南京農(nóng)大用響應面法和遺傳算法優(yōu)化雞肉的3D打印：3D打印雞肉產(chǎn)品的可行性研究

來源：食研私享

2021年10月23日，南京農(nóng)業(yè)大學肉品加工與質(zhì)量控制教育部重點實驗室：Genghan Yang（1作）......、徐幸蓮*（通訊）等在農(nóng)林科學1區(qū)TOP期刊LWT-Food Science and Technology （IF：4.952）在線發(fā)表了題為“Optimizing 3D printing of chicken meat by response surface methodology and genetic algorithm: Feasibility study of 3D printed chicken product”的研究文章。
為了實現(xiàn)雞肉的3D打印，該研究采用響應面法-遺傳算法（RSM-GA）模擬了復雜因素（噴嘴直徑、擠絲直徑、噴嘴溫度和NaCl添加量）對3D打印成型精度的影響。然后在RSM-GA優(yōu)化的最佳條件下制備了3D打印雞肉產(chǎn)品并研究了其烹飪可行性，以考察其商業(yè)應用價值。肉類3D打印已有大量文獻報道，然而尚沒有人研究過3D打印雞肉產(chǎn)品和模具成型（MS）雞肉產(chǎn)品的區(qū)別。因此，該研究從蒸煮性能、質(zhì)構(gòu)特性、水分狀態(tài)及分布、微觀結(jié)構(gòu)等方面比較了3D打印產(chǎn)品和MS產(chǎn)品的差異。

亮點介紹
[1] 用雞肉作食品3D打印的原料。
[2] 采用RSM-GA對雞肉3D打印參數(shù)進行優(yōu)化。
[3] 優(yōu)化后的配方實現(xiàn)了擠出和支撐之間的平衡。
[4] 3D打印成型和模具成型的產(chǎn)品在烹飪后具有類似的質(zhì)地。

成果介紹
研究人員采用響應曲面法（RSM）和遺傳算法（GA）對雞肉3D打印的工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，印刷結(jié)果表明，在1.3mm噴嘴直徑、9.8mm擠絲直徑、28.0℃噴嘴溫度和2.5%NaCl添加量下，3D打印成型精度最佳。

流變學和凝膠強度結(jié)果表明，NaCl處理的雞肉糜具有剪切變稀行為和足夠的凝膠強度（>99.85 g·mm），表明雞肉糜從噴嘴順暢擠出與沉積后支撐結(jié)構(gòu)達到平衡。另一方面，通過與模具成型（MS）產(chǎn)品的對比，探究了3D打印產(chǎn)品的蒸煮可行性。在優(yōu)化條件下，熟化的3D打印樣品與MS樣品具有相似的質(zhì)構(gòu)特性，但蒸煮損失嚴重。

核磁共振（NMR）和掃描電子顯微鏡（SEM）結(jié)果表明，由于3D打印的剪切作用，雞肉凝膠中的水分逐漸轉(zhuǎn)化為自由水而流失，導致蛋白質(zhì)相對濃度升高。因此，蒸煮后形成了較為致密、均勻的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

綜上所述，利用最佳3D打印工藝條件得到的產(chǎn)品具有良好的幾何形狀和一定的蒸煮可行性。填補了3D打印在雞肉制品中應用的空白，為今后新型食品制造提供理論依據(jù)。

△烹飪前后的3D打印樣品展示。

專 家 簡 介

徐幸蓮

徐幸蓮，南京農(nóng)業(yè)大學教授，博士生導師，食品科技學院院長，國家肉品質(zhì)量安全控制工程技術研究中心副主任。長期從事肉品加工與質(zhì)量控制領域的教學、科研及服務社會工作。先后主持國家自然科學基金、國家科技部“十一五”支撐計劃項目、十三五重點研發(fā)計劃課題 、“863”高技術重點項目、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系專項、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新重點項目等國家級、部省級課題 20 多項，獲國家、省部級及行業(yè)科技成果獎 10 多項，其中“冷卻肉品質(zhì)控制關鍵技術及裝備創(chuàng)新與應用”獲得國家科技進步二等獎（排名第 3），獲國家發(fā)明專利 10 項，發(fā)表論文 250 余篇，其中 SCI 收錄 136 篇，主編或副主編《食品原料學》、《肉品學》、《冷卻禽肉加工技術》等教材與專著 6部。2009 年入選國家肉雞產(chǎn)業(yè)技術體系崗位科學家并擔任加工研究室主任，2011 年獲江蘇省“333 高層次人才培養(yǎng)工程”第二層次培養(yǎng)對象，2016 獲江蘇省有突出貢獻的中青年專家等榮譽稱號。兼任中國畜產(chǎn)品加工研究會常務副會長。
原文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112693