基于挤出成型的3D打印牛肉糜工艺研究

◎ 董琳琳，田 露，肖 凤，施鑫园

（吉林农业科技学院 食品工程学院，吉林 吉林 132101）

3D打印技术是一种基于计算机设计数字模型文件，利用原材料直接构建设计模型的增材制造技术[1]。食品3D打印技术以粉状、液体或糊状材料为原料，通过多喷嘴注射、三维平面打印、自动涂层或熔融沉积等方式，生产出不同形状的食品[2]。与传统食品加工相比，3D打印食品更加灵活、生产工艺更加简单，并可根据不同需求进行定制式加工，安全可靠，品质有保障。充分展现出食品加工的个性化，方便个人饮食的不同需求组合，产品新颖，成为时下食品加工领域研究的热点技术之一[3]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛里脊肉、鸡蛋、精制食用盐、纯净水以及土豆淀粉，均采购于吉林大润发商贸有限公司。

1.2 仪器与设备

3D打印机（杭州时印科技有限公司）；食品级自封袋（市售）；小型手持料理机（青岛试验用品有限公司）；PL203型电子分析天平（上海精密仪器厂）；游标卡尺（杭州工具量具有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

牛里脊肉→清洗→切块→煮制→搅碎→斩拌（加入淀粉、精盐）→3D打印（设置打印参数）→成品[4]。

1.3.2 感官试验设计

感官评审人员由5名专业食品加工人员组成，考察色泽（20%）、气味（15%）、外观形状（35%）以及弹性（30%），并进行综合评分赋分，取平均值，评价标准见表1[5]。

表1 感官评价标准表

1.3.3 单因素试验设计

设计单因素试验考察食盐添加量（1.5 g、2.5 g、3.5 g、4.5 g和5.5 g）、淀粉与面粉添加比（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）对3D打印牛肉糜品质的影响，为进一步工艺优化做准备。

1.3.4 正交试验优化设计

根据单因素试验结果，以食盐添加量、淀粉与面粉添加比、食用油脂添加量3个因素作为自变量，感官评分为因变量，设计L9（33）正交试验，确定3D打印牛肉糜的最佳加工工艺。

2 结果与分析

2.1 3D打印牛肉糜单因素结果分析

2.1.1 食盐添加量对3D打印牛肉糜品质的影响

设定淀粉与面粉添加比为1∶2.5、食用油脂添加量为4 g，考察不同食盐添加量（1.5 g、2.5 g、3.5 g、4.5 g和5.5 g）对牛肉糜品质的影响，根据感官评分分值确定食盐添加量的最佳条件。结果见图1。

根据图1可知，食盐添加量在1.5～3.5 g时，感官分值出现急剧上升趋势，这是由盐的咸味阈值决定的，同时盐在溶胶制品加工过程中能够溶解肌动球蛋白，使糜状肌肉调水后黏稠，从而影响牛肉糜的黏性和胶体性质。持续添加食盐，牛肉糜感官分值显著下降，影响口味及其他品质，因此，最佳的食盐添加范围为2.5～4.5 g。

2.1.2 淀粉与面粉添加比对3D打印牛肉糜品质的影响

设定盐添加量为3.5 g，食用油脂添加量为4 g，考察不同淀粉与面粉添加比（1∶0.5、1∶1.5、1∶2.5、1∶3.5以及1∶4.5）对牛肉糜品质的影响，根据感官评分分值确定淀粉与面粉添加比的最佳条件。结果见图2。

由图2可知，淀粉与面粉的添加比变化，随着面粉添加比例增大，感官分值呈现上升趋势，在1∶2.5时，感官分值最高。持续增加面粉量，感官分值下降，这是因为淀粉与面粉的性质决定的，面粉能够使制品的黏度和附着力增强。因此，最佳的淀粉与面粉添加比范围为1∶1.5～1∶3.5。

2.1.3 食用油脂添加量对3D打印牛肉糜品质的影响

设定食盐添加量为3.5 g，淀粉与面粉添加比为1∶2.5时，考察不同食用油脂添加量（2 g、3 g、4 g、5 g和6 g）对3D打印牛肉糜品质的影响，根据感官评分分值确定3D打印牛肉糜的最佳食用油脂添加量。结果见图3。

由图3可知，增加油脂添加量，成品的感官分值稳定上升，在添加食用油脂4 g时，其感官评分最高，当添加量持续增加后，感官评分开始缓慢下降。这是由于油脂在牛肉糜加工中能有效提高成品的光泽和润滑度，但过多则会对成品的黏度产生影响，因此最佳的食用油脂添加范围为3～5 g。

2.2 正交试验结果分析

2.2.1 正交试验因素水平的确定

根据不同加工条件下3D打印牛肉糜成品的感官评分分值结果，确定食盐添加量、淀粉与面粉添加比、食用油脂添加量3因素条件范围，具体因素水平见表2。

表2 正交试验设计因素水平表

2.2.2 正交试验结果分析

根据单因素试验结果，以食盐添加量（A）、淀粉与面粉添加比（B）、食用油脂添加量（C）3个因素作为自变量，感官评分为因变量，设计L9（33）正交试验，确定3D打印牛肉糜加工工艺的最佳参数组合，结果见表3。

表3 L9（33）正交分析表

从表3结果的极差R分析可知各因素对3D打印牛肉糜品质的影响程度不同，其主次顺序为B＞A＞C，表明淀粉与面粉添加比对牛肉糜品质的影响最大，食盐添加量因素次之，食用油脂因素影响较小。根据K值可知最优组合为A2B2C2，综合感官评分为90.70分；正交表中第5组A2B2C3感官得分为92.33分，因此结合两组组合得分情况进行对比试验。经3次试验重复，其中A2B2C3组合感官评分为93.0分，但是成品容易变形，弹性稍差，而A2B2C2组合感官评分为90.5分，但其成品品质比A2B2C3组合更好。表明该试验模型的最佳组合应为A2B2C2组合，因此3D打印牛肉糜的最佳工艺为：食盐添加量为3.5 g，淀粉与面粉添加比为1∶2.5，食用油脂添加量为4 g，此加工条件下的牛肉糜色泽鲜明亮丽、香气浓郁、外形稳固不易变形、外表光滑、弹性佳及按压回弹效果好。

3 结论

以新鲜牛里脊肉为原材料，以感官分值为指标，通过考察食盐添加量、淀粉与面粉添加比和食用油脂添加量对3D打印牛肉糜品质的最适条件，建立正交试验优化模型，得出3D打印牛肉糜的最佳工艺为：食盐添加量为3.5 g，淀粉与面粉添加比为1∶2.5，食用油脂添加量为4 g，此条件下3D打印牛肉糜的品质最佳。