浙江大学：可可脂如何提高植物肉3D打印性能？

来源： 食研私享

对于中国市场，“植物基”不再是一个新概念。在植物性饮食风潮的影响下，“植物基食品”和“Plant-成分的食物”应运而生，并专门指以植物原料为基础创建的新食品或饮料产品。

植物肉以优质植物蛋白为主要原料，其中大豆蛋白和小麦面筋蛋白具有模拟肉类质地和营养的独特能力，是植物肉生产中应用最广泛的植物蛋白。目前，植物肉的生产主要通过挤压技术和3D打印技术实现。然而，基于大豆蛋白和小麦面筋蛋白的3D打印材料尚未被开发。

2021年11月19日，为了填补上述空白，国内一项最新研究分析了植物肉加工过程中热敏可可脂对大豆蛋白和面筋蛋白基凝胶3D打印的影响。研究结果显示，热敏可可脂的加入提高了植物蛋白基凝胶材料的流动性和3D结构的保形性。

该研究由浙江大学的研究人员完成，相关研究成果以“3D Printing of Soy Protein-and Gluten-Based Gels Facilitated by Thermosensitive Cocoa Butter in a Model Study(热敏可可脂促进大豆蛋白和面筋蛋白凝胶3D打印的模型研究)”为题发表在国际期刊ACS Food Science & Technology上。

可可脂(cocoa butter)是一种非常独特的天然植物固体脂肪，是制作纯脂巧克力的理想专用油脂，其熔点略低于人体体温，可用于3D打印中提高可塑性和成型性。

一开始，研究人员将制备植物肉的原料(包含海藻酸钠、吐温-80、可可脂、香菇粉、小麦面筋蛋白、大豆分离蛋白或豌豆蛋白、淀粉)调配成不同比例的糊状物，然后装入食品3D打印机专用料筒后进行挤出式3D打印测试。

其中不含可可脂的配方无法连续挤出，挤出成型性较差(下图a和b)；不含吐温-80的配方虽然具有合适的挤出成型性，但打印成型性不好(下图c和d)。

不含可可脂的配方和不含吐温-80的配方的挤出成形性和打印成型性

挤出成型性研究表明，配方1-5(见下表格)添加可可脂(2.5-7.5g/108g)、海藻酸钠(1.7g/108g)和淀粉(小麦淀粉、玉米淀粉或马铃薯淀粉）适合于线型挤出(对应下图a-e挤出成型性)。

3D打印材料配方的组成

不同配方材料的挤出成型性(其中a-j分别对应上述配方1-10)

由于可可脂的热敏性，3D打印温度对凝胶材料的打印成型性至关重要。因此，研究人员在获得了良好挤出成型性的配方前提下，并在不同的打印温度(30、45、60℃)下，研究这些配方的3D打印成型性。

研究结果显示，3D打印样品在30°C下的3D打印成型性较差，研究人员推测这是由于打印温度低于可可脂的熔点(34-38°C)，从而阻碍了油墨挤出过程中的流动性。而较高的打印温度(45°C或60°C)可使油墨具有良好的流动性和3D打印成型性，并且在60°C下打印的样品的成型性略好于45°C下打印的样品。

可可脂的添加量为2.5-5.0g/108g时(下图a、b)，3D打印过程较顺畅，并具有良好的成型性。但是，过量的可可脂会显著降低3D打印成型性，这是由于过量可可脂会导致凝胶凝固过快从而使凝胶挤丝不连续甚至堵头，会间接导致3D打印性能变差。

不同温度下各配方的3D打印成型性(a-f分别对应于上述配方1-5和8；数字1、2、3分别代表在60、45和30℃预热打印)

另外，研究人员还对植物肉3D打印样品的的微观形态、质构和化学成分进行了分析。

综上所述，这项研究表明，添加适量的可可脂、吐温-80和海藻酸钠对实现植物肉优良的3D打印性能至关重要。热敏可可脂在打印温度高于室温的3D打印过程中为植物肉油墨提供了流动性，并在室温下凝固后能够保持3D形状。因此，在添加热敏可可脂合适的配方下，我们可以通过控制打印温度来调节植物肉油墨的流动性。

基于这一原理，热敏油脂在食品3D打印领域中的作用值得我们进一步探索，未来也可能作为提高其他食用3D打印油墨的流动性和保形性的潜在助剂。

论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsfoodscitech.1c00311