復(fù)而導(dǎo)致斷絲。因此，添加2%食用膠的蝦肉糜具有適宜的硬度和更好的打印效果。樣品的黏附性隨著食用膠添加量的增加而逐漸增加(P<0.05)，比較加入相同質(zhì)量食用膠的樣品，CU組的黏附性顯著高于其他組，其次是KC、KG和XG組(P<0.05)。添加3% CU組的黏附性為4.38 N·mm，比對(duì)照組的1.85 N·mm高2.53 N·mm。這可能是因?yàn)镃U是以β-1,3-糖苷鍵構(gòu)成的水不溶性葡聚糖形成的大分子物質(zhì)，具有良好的流動(dòng)性、溶解性、凝膠性，且可以改善產(chǎn)品的穩(wěn)定性，并有增稠作用等，因此可以增加蝦肉糜的黏附性。同樣，樣品的彈性隨著食用膠添加量的增加而逐漸增加(P<0.05)，添加3% KC、KG、XG和CU組的彈性分別為5.09、4.74、6.13和5.48 mm，是對(duì)照組蝦肉糜彈性(2.29 mm)的2倍多。這可能是因?yàn)槭秤媚z與蝦肉糜中的蛋白在擂潰過(guò)程中充分混合，蛋白分子和膠體分子在水分和機(jī)械作用力下充分展開，發(fā)生鍵的形成、分子嵌合，同時(shí)蛋白分子與膠體分子形成的網(wǎng)絡(luò)相互交織，強(qiáng)化了蝦肉糜蛋白本身形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成更加致密、穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此彈性增加[19]?？傊?，結(jié)合3D打印成型效果，適宜的物料硬度、黏附性和彈性進(jìn)行打印有助于物料擠出和穩(wěn)定成型，以獲得更好的3D打印產(chǎn)品。

表2 不同種類及添加量食用膠對(duì)蝦肉糜質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effects of different types and added amounts of edible gum on the texture profile of shrimp surimi

2.4 食用膠對(duì)蝦肉糜水分分布的影響

LF-NMR為一種先進(jìn)無(wú)損的食品檢測(cè)方法，反映了水的物理和化學(xué)性質(zhì)，提供水的分布、流動(dòng)性和相互作用等信息[20]。水分分布的變化直接影響蝦肉糜的微觀結(jié)構(gòu)，從而影響物料的打印成型效果[21]。如圖5所示，可以觀察到2個(gè)峰，分別為T2b(0～10 ms)和T21(10～100 ms)，T2b表示與肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合的結(jié)合水，T21代表固定在肌原纖維或肌動(dòng)球蛋白網(wǎng)絡(luò)中的不易流動(dòng)水。

圖5 不同種類及添加量食用膠對(duì)蝦肉糜弛豫時(shí)間的影響Fig.5 LF-NMR signal for shrimp surimi with different types and added amounts of edible gum

表3顯示了弛豫時(shí)間T2的變化，以及相應(yīng)的峰面積比A2的關(guān)系。弛豫時(shí)間T2可以作為表面水分自由度大小的依據(jù)，T2越短，說(shuō)明樣品中的水流動(dòng)性越差，結(jié)合更緊密；而弛豫峰面積A2與流變學(xué)性質(zhì)有很強(qiáng)的相關(guān)性，表示水分子遷移的變化量[22]。加入同種食用膠的蝦肉糜，在添加量逐漸增加的情況下，T2縮短，A21也隨之減小，而A2b隨之增大。該規(guī)律反映了食用膠提高了蝦肉糜與水結(jié)合的能力。這可能是因?yàn)榇罅渴秤媚z分子的親水基團(tuán)與水分子之間形成了比較穩(wěn)定的氫鍵，阻止了水分移動(dòng)，樣品持水性隨之增強(qiáng)，在親水性膠體作用下蝦肉糜形成均勻且致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，束縛水分于其中，增強(qiáng)蝦肉糜結(jié)合水的能力[8]。

表3 不同種類及添加量食用膠對(duì)蝦肉糜水分狀態(tài)分布的影響Table 3 Effects of different types and added amounts of edible gum on the water state distributions of shrimp surimi

從圖5中可以看出，T2隨著食用膠含量的增加而降低。這表明部分結(jié)合水變成不易流動(dòng)水，表明水分子和蛋白質(zhì)等大分子之間的交互變得更加緊密和隨著食用膠的增加形成了更密集的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致表觀黏度增加(圖3)、G′(圖4-a)、硬度和彈性(表2)明顯增加，從而影響其擠出特性。對(duì)于添加3%食用膠的蝦肉糜樣品，T2b所對(duì)應(yīng)的A2b均有所增加，其中XG增加了1.11(增幅最大)，KC的增加了0.49(增幅最小)，同時(shí)，A21也隨之減小。說(shuō)明樣品中水與大分子成分的結(jié)合強(qiáng)度較強(qiáng)，而產(chǎn)生不易流動(dòng)水的范圍較小，同樣也說(shuō)明添加KG、XG、CU的蝦肉糜結(jié)合水的能力稍高于添加KC的蝦肉糜，也許是因?yàn)镵C具有較強(qiáng)的泌水性[23]。

總之，食用膠能夠有效提高蝦肉糜的保水特性，也有助于增強(qiáng)打印產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和擠出特性。結(jié)合3D打印的效果圖，說(shuō)明適當(dāng)提高蝦肉糜結(jié)合水的能力能夠有助其進(jìn)行打印。

2.5 食用膠對(duì)蝦肉糜持水性的影響

持水性是評(píng)價(jià)肉糜水分性能中的重要參數(shù)，反映了蝦肉糜束縛或保留水分的能力，表現(xiàn)為在受到外界壓力的擠壓時(shí)，內(nèi)部保留的水分不易外滲而造成流失。由表4可以看出，食用膠添加比例增加蝦肉糜的持水性也隨之顯著提高，這可能是由于食用膠都有很強(qiáng)的吸水性能，在蝦肉糜充分擂潰的同時(shí)，分子內(nèi)和分子間存在的相互作用力，與蝦肉糜蛋白形成了復(fù)雜的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻止了水分子的移動(dòng)，因此顯著提高了蝦肉糜的持水性[24]。對(duì)于添加量相同的食用膠，XG的增強(qiáng)作用最為顯著(P<0.05)，添加了3% KC、KG、XG、CU食用膠的蝦肉糜的持水性相對(duì)于未添加食用膠的對(duì)照組分別提高了約4.93%、5.87%、6.94%、5.74%，可能是因?yàn)閄G具有很強(qiáng)的親水作用，XG的添加增加了蝦肉糜的持水力，CU在4種食用膠中表現(xiàn)出適宜的持水性。趙春波等[25]發(fā)現(xiàn)CU的加入能夠提高低鹽乳化腸的持水性，其原因是CU能限制肉糜凝膠中水分子的運(yùn)動(dòng)，形成致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。將該研究結(jié)果與3D打印產(chǎn)品成型效果相結(jié)合，說(shuō)明適宜的持水性有助于維持蝦肉糜打印產(chǎn)品的形狀及結(jié)構(gòu)。

表4 不同種類食用膠添加量對(duì)蝦肉糜持水性的影響Table 4 Effects of different types of added amounts edible gum on the water holding capacity of shrimp surimi

3 結(jié)論

本文研究了不同種類、添加量食用膠對(duì)蝦肉糜物理特性及其3D打印適應(yīng)性的影響。結(jié)果表明，食用膠的種類和添加量對(duì)蝦肉糜3D打印特性均有影響，只有添加合適比例的(2%)食用膠才能最大程度上提高3D打印蝦肉糜的打印可行性；而對(duì)于相同食用膠添加量，添加CU的樣品具有較高的打印精確性和穩(wěn)定性。添加2% CU可以適當(dāng)增加蝦肉糜的持水性、硬度、黏附性、彈性、G′、G″和表觀黏度，使樣品易于從噴嘴中擠出，獲得流暢的打印線條并保證樣品具有足夠的支撐能力保持良好形狀?？傊蛭r肉糜中添加2%可得然膠可以提高其3D打印適應(yīng)性。