本文系Journal of Future Foods原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請(qǐng)授權(quán)

Introduction

肉類產(chǎn)品因其獨(dú)特風(fēng)味、口感與營養(yǎng)價(jià)值，已成為人類飲食不可或缺的組成部分，深受消費(fèi)者青睞。然而，動(dòng)物性食品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放量高，對(duì)地球可持續(xù)與環(huán)保發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。此外，過度攝入動(dòng)物肉制品存在微生物致病風(fēng)險(xiǎn)，長期食用紅肉或加工肉類還會(huì)增加心血管疾病與糖尿病患病風(fēng)險(xiǎn)。植物基肉作為動(dòng)物肉類的理想替代品日益受到認(rèn)可，其不僅能提供相近的蛋白質(zhì)含量，更避免了激素、獸藥殘留等有害物質(zhì)對(duì)健康的影響。然而，擠壓紡絲等傳統(tǒng)植物肉生產(chǎn)工藝仍存在明顯局限——既難以精準(zhǔn)復(fù)刻動(dòng)物肉的細(xì)膩口感，也無法實(shí)現(xiàn)定制化營養(yǎng)產(chǎn)品的精準(zhǔn)制造。

食品3D打印作為一項(xiàng)融合增材制造與食品加工的前沿技術(shù)，正突破傳統(tǒng)工藝的局限。該技術(shù)不僅能根據(jù)消費(fèi)者偏好精準(zhǔn)構(gòu)建外觀模型，更能在墨水配方設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)成分的個(gè)性化定制。本研究旨在突破現(xiàn)有蛋白凝膠墨水體系，開發(fā)兼具高營養(yǎng)價(jià)值和定制化功能的新型植物肉產(chǎn)品，以此開拓區(qū)別于傳統(tǒng)植物基肉類的潛在市場。為進(jìn)一步提升3D打印植物基肉類的市場吸引力與營養(yǎng)價(jià)值，有必要選擇功能性成分作為墨水原料，為特殊營養(yǎng)需求人群定制專屬食品。

人口老齡化已成為當(dāng)今重大社會(huì)課題，將小麥寡肽（WP）和葡萄籽提取物（GSE）作為墨水成分進(jìn)行添加，有望開發(fā)出兼具視覺真實(shí)性與抗氧化功能的植物基肉類產(chǎn)品，為老年群體抵抗衰老、促進(jìn)健康老齡化提供創(chuàng)新膳食解決方案。

本研究的目標(biāo)是利用3D打印技術(shù)開發(fā)一種植物基肉類的模擬物，將WP和GSE作為功能性成分。紋理大豆蛋白（TSP）、大豆分離蛋白（SPI）、豌豆蛋白（PP）和黃原膠（XG）被選為墨水的主體成分。本實(shí)驗(yàn)研究了添加功能性成分對(duì)植物基肉類模擬物的流變特性、紋理特性、水分分布、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和風(fēng)味的影響。

Results

流變特性

實(shí)驗(yàn)樣品配方如表1所示。

表1不同3D打印墨水的配方

圖1A顯示了5 種墨水配方中G′的變化，所有配方均表現(xiàn)出隨著掃描頻率的增加而上升的趨勢(shì)。值得注意的是，TSP+Fc組的G′顯著高于TSP組。此外，含有Fc的4 組樣品的G′均高于僅含有TSP的樣品。在這些配方中，PP+Fc、TSP+Fc和SPI+Fc的G′相似，TSP+Fc和TSP+GG的G′相似。

圖1 不同墨水的主要流變特性

圖1B顯示了5 種墨水配方中G′′的變化，與G′的變化一致，并且隨著掃描頻率的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。TSP+Fc組的G′′明顯高于TSP組，TSP+FC組的G′′低于TSP+GG組；此外，SPI+Fc組的G′'低于TSP+Fc和PP+Fc組。

如圖1C所示，這5 組墨水的損耗角（tanδ）均小于1，TSP組的tanδ低于TSP+Fc組。圖1D顯示所有墨水的黏度均下降，這表明了假塑性行為，即墨水在剪切作用下變稀。

3D打印性能分析

表2顯示了用于評(píng)估的產(chǎn)品前部、中部、頂部和底部的選取情況。在底部，TSP組顯示了最佳的打印質(zhì)量，而其他4 個(gè)組則顯示打印不完全。TSP組和TSP+Fc組的打印結(jié)果相似，但TSP+Fc組頂部有少量材料缺失。在PP+Fc組中，幾乎不存在墨水拖尾現(xiàn)象；在印刷質(zhì)量方面，SPI和PP優(yōu)于TSP。

表2 不同墨水的印刷性能

質(zhì)地特性

硬度、彈性、咀嚼感和內(nèi)聚性被用來評(píng)估墨水的質(zhì)地屬性（表3）。

表3 不同墨水的紋理性質(zhì)

由表3可知，與TSP相比，TSP+Fc組表現(xiàn)出更高的硬度、彈性和內(nèi)聚性。與TSP+Fc組相比，TSP+GG組具有更高的硬度、更低的內(nèi)聚性、彈性和咀嚼性。

LF-NMR弛豫特性

5 種墨水的水橫向弛豫時(shí)間的差異如圖2A所示。表4顯示了具體的橫向弛豫時(shí)間（T2）以及相應(yīng)的相對(duì)峰面積百分比。5 種墨水的T2顯示出了兩個(gè)峰（T2b和T22）；TSP+Fc的T22和T2b水平低于TSP。PP和SPI的S22值較低，而S2b高于TSP+Fc。

圖2不同墨水T2的水分狀態(tài)分布（a）和不同墨水樣品的FTIR光譜（b）

表4 T2和不同墨水的峰面積比例

微觀結(jié)構(gòu)

圖3顯示了5 種墨水的微觀結(jié)構(gòu)。TSP+Fc形成的團(tuán)簇比TSP更多。與TSP相比，TSP+Fc在每個(gè)團(tuán)簇表面顯示出較少的邊緣裂紋；與TSP+Fc相比，PP和SPI顯示出的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)更為柔和、致密且堅(jiān)實(shí)，內(nèi)部緊密相連。TSP+GG則出現(xiàn)較大團(tuán)簇，表面有多層裂縫。

圖3 不同墨水樣品的微觀結(jié)構(gòu)

電子鼻分析

圖4A顯示了每個(gè)樣品上14 個(gè)電子鼻傳感器的數(shù)據(jù)。TSP在S13、S12、S11、S8、S7、S2和S1傳感器上的最高值表明對(duì)應(yīng)香氣成分的揮發(fā)度最高，F(xiàn)c的添加可能防止這種揮發(fā)度。5 種墨水在S9上的值變化最大。如圖4B所示，PC1和PC2解釋了總方差的93.1%，這表明PCA分析很好地代表了墨水的口味特征。與TSP和TSP+Fc相比，這2 個(gè)組之間的PCA重疊區(qū)域較小，這表明添加Fc顯著改善了TSP組的整體風(fēng)味；然而，包含F(xiàn)c的4 組之間存在顯著重疊。

圖4 不同墨水樣本的電子鼻檢測結(jié)果

Conclusion

本研究成功使用植物蛋白和功能成分（ WP和GSE）3D打印植物基肉類仿制品。這些成分可能有助于老年人群抵抗衰老，并進(jìn)一步促進(jìn)健康老齡化。結(jié)果顯示，添加WP和GSE改善了墨水的擠出性，增加了它們的凝膠強(qiáng)度和分子間氫鍵強(qiáng)度，并顯著提升了它們的整體風(fēng)味。最終，PP+Fc和SPI+Fc被確定為開發(fā)具有潛在抗氧化功能、適合消費(fèi)者的軟植物基肉類仿制品的最佳墨水配方。還需要進(jìn)一步研究這些植物基肉類仿制品的功能。本研究能夠推動(dòng)3D打印食品的生產(chǎn)，以滿足個(gè)體精確的營養(yǎng)需求。

3D printing of antioxidant-enriched plant-based meat analogue for the elderly: the role of wheat oligopeptide and grape seed extract

Zhiqiang Pua1, Siyu Yaoa1, Vijaya Raghavanb, Yang Liuc*, Jin Wanga*

aKey Laboratory of Environmental Medicine and Engineering, Ministry of Education, and Department of Nutrition and Food Hygiene, School of Public Health, Southeast University, Nanjing, 210009, China

bDepartment of Bioresource Engineering, Faculty of Agricultural and Environmental Sciences, McGill University, Montreal H9X3V9, Canada

cDepartment of Gastroenterology and Endoscopy Center, Pukou People’s Hospital, Nanjing, 210031, China

1these authors contributed equally to this work

*Corresponding authors.

Abstract

Due to the environmental hazards associated with excessive meat production and the impact of excessive consumption of red meat on human health, attention is being drawn to plant-based alternatives. Therefore, plant-based meat analogue are under widely research. However, there is still a lack of research focused on developing solely plant-based meat with enhanced nutritional benefits. This study aims to develop a functional plant-based meat ink utilizing 3D printing technology, which is expected to enhance the nutrition degree and customer attraction of plant-based meat. Soy protein isolate, xanthan gum, wheat oligopeptides, and grape seed extract were selected as raw materials. The results showed that the ink formulated with wheat oligopeptides and grape seed extract exhibited more suitable viscosity, stronger gel strength, and improved overall flavor. By comparing the texture properties with real meat inks, a combination of pea protein (7 g) or soy protein isolate (7 g), xanthan gum (0.25 g), wheat oligopeptides (1 g), and grape seed extract (0.5 g) was identified as the optimal ink formulation for plant-based meat analogue with potential antioxidant function for the elderly.

Reference:

PU Z Q, YAO S Y, RAGHAVAN V, et al. 3D printing of antioxidant-enriched plant-based meat analogue for the elderly: the role of wheat oligopeptide and grape seed extract[J]. Journal of Future Foods, 2026, 6(3): 421-429. DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.09.002.

翻譯：羅敬（實(shí)習(xí)）

編輯：龔藝；責(zé)任編輯：梁安琪

封面圖片來源：攝圖網(wǎng)

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