益生菌餅干的3D打印制備及研究

唐錦輝,謝娟娟,楊坤,朱慧彥,步夢(mèng)源,賈東洋,劉耀文

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,四川 雅安,625000)

益生菌是一種食用后可恢復(fù)或維持宿主體內(nèi)的微生物種群、功能、組成和營(yíng)養(yǎng)平衡的微生物,可產(chǎn)生各種分解食物成分的酶,因此益生菌食品被歸類為功能性食品[1]。益生菌對(duì)人體有多種有益功效,如抗癌、降低膽固醇、抗高血壓、調(diào)節(jié)免疫、治療腸道疾病等[2]。羅伊氏乳桿菌(Lactobacillusreuteri,LR)是一種革蘭氏陽(yáng)性、存在于單個(gè)或多個(gè)簇中的兼性厭氧、專性異質(zhì)發(fā)酵乳酸菌,LR的有益特性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:1)LR可以黏附在腸道內(nèi)部,從而減少其他有害細(xì)菌的定植;2)LR能產(chǎn)生細(xì)菌素(Reuterin),有害細(xì)菌在含有細(xì)菌素的環(huán)境中會(huì)被抑制,從而降低對(duì)人體的損害[3-4]。

益生菌只能在適宜的條件下儲(chǔ)存,并且只有在胃腸道條件下存活,才能發(fā)揮其作用。因此,對(duì)益生菌進(jìn)行封裝常被用于提高其在加工、儲(chǔ)存過(guò)程中和胃腸道條件下的生存能力,從而確保益生菌輸送到胃腸道的目標(biāo)位點(diǎn)并發(fā)揮作用[5]。然而,現(xiàn)有的大多數(shù)益生菌食品都需要加熱才能食用,但加熱處理會(huì)導(dǎo)致益生菌活性降低,影響其發(fā)揮作用。

食品3D打印技術(shù)是一種新興的食品加工技術(shù),融合了數(shù)字技術(shù)、食品加工技術(shù)等多種技術(shù)。它具有可定制、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、安全等優(yōu)點(diǎn)。能夠方便快捷地生產(chǎn)出滿足不同人群需求的食品。因此,3D打印技術(shù)在食品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域具有很大的研究潛力。目前使用的3D食品打印技術(shù)大多基于材料擠壓,即食品原料通過(guò)噴嘴,按特定圖型沉積在目標(biāo)板上。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)打印,適用于液體或低黏度材料的食品制備。但擠壓式3D打印技術(shù)對(duì)食品原料要求嚴(yán)格,原料一般需要滿足一定的流變性能,能夠順利擠出的同時(shí)并保持一定形狀;另一方面,打印速度、打印溫度、填充率、噴嘴直徑等打印參數(shù)對(duì)打印效果也有較大影響[6]。

根據(jù)現(xiàn)有的研究表明,在益生菌食品領(lǐng)域,對(duì)LR的封裝研究以及3D打印后可直接食用的餅干研究較少。因此本研究制備了一種含有羅伊氏乳桿菌的益生菌餅干,用蛋清將LR進(jìn)行封裝,制備LR封裝顆粒(LR-encapsulated particle,LEP),將其添加到熟小麥粉中制備益生菌餅干面團(tuán)。對(duì)LEP的粒徑、聚合物分散性指數(shù)(polymer dispersion index,PDI)、掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)、封裝效率(encapsulated efficiency,EE)和模擬唾液、模擬胃液、模擬腸液中LR的存活數(shù)量進(jìn)行了檢測(cè)分析。并對(duì)餅干面團(tuán)的傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、流變和質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行表征,最后驗(yàn)證了餅干面團(tuán)的3D打印適應(yīng)性,對(duì)益生菌3D打印食品的開(kāi)發(fā)有一定參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉,益海嘉里食品有限公司;無(wú)菌雞蛋,四川盛迪樂(lè)村生態(tài)食品有限公司;LactobacillusreuteriCICC 6132,中國(guó)工業(yè)微生物菌種收集與管理中心。其余試劑均為分析純,購(gòu)自雅安市萬(wàn)科試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Nano-ZS Zetasizer分析儀,英國(guó)馬爾文儀器有限公司;SU 8010掃描電子顯微鏡,日本日立有限公司;Nicolet 6700 傅立葉紅外光譜儀,美國(guó)Thermo Nicolet分析儀器公司;Discovery HR-2儀器流變儀,美國(guó) TA儀器公司;TA.XT Express C物性分析儀,英國(guó)Stable Micro Systems公司;3D打印系統(tǒng),成都綠芯科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 菌種活化及菌懸液的制備

將LactobacillusreuteriCICC 6132的二級(jí)純化培養(yǎng)液以2%的接種量接種于無(wú)菌MRS液體培養(yǎng)基中,在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)36 h后,6 000 r/min離心20 min后收集細(xì)菌細(xì)胞。細(xì)菌細(xì)胞用無(wú)菌生理鹽水洗滌兩次,再次離心得到菌泥。使用前,將0.1 g菌泥加入適量的無(wú)菌生理鹽水中制備得到細(xì)菌懸浮液。

1.3.2 LEP及餅干面團(tuán)的制備

LEP的制備方法:首先,將細(xì)菌懸浮液與一定質(zhì)量的無(wú)菌雞蛋的蛋清在低速恒定磁力攪拌下逐滴地混合?；旌象w系中菌懸液與蛋清的質(zhì)量比分別為1∶10、3∶10、5∶10、7∶10、9∶10。在室溫下攪拌15 min后,6 000 r/min離心20 min得到沉淀物,冷凍干燥24 h,制備得到不同比例的LEP粉末(1/10-LEP,3/10-LEP,5/10-LEP,7/10-LEP,9/10-LEP)。使用前,將干燥的LEP粉末溶解在5 mL無(wú)菌飲用水中制備得到LEP分散液。

餅干面團(tuán)的制備:將小麥粉加入不粘鍋中,小火翻炒10 min至微焦,得到可生食的熟小麥粉。用分離器將無(wú)菌雞蛋的蛋清與蛋黃分離,然后將具有完整膜的蛋黃在濾紙上滾動(dòng),去除殘留的蛋清。刺破蛋黃蛋白膜后,收集蛋黃供后續(xù)使用。取蛋黃30 g密封在塑料袋中(密封前擠出塑料袋中的空氣),然后在80 ℃的恒溫水浴下10 min,得到煮熟的蛋黃。最后,將30 g煮熟的蛋黃和80 g的熟小麥粉用無(wú)菌玻璃棒混合后,分別加入5種不同比例的LEP分散液和25 mL無(wú)菌飲用水,充分混合,得到5種不同比例的可直接食用的餅干面團(tuán)(1/10-面團(tuán),3/10-面團(tuán),5/10-面團(tuán),7/10-面團(tuán),9/10-面團(tuán))。同時(shí)以相同步驟制備不添加LEP分散液的純小麥粉面團(tuán),作為對(duì)照。該過(guò)程完成后,面團(tuán)在4 ℃進(jìn)行保存,以備使用。

1.3.3 模擬唾液、模擬胃液和模擬腸液消化后LR的存活數(shù)量測(cè)定

模擬唾液消化是根據(jù)DING等[7]描述的方法進(jìn)行了修改,將100.0 mg黏蛋白、15.0 mg KCl、12.0 mg NaCl、7.5 mg α-淀粉酶溶解于50.0 mL蒸餾水中制備模擬唾液。在10 mL模擬唾液中分別加入0.2 g LEP粉末和游離細(xì)胞懸液,在37 ℃孵育50 r/min持續(xù)攪拌3 min以模擬唾液消化。將10 mL模擬唾液與100.0 mg胃蛋白酶加入到50.0 mL蒸餾水中充分混合,再加入0.1 mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)pH值至3.0制備模擬胃液。然后將含有LEP和模擬唾液的混合液,加入到制備好的10 mL模擬胃液中,放在攪拌器上,在37 ℃下,以50 r/min的速度攪拌3 h以模擬胃液消化。按照SANDOVAL-CASTILLA等[8]描述的方法模擬腸道消化,將4.0 mg/mL膽汁提取物、2.0 mg/mL胰蛋白酶和1.0 mg/mL脂肪酶置于0.1 mol/L PBS緩沖溶液中,加入0.1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為8.0。將模擬胃液消化后的混合液,加入制備好的10 mL模擬腸液中。在搖床中37 ℃恒溫孵育3 h以模擬腸道消化。被封裝細(xì)胞和游離細(xì)胞的存活數(shù)量均以每毫升中菌落形成單位(colony forming unit,CFU)的常用對(duì)數(shù)值(即lg)來(lái)計(jì)算。

1.3.4 LR在LEP中的封裝效率測(cè)定

為測(cè)定LEP的封裝效率,將0.1 g LEP溶解在無(wú)菌生理鹽水溶液中,2 500 r/min離心15 min。梯度稀釋后,接種于MRS瓊脂平板上,在37 ℃下孵育48 h。測(cè)定CFU,計(jì)算LEP中的活菌數(shù)。以游離LR為對(duì)照,使用公式(1)計(jì)算封裝效率EE值[9]。

EE=C/C0×10

(1)

式中:C,LEP中被封裝LR數(shù)量的常用對(duì)數(shù)值;C0,游離LR數(shù)量的常用對(duì)數(shù)值。

1.3.5 LEP粒徑的測(cè)定

將干燥的LEP粉末用蒸餾水稀釋至一定濃度,使用Nano-ZS Zetasizer分析儀對(duì)其粒徑大小及其分布進(jìn)行表征。

1.3.6 LEP的掃描電鏡分析

將所有樣品進(jìn)行冷凍干燥后黏在樣品平臺(tái)上,在20 mA電流下進(jìn)行噴金處理,時(shí)間為120 s。分別在200×和2 000×放大倍率下拍攝樣品的SEM圖像。

1.3.7 餅干面團(tuán)及LEP的傅里葉紅外光譜的測(cè)定

將餅干面團(tuán)、LEP分別磨成粉末狀(1 mg)與KBr粉末(100 mg)混合,在分辨率為4 cm-1的情況下,在500～4 000 cm-1處進(jìn)行64次掃描,記錄光譜。

1.3.8 餅干面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

使用物性分析儀P/0.5探頭測(cè)試3D打印產(chǎn)品的硬度、黏附性、彈性、黏性。

1.3.9 餅干面團(tuán)的流變特性測(cè)定

平板直徑為40 mm,兩平行板間隙設(shè)置為1 050 μm,溫度設(shè)定為25 ℃。在應(yīng)變0.4%時(shí),分析了0.1～100 rad/s的動(dòng)態(tài)振蕩頻率[10],并記錄了存儲(chǔ)模量G′、損失模量G″和正切損耗角tanδ。

1.3.10 餅干面團(tuán)的3D打印適應(yīng)性測(cè)定

3D打印系統(tǒng)由給料機(jī)、帶氣泵的擠出系統(tǒng)和X-Y-Z定位裝置組成。使用直徑(d)分別為0.5、1、1.5 mm的噴嘴來(lái)驗(yàn)證餅干面團(tuán)的3D打印適應(yīng)性,打印速度設(shè)置為10、15、20 mm/s,氣泵壓力設(shè)置為300、350、450 kPa。當(dāng)壓力設(shè)置為300、350、420 kPa時(shí),打印速度恒定為15 mm/s,使用直徑為1 mm的噴嘴打印圓形餅干;打印速度設(shè)置為10、15、20 mm/s,壓力恒定為350 kPa,使用直徑為1 mm的噴嘴打印五角星形餅干;當(dāng)噴嘴的直徑設(shè)置為0.5、1、1.5 mm時(shí),打印速度恒定為15 mm/s,壓力恒定為350 kPa,打印方形餅干。

1.3.11 統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析,所有數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)至少3次平行重復(fù)。通過(guò)單因素方差分析(ANOVA)進(jìn)行分析,P<0.05為差異顯著,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,使用Origin 2021軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 LEP的粒徑和掃描電鏡分析

LEP的粒徑、PDI及微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

a-粒徑;b-聚合物分散性指數(shù);c-LEP的掃描電鏡圖

1/10-LEP的粒徑明顯小于其他比例的LEP,這可能是LR的數(shù)量較少,使得難以被封裝。粒徑大小通常由微觀結(jié)構(gòu)之間的各種相互作用(如靜電力、疏水力)決定。當(dāng)LEP比例為3/10時(shí),粒徑突然增大,這可能是由于體系中的電子束通過(guò)靜電相互作用吸附在LR的表面,形成了細(xì)菌-蛋白質(zhì)的核殼結(jié)構(gòu),導(dǎo)致LEP平均粒徑顯著增大(P<0.05)。微觀結(jié)構(gòu)之間的靜電相互作用可以改變蛋白質(zhì)分子的表面電荷,使得封裝顆粒之間的緊密度發(fā)生變化,從而減小封裝顆粒的粒徑。在圖1-c中可以驗(yàn)證這一點(diǎn),5/10-LEP和7/10-LEP的結(jié)構(gòu)比3/10-LEP更小、更松散[11]。此外,隨著LR數(shù)量的增加,每個(gè)細(xì)菌上吸附蛋清的量減少,導(dǎo)致粒徑減小。當(dāng)LR數(shù)量進(jìn)一步增加時(shí),細(xì)菌之間相互聚集,出現(xiàn)多個(gè)細(xì)菌被封裝在一起的情況。粒徑分布的均勻性可以用PDI來(lái)表征,PDI值越小,粒徑分布越均勻。LEP的PDI值在(0.37±0.04)～(0.81±0.03),說(shuō)明LEP的分散性不佳。5/10-LEP的PDI最小(0.37±0.04),此時(shí)粒徑分布最均勻。不同尺寸下LEP的SEM圖像如圖1-c所示。LEP表面相對(duì)光滑,主要形狀為球形,但也有部分呈橢圓形。1/10-LEP的SEM圖像中,出現(xiàn)了除LEP以外的絮凝物,這可能是因?yàn)長(zhǎng)R數(shù)量過(guò)少時(shí),蛋清之間相互聚集形成絮凝物。隨著LR數(shù)量的增加,LEP的數(shù)量增加而絮凝物數(shù)量減少,證明蛋清成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)LR的封裝。

2.2 LEP的封裝效率分析

LEP的封裝效率如圖2-a所示。LEP的封裝效率在(70.3±1.21)%～(83.5±1.25)%變化,總體上封裝效果較好。當(dāng)菌懸液與蛋清添加比例為1∶10時(shí),封裝效率較高的原因可能是體系中LR較少,LR被蛋清封裝較為完全。當(dāng)菌懸液與蛋清添加比例為3∶10時(shí),封裝效率最低,這可能是因?yàn)長(zhǎng)R的部分聚集導(dǎo)致蛋清不能完全將其包裹,蛋清之間形成了較大空隙,從而降低了蛋清對(duì)LR的保護(hù)作用[12]。另外,過(guò)量的蛋清具有一定的黏度,使得LR難以分散,從而導(dǎo)致封裝效率的下降。隨著LR數(shù)量的不斷增加,LR的封裝效率先增大后減小,說(shuō)明在一定范圍內(nèi)蛋清能將LR進(jìn)行封裝。但是隨著LR的不斷增加使得體系中蛋清的相對(duì)含量越來(lái)越少,更多的LR不能被封裝,導(dǎo)致封裝效率下降。也可能是隨著LR濃度的逐漸增加,LR在封裝顆粒表面和溶液中形成沉淀[13]。此外,封裝后的LR的活菌數(shù)量較高,說(shuō)明蛋清與LR的相容性較好,蛋清封裝LR后不會(huì)破壞LR的結(jié)構(gòu)而影響其活性。

a-LEP的封裝效率;b-模擬唾液中LR的存活數(shù);c-模擬胃液中LR的存活數(shù);d-模擬腸液中LR的存活數(shù)

2.3 模擬唾液、模擬胃液和模擬腸液消化后LR的存活數(shù)量分析

LR消化過(guò)程中存活數(shù)的變化如圖2-b～圖2-d所示。模擬唾液消化3 min后,游離LR和LEP中LR活力無(wú)明顯差異。這可能是因?yàn)橥僖旱膒H值為6.5～7,此pH下并不影響LR生存。唾液消化后的游離LR和LEP置于模擬胃液消化3 h后,游離LR和被封裝LR的存活數(shù)量均有所減少,但被封裝LR的減少數(shù)量小于游離LR。其中,3/10組游離LR的存活數(shù)量由(5.8±0.25) lg CFU/mL下降至(5±0.29) lg CFU/mL,是游離LR組中下降最多的組。巧合的是,3/10組LEP中LR存活數(shù)由(5.9±0.27) lg CFU/mL下降至(5.5±0.44) lg CFU/mL,也是被封裝LR中活菌數(shù)量下降最大的組,這可能與LR本身的生存能力相對(duì)較低有關(guān)。對(duì)LR進(jìn)行封裝能夠使LR在酸性條件下具有更好的穩(wěn)定性,并且在保持高活力的同時(shí),延緩LR在胃中的釋放,從而順利到達(dá)腸道。有研究表明,被封裝的益生菌能更好地到達(dá)腸道[14-15]。與模擬胃液消化后相似,模擬腸液中游離LR和被封裝LR的存活數(shù)量進(jìn)一步降低。被封裝LR存活數(shù)量略高于游離LR,下降的幅度低于游離LR。這一現(xiàn)象可能有兩個(gè)原因。首先,被封裝的LR可以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中分子運(yùn)動(dòng)造成的熱損傷,具有更強(qiáng)的熱緩沖能力。其次,蛋清在酸性條件下可能發(fā)生變性,這使得LEP的結(jié)構(gòu)變得更加致密,從而更好地保護(hù)LR。益生菌在腸道內(nèi)的生存能力是評(píng)價(jià)其能否發(fā)揮作用的標(biāo)準(zhǔn)之一。因此,模擬唾液、胃液和腸液消化是評(píng)價(jià)益生菌功能的重要指標(biāo)[16]。目前有研究表明,益生菌若要發(fā)揮其作用,需要在腸道中存活至少106CFU/mL或106CFU/g的活菌細(xì)胞[17-18]。由圖2-d可知,5/10-LEP,7/10-LEP以及9/10-LEP中的LR在模擬腸液消化后,仍能維持高于106CFU/mL的活菌數(shù),表明被封裝LR可以在腸道中發(fā)揮益生菌作用。然而,只有兩組游離LR(7/10,9/10)的活菌數(shù)維持在106CFU/mL以上,由此可以判斷蛋清封裝后的LR能夠更好地定殖于腸道,發(fā)揮其益生菌功能。

2.4 餅干面團(tuán)及LEP的傅里葉紅外光譜分析

5/10-面團(tuán)、7/10-面團(tuán)及LEP的FTIR如圖3所示。

a-LEP紅外光譜;b-餅干面團(tuán)紅外光譜

2.5 餅干面團(tuán)的流變特性分析

食品的黏度、儲(chǔ)存模量、損失模量等流變性能是評(píng)價(jià)材料打印性能的重要參數(shù)。食品材料的黏度是3D打印的關(guān)鍵因素[24]。適合基于擠壓的3D打印的材料應(yīng)該具有適中的黏度,黏度不能過(guò)高以允許通過(guò)打印噴嘴,但也不能過(guò)低以支持逐層沉積、保持形狀[25]。從圖4-a可以看出,隨著剪切速率的增大,餅干面團(tuán)的表觀黏度減小。此外,LEP的數(shù)量增加也會(huì)使得餅干面團(tuán)的表觀黏度降低,這是因?yàn)樽鳛長(zhǎng)EP壁材的蛋清具有良好的吸水性。當(dāng)?shù)扒逦账謺r(shí),LR會(huì)同時(shí)利用其中的水分,從而導(dǎo)致面團(tuán)的黏度降低。餅干面團(tuán)的損失模量G″影響其擠壓行為,而儲(chǔ)存模量G′決定其支撐三維結(jié)構(gòu)的能力[26]。從圖4-c可以看出,5種比例的面團(tuán)G′均大于小麥粉,說(shuō)明LEP的加入使得餅干面團(tuán)具有了更高的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)面團(tuán)中LEP的比例為5/10時(shí),G′和G″均達(dá)到最大值,說(shuō)明該比例的面團(tuán)經(jīng)過(guò)擠壓和打印后能良好地保持自身形狀。這可能是因?yàn)?/10-面團(tuán)中添加的蛋清量和LEP的封裝效率恰到好處,LEP分散均勻在面團(tuán)中形成了致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。G″為黏性響應(yīng),是應(yīng)力與應(yīng)變的比率,用于動(dòng)態(tài)振蕩頻率分析。G″/G′(tanδ)>1主要表現(xiàn)黏性特性,<1則表現(xiàn)彈性特性。由圖4-b可知,所有比例的面團(tuán)tanδ均小于1,含有 LEP的餅干面團(tuán)均為黏彈性半固體,固體性能好、流動(dòng)性差。在0.1～10 Hz的掃描范圍內(nèi),餅干面團(tuán)的tanδ隨掃描頻率的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。在高頻范圍內(nèi),餅干面團(tuán)損失模量比例增大,導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,使得面團(tuán)易從打印噴嘴處擠出。

a-表觀黏度;b-tanδ;c-儲(chǔ)存模量;d-損失模量

2.6 餅干面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性分析

從圖5可以看出,不同比例餅干面團(tuán)之間的質(zhì)構(gòu)特性存在一定差異。與純小麥粉面團(tuán)相比,5/10、7/10、9/10面團(tuán)的硬度和黏性顯著提高(P<0.05),分別為114.61±3.91、120.43±0.86、116.82±2.15和72.04±2.63、73.77±2.9、71.61±1.94。黏附性也呈現(xiàn)出相同的趨勢(shì),這可能與面團(tuán)中的蛋白質(zhì)含量有關(guān)。而餅干面團(tuán)的硬度與制作過(guò)程中添加的水量有關(guān),純小麥粉制成的面團(tuán)可能含有更多的水分,而添加了LEP的面團(tuán)可能會(huì)失去部分水分。這與面團(tuán)流變特性形成的原因是一致的,都是因?yàn)長(zhǎng)EP壁材蛋清的吸水性較好,而且LR也會(huì)利用面團(tuán)的水分,導(dǎo)致其中的水分變少。面團(tuán)的彈性是由小麥粉中蛋白質(zhì)含量決定的,蛋白質(zhì)分子之間相互作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)含量高,則三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、更有彈性。由圖5-b可知,添加LEP后面團(tuán)的彈性變化不大。而所有面團(tuán)的彈性均較大,這是由于小麥粉中的麥谷蛋白亞基之間交聯(lián)從而形成了聚合物,麥谷蛋白之間形成了穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而提高了面團(tuán)的彈性。

a-硬度;b-彈性;c-黏附性;d-黏性

2.7 餅干面團(tuán)的3D打印適應(yīng)性分析

根據(jù)前面的性能分析,選擇5/10-面團(tuán),7/10-面團(tuán)和9/10-面團(tuán)進(jìn)行3D打印,研究壓力、打印速度和噴嘴直徑對(duì)打印餅干外觀的影響,以打印的餅干外觀來(lái)驗(yàn)證其3D打印適應(yīng)性。從外觀上看,在適當(dāng)?shù)拇蛴?shù)下,3D打印制備的餅干紋理清晰。原料的3D打印適應(yīng)性直接決定了是否能進(jìn)行3D打印,以及打印出來(lái)的食物形狀是否能隨著時(shí)間推移而保持。從圖6可以看出,3種比例的餅干面團(tuán)均在15 mm/s,350 kPa,使用直徑(d)為1 mm的噴嘴的打印條件下,打印質(zhì)量最好。如圖6-a所示,當(dāng)壓力相對(duì)過(guò)小時(shí),壓力不足以將面團(tuán)推出噴嘴外,導(dǎo)致在打印過(guò)程中產(chǎn)生了不均勻的部分,其中包括雜亂的線條和明顯的斷點(diǎn)。當(dāng)壓力較高時(shí),餅干面團(tuán)可以快速?gòu)膰娮熘袛D出,但會(huì)造成紋理彎曲和堆積,導(dǎo)致餅干變形嚴(yán)重。從圖6-b可以看出,當(dāng)打印速度太慢或太快時(shí),擠出的面團(tuán)無(wú)法跟隨設(shè)置的軌跡,則會(huì)導(dǎo)致彎曲、纏繞堆積、斷點(diǎn)等問(wèn)題。如圖6-c所示,噴嘴直徑為1 mm時(shí)的表面結(jié)構(gòu)最為光滑,噴嘴直徑的大小直接影響打印餅干的精度和表面粗糙度。噴嘴直徑越小,打印餅干的表面精度越高,打印所需時(shí)間越長(zhǎng)。在氣壓恒定的條件下,噴嘴直徑越小,面團(tuán)在擠壓時(shí)受到的壓力越大,在這種情況下,內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性就無(wú)法保證。然而,較大直徑的噴嘴則會(huì)導(dǎo)致打印餅干的表面相對(duì)粗糙。這是因?yàn)閺膰娮鞌D出的大量面團(tuán)破壞了預(yù)先設(shè)置的模型形狀,導(dǎo)致打印的質(zhì)量較差。因此,在適當(dāng)?shù)拇蛴l件下,3種比例(5∶10,7∶10,9∶10)面團(tuán)的3D打印適應(yīng)性均良好,得到的3D打印餅干均表現(xiàn)出良好的外觀。

3 結(jié)論

本研究制備了羅伊氏乳桿菌封裝顆粒LEP,將其加入到小麥粉中制備益生菌餅干面團(tuán),分析其物料特性及3D打印適應(yīng)性。測(cè)量結(jié)果表明,LEP的粒徑較小。LEP的封裝效率較高,說(shuō)明LR的封裝效果良好、LR存活率高。3種不同比例(5∶10、7∶10、9∶10)LEP中的LR在模擬唾液、模擬胃液和模擬腸液的環(huán)境中均能維持高于106CFU/mL的活菌數(shù),表明被封裝的LR可在腸道中發(fā)揮益生菌作用。當(dāng)LEP中菌液與蛋清的添加量為5∶10加入到面團(tuán)中時(shí),面團(tuán)的G′和G″均達(dá)到最大值,說(shuō)明該比例LEP面團(tuán)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度,也說(shuō)明該比例面團(tuán)經(jīng)過(guò)打印后能夠良好地保持自身形狀。在適宜的打印條件下,添加3種不同比例LEP(5∶10,7∶10,9∶10)的面團(tuán)均表現(xiàn)出良好的3D打印適應(yīng)性。