基于擠出成型的3D打印牛肉糜工藝研究

◎ 董琳琳，田 露，肖 鳳，施鑫園

（吉林農業科技學院 食品工程學院，吉林 吉林 132101）

3D打印技術是一種基于計算機設計數字模型文件，利用原材料直接構建設計模型的增材制造技術[1]。食品3D打印技術以粉狀、液體或糊狀材料為原料，通過多噴嘴注射、三維平面打印、自動涂層或熔融沉積等方式，生產出不同形狀的食品[2]。與傳統食品加工相比，3D打印食品更加靈活、生產工藝更加簡單，并可根據不同需求進行定制式加工，安全可靠，品質有保障。充分展現出食品加工的個性化，方便個人飲食的不同需求組合，產品新穎，成為時下食品加工領域研究的熱點技術之一[3]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛里脊肉、雞蛋、精制食用鹽、純凈水以及土豆淀粉，均采購于吉林大潤發商貿有限公司。

1.2 儀器與設備

3D打印機（杭州時印科技有限公司）；食品級自封袋（市售）；小型手持料理機（青島試驗用品有限公司）；PL203型電子分析天平（上海精密儀器廠）；游標卡尺（杭州工具量具有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

牛里脊肉→清洗→切塊→煮制→攪碎→斬拌（加入淀粉、精鹽）→3D打印（設置打印參數）→成品[4]。

1.3.2 感官試驗設計

感官評審人員由5名專業食品加工人員組成，考察色澤（20%）、氣味（15%）、外觀形狀（35%）以及彈性（30%），并進行綜合評分賦分，取平均值，評價標準見表1[5]。

表1 感官評價標準表

1.3.3 單因素試驗設計

設計單因素試驗考察食鹽添加量（1.5 g、2.5 g、3.5 g、4.5 g和5.5 g）、淀粉與面粉添加比（1∶0.5、1∶1.5、1∶2.5、1∶3.5和1∶4.5）、食用油脂添加量（2 g、3 g、4 g、5 g和6 g）對3D打印牛肉糜品質的影響，為進一步工藝優化做準備。

1.3.4 正交試驗優化設計

根據單因素試驗結果，以食鹽添加量、淀粉與面粉添加比、食用油脂添加量3個因素作為自變量，感官評分為因變量，設計L9（33）正交試驗，確定3D打印牛肉糜的最佳加工工藝。

2 結果與分析

2.1 3D打印牛肉糜單因素結果分析

2.1.1 食鹽添加量對3D打印牛肉糜品質的影響

設定淀粉與面粉添加比為1∶2.5、食用油脂添加量為4 g，考察不同食鹽添加量（1.5 g、2.5 g、3.5 g、4.5 g和5.5 g）對牛肉糜品質的影響，根據感官評分分值確定食鹽添加量的最佳條件。結果見圖1。

根據圖1可知，食鹽添加量在1.5～3.5 g時，感官分值出現急劇上升趨勢，這是由鹽的咸味閾值決定的，同時鹽在溶膠制品加工過程中能夠溶解肌動球蛋白，使糜狀肌肉調水后黏稠，從而影響牛肉糜的黏性和膠體性質。持續添加食鹽，牛肉糜感官分值顯著下降，影響口味及其他品質，因此，最佳的食鹽添加范圍為2.5～4.5 g。

2.1.2 淀粉與面粉添加比對3D打印牛肉糜品質的影響

設定鹽添加量為3.5 g，食用油脂添加量為4 g，考察不同淀粉與面粉添加比（1∶0.5、1∶1.5、1∶2.5、1∶3.5以及1∶4.5）對牛肉糜品質的影響，根據感官評分分值確定淀粉與面粉添加比的最佳條件。結果見圖2。

由圖2可知，淀粉與面粉的添加比變化，隨著面粉添加比例增大，感官分值呈現上升趨勢，在1∶2.5時，感官分值最高。持續增加面粉量，感官分值下降，這是因為淀粉與面粉的性質決定的，面粉能夠使制品的黏度和附著力增強。因此，最佳的淀粉與面粉添加比范圍為1∶1.5～1∶3.5。

2.1.3 食用油脂添加量對3D打印牛肉糜品質的影響

設定食鹽添加量為3.5 g，淀粉與面粉添加比為1∶2.5時，考察不同食用油脂添加量（2 g、3 g、4 g、5 g和6 g）對3D打印牛肉糜品質的影響，根據感官評分分值確定3D打印牛肉糜的最佳食用油脂添加量。結果見圖3。

由圖3可知，增加油脂添加量，成品的感官分值穩定上升，在添加食用油脂4 g時，其感官評分最高，當添加量持續增加后，感官評分開始緩慢下降。這是由于油脂在牛肉糜加工中能有效提高成品的光澤和潤滑度，但過多則會對成品的黏度產生影響，因此最佳的食用油脂添加范圍為3～5 g。

2.2 正交試驗結果分析

2.2.1 正交試驗因素水平的確定

根據不同加工條件下3D打印牛肉糜成品的感官評分分值結果，確定食鹽添加量、淀粉與面粉添加比、食用油脂添加量3因素條件范圍，具體因素水平見表2。

表2 正交試驗設計因素水平表

2.2.2 正交試驗結果分析

根據單因素試驗結果，以食鹽添加量（A）、淀粉與面粉添加比（B）、食用油脂添加量（C）3個因素作為自變量，感官評分為因變量，設計L9（33）正交試驗，確定3D打印牛肉糜加工工藝的最佳參數組合，結果見表3。

表3 L9（33）正交分析表

從表3結果的極差R分析可知各因素對3D打印牛肉糜品質的影響程度不同，其主次順序為B＞A＞C，表明淀粉與面粉添加比對牛肉糜品質的影響最大，食鹽添加量因素次之，食用油脂因素影響較小。根據K值可知最優組合為A2B2C2，綜合感官評分為90.70分；正交表中第5組A2B2C3感官得分為92.33分，因此結合兩組組合得分情況進行對比試驗。經3次試驗重復，其中A2B2C3組合感官評分為93.0分，但是成品容易變形，彈性稍差，而A2B2C2組合感官評分為90.5分，但其成品品質比A2B2C3組合更好。表明該試驗模型的最佳組合應為A2B2C2組合，因此3D打印牛肉糜的最佳工藝為：食鹽添加量為3.5 g，淀粉與面粉添加比為1∶2.5，食用油脂添加量為4 g，此加工條件下的牛肉糜色澤鮮明亮麗、香氣濃郁、外形穩固不易變形、外表光滑、彈性佳及按壓回彈效果好。

3 結論

以新鮮牛里脊肉為原材料，以感官分值為指標，通過考察食鹽添加量、淀粉與面粉添加比和食用油脂添加量對3D打印牛肉糜品質的最適條件，建立正交試驗優化模型，得出3D打印牛肉糜的最佳工藝為：食鹽添加量為3.5 g，淀粉與面粉添加比為1∶2.5，食用油脂添加量為4 g，此條件下3D打印牛肉糜的品質最佳。