暨南大學(xué)：3D打印高油卡仕達(dá)醬：乳清分離蛋白、羥丙基淀粉和卡拉膠對打印性能的影響

來源： 食研私享

卡仕達(dá)醬(Custard cream)是一種典型的水包油O/W乳化液系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于奶油泡芙、糕點(diǎn)和蛋糕等各種食品中，一般將其涂抹在表面或作為餡料用來豐富產(chǎn)品的外觀、風(fēng)味和口感?？ㄊ诉_(dá)醬是將原料與水混合并加熱得到粘稠的漿液，冷卻后變成半固體凝膠而制成?？ㄊ诉_(dá)醬的這種半固態(tài)結(jié)構(gòu)使其成為一種適合3D打印的潛在食品。

然而，隨著油含量的增加，卡仕達(dá)醬在儲存過程中容易發(fā)生乳液不穩(wěn)定，因此在卡仕達(dá)醬中加入高比例的液體油是一個挑戰(zhàn)。目前，對油含量高達(dá)20%的卡仕達(dá)醬的研究還很少。

2021年12月30日，暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系的研究人員開發(fā)了含油量高達(dá)20%的卡仕達(dá)醬，并揭示了卡仕達(dá)醬中各成分對其3D打印性能的影響。相關(guān)研究成果以“3D printed high oil custard cream: Effects of whey protein isolate, hydroxypropylated starch and carrageenan on physicochemical properties and printing performance(3D打印高油卡仕達(dá)醬：乳清分離蛋白、羥丙基淀粉和卡拉膠對理化性質(zhì)和打印性能的影響)”為題發(fā)表在食品專業(yè)領(lǐng)域Top期刊LWT-Food Science and Technology (IF：4.952)上。

首先，研究人員制備了含有不同乳清分離蛋白(WPI)、羥丙基淀粉和卡拉膠含量的卡仕達(dá)醬配方油墨(下圖)。

不同乳清分離蛋白(WPI)、羥丙基淀粉和卡拉膠含量的卡仕達(dá)醬配方

緊接著，研究人員將上述配方的卡仕達(dá)醬進(jìn)行注射器擠出式3D打印，3D打印工藝參數(shù)如下圖所示。

3D打印工藝參數(shù)

打印速度和擠出速率對可打印性影響的研究結(jié)果顯示，打印速度和擠出速率是影響3D打印過程中材料沉積和形狀保真度保持的關(guān)鍵參數(shù)。為了獲得精確的3D打印圖案，需要對打印速度和擠出速度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)打印速度固定在100mm/s時，研究人員經(jīng)過數(shù)次調(diào)整擠出速度，最終將擠出速率提高到100和110mm/s時，得到了打印質(zhì)量較高的心形和花形。

打印速度(PS)、擠出速率(ER)對卡仕達(dá)醬可打印性的影響

卡仕達(dá)醬成分對可打印性影響的研究結(jié)果顯示，當(dāng)WPI/羥丙基淀粉和卡拉膠的總含量分別保持在6%和0.5%時，改變卡仕達(dá)醬中WPI/羥丙基淀粉的比例不會影響其打印性能。在WPI/羥丙基淀粉總濃度分別為3%和6%(配方W1.8%H1.2%C0.5%和W3.6% H2.4%C0.5%)時，卡仕達(dá)醬打印質(zhì)量較好。

不同乳清分離蛋白(WPI)、羥丙基淀粉和卡拉膠含量(PS：印刷速度，ER：擠出速率)的卡仕達(dá)醬可打印性

最后，研究人員分析了微觀結(jié)構(gòu)與可打印性之間的相關(guān)性。乳清分離蛋白(WPI)、羥丙基淀粉和卡拉膠是影響微觀結(jié)構(gòu)和可打印性的主要成分。其中，WPI作為乳化劑，羥丙基淀粉為增稠劑，卡拉膠為主要膠凝劑。通過調(diào)節(jié)WPI、羥丙基淀粉和卡拉膠的比例，可以調(diào)節(jié)卡仕達(dá)醬的微觀結(jié)構(gòu)，從而影響其理化性質(zhì)，并最終影響其3D可打印性。并且所有的卡仕達(dá)醬配方在貯存一個月后均為穩(wěn)定的水包油乳狀液。

卡仕達(dá)醬微觀結(jié)構(gòu)示意圖及與3D可打印性的相關(guān)性

總而言之，這項(xiàng)研究開發(fā)了油含量高達(dá)20%的卡仕達(dá)醬，通過調(diào)整乳清分離蛋白、羥丙基淀粉和卡拉膠的含量及打印參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了卡仕達(dá)醬的3D打印。在打印速度為100mm/s、擠出速度為100和110mm/s的條件下，可以成功打印出乳清分離蛋白/羥丙基淀粉總含量為3%~6%、卡拉膠含量為0.5%的卡仕達(dá)醬，并能較好地匹配所設(shè)計3D模型，并且所開發(fā)卡仕達(dá)醬在儲存一個月后乳液依然穩(wěn)定。該項(xiàng)研究成果將有助于開發(fā)具有3D可打印性的基于乳液的即食食品。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.113039