基于共混改性理论解析淀粉改善鱼糜3D可打印性的机制

来源 :广东海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lawrenceccc
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鱼糜制品营养丰富,食用方便,深受消费者喜爱。随着鱼糜制品加工行业快速发展,产品同质化严重、缺少高附加值产品等突出问题需亟待解决。将3D食品打印技术与传统鱼糜加工技术相结合,个性化创造食品的形状和纹理,可提高鱼糜产品的灵活性、创造性和节能性。目前的研究集中在食品打印墨水的配方优化方面,关于鱼糜体系中各相物质之间的相互作用对3D打印品质的影响机制仍鲜有报道,机理尚不明确。本研究以金鲳鱼(Trachinotus ovatus)为研究对象,通过流变特性、质构特性和水分特性分析鱼糜加工过程、淀粉种类以及添加量对3D打印效果的影响。基于共混改性理论,从微观结构、蛋白质分子结构、水分子竞争作用、流变学特性以及体系稳定性角度阐述肌原纤维蛋白-马铃薯淀粉共混体系相行为变化对微观网络结构和产品特性的影响规律,进而剖析淀粉对鱼糜3D可打印性改善机制。主要的研究内容与结果如下:(1)基于物性学和分子结构特征解析鱼糜的3D可打印性。从鱼糜加工过程中获得不同状态的鱼肉样品,3D打印结果表明新鲜鱼肉、绞碎鱼肉和鱼肉凝胶不具有食品3D可打印性,而空擂鱼糜、盐擂鱼糜和预凝胶鱼糜具有流动性和支撑性,其中盐擂鱼糜的精确性和稳定性均达到90%以上。将物料的理化特性与3D打印效果进行相关性和聚类分析,结果表明打印精确性主要受到疏水相互作用和非二硫共价键的影响,与水分特性密切相关;打印稳定性主要受到离子键、氢键和二硫共价键的影响,与质构特性和流变特性密切相关。(2)基于流变学评价鱼糜与淀粉体系的3D可打印性。选择不同链/支比淀粉和改性淀粉与鱼糜混合,结果表明马铃薯淀粉、玉米淀粉、交联淀粉和预糊化淀粉(4%)可以增加结合水的弛豫时间和峰面积,减小不可移动水的弛豫时间和峰面积,改善体系的持水性,减小鱼糜稠度,增强剪切稀化特性、结构恢复能力,粘弹性模量和时间稳定性。聚类分析结果表明,鱼糜-淀粉体系3D打印效果与淀粉类型、添加量以及体系的水分特性和流变特性密切相关。当马铃薯淀粉添加量为12%时,鱼糜3D可打印性最佳,此时体系的AF值为8030 Pa·s 1/z,K为1313 Pa·s n。构建水分分布参数与鱼糜体系3D打印精确性和稳定性的回归预测模型,确定低场核磁共振技术可以快速评价原料的3D可打印性。(3)肌原纤维蛋白与马铃薯淀粉共混体系的相行为及其相互作用。从鱼糜中提取肌原纤维蛋白,将蛋白质与淀粉以不同质量比和水分含量混合制备肌原纤维蛋白-马铃薯淀粉共混体系。观察共混体系的组织微观结构,发现随着水分含量的增加,蛋白质和淀粉质量比的减小,共混体系发生了相行为变化。绘制相图可以看出,共混体系从“包裹”结构过度到“互穿”结构(微观相分离),再形成“离析”结构(宏观相分离),具有强烈的浓度依赖性。拉曼成像结果表明,肌原纤维蛋白与马铃薯淀粉组成的热力学不相容共混体系为结合型相分离。红外光谱谱图和分子间作用力结果表明,随着蛋白质与淀粉质量比的减小,水分含量的增多,肌原纤维蛋白的结构逐渐展开,共混体系的离子键、氢键和二硫键含量先增加后减少,疏水相互作用先减小后增大。紫外光谱和荧光光谱结果表明,共混体系中加入淀粉和水分后,促进疏水基团暴露在蛋白质表面,显著影响共混体系中蛋白质的三级结构。(4)共混体系中肌原纤维蛋白与马铃薯淀粉对水分子的竞争作用。将共混体系进行T1-T2二维图谱分析,结果表明当水分含量大于70%时,蛋白质与淀粉质量比减小,共混体系的流动性逐渐增强。测定共混体系T2弛豫曲线,获得水分子弛豫速率,计算共混体系中肌原纤维蛋白与马铃薯淀粉对水分子的竞争情况,结果表明肌原纤维蛋白与马铃薯淀粉混合后水分子重新分布,淀粉削弱了肌原纤维蛋白结合水分的能力。经聚合物共混定律验证,当n=0.2,共混体系为双连续体系时,流变学测定值与计算值相符。(5)肌原纤维蛋白与马铃薯淀粉共混体系的流变学特性与稳定性分析。两个流变学模型拟合结果可知,当共混体系水分含量为70%,蛋白质与淀粉质量比为8:2-6:4时,体系的粘稠度降低,同时分子间流变单元的链接强度增强,各相物质分布均匀,体系稳定性最好。采用稳定性分析仪测定共混体系的稳定性,通过共混体系不稳定指数和反散射率随时间变化的动力学分析可知,共混体系中各相物质分布越均匀,维持的时间越久,体系的稳定性越好。分析共混体系在放置过程中粒径的动态变化,结果表明分子粒径随时间延长而逐渐增大。将粒径平方的倒数对时间倒数作图,分析导致共混体系不稳定的根本原因,结果表明微观相分离体系在放置的过程中发生了聚合反应,形成了网络互穿结构,促进了共混体系的稳定,其他体系发生了沉淀或先聚集再沉淀的行为,导致共混体系发生了凝聚或宏观相分离。本研究对3D打印肉糜产品的配方设计与开发提供了理论支撑,同时丰富了蛋白质与多糖共混体系在非加热状态下相互作用的理论研究,对3D打印在食品工业中的广泛应用具有深远的现实意义。
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