超声-高速剪切改性大豆豆渣不溶性膳食纤维用于3D打印曲奇饼干的研究

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豆渣是生产豆制品的副产物,一般将其作为动物饲料或直接当作废料丢弃。然而,豆渣具有较高含水量和黏性,豆渣中膳食纤维(DF)含量也极为丰富,约占干物质含量的一半以上。DF根据水溶性的不同分为可溶性膳食纤维(SDF)和不溶性膳食纤维(IDF),且SDF和IDF大约分别占DF的2%和90%左右,SDF在调节人体代谢功能方面发挥着重要的作用。因此,怎样利用好豆渣中的IDF成为了当前研究的热点。本研究以大豆豆渣为原料,提取出豆渣中的IDF,并对其进行改性,随之应用于曲奇饼干中,制备了一种3D打印曲奇饼干。首先,通过复合酶法从大豆豆渣中提取IDF,采用超声波-高速剪切改性的方式对IDF进行处理,并对改性的IDF进行表征、理化性能和功能性的测定。以溶胀性、持水力和持油力为依据,确定出最佳的改性参数。然后,通过流变特性和质构特性确定出最佳的添加浓度,在此基础上对打印参数进行优化,通过3D打印技术制备形状多样的曲奇饼干,并进行烘焙后处理。最后,将3D打印曲奇饼干与对照组和市售曲奇饼干进行质量评价。主要研究结果如下:(1)为了提高改性IDF的理化和功能特性,本文通过复合酶法从大豆豆渣中提取IDF,再以超声波-高速剪切的方式对IDF进行改性处理。然后,对改性后的IDF进行了扫描电镜、X-射线衍射、傅里叶红外光谱、粒径和Zeta电位等表征分析,以探究改性对IDF理化和功能特性的影响。结果发现,当超声波的功率为500 W、高速剪切的速率为15000 r/min时,此时,改性IDF悬浮液表现出了较好的稳定性。热分析法表明改性IDF有较好的热稳定性。形态外貌观察到联合改性IDF微观结构表面出现了裂痕、且内部结构疏松多孔,这使得其暴露了更多的功能性基团。当改性参数为500 W-15000 r/min时,改性IDF的粒径最小为36.39±0.12μm,Zeta电位为-26.12±2.12 m V,持水力为14.13±0.51 g/g,持油力为7.4±0.42 g/g,均大于其他改性参数下制备的IDF。(2)为了制备一种3D打印曲奇饼干。首先,将不同浓度梯度的改性IDF应用于曲奇面团中,通过流变特性和质构特性以探究含改性IDF曲奇面团的可打印性。结果表明,当添加6%的改性IDF于曲奇面团中时,其挤出流动性较好。此时,曲奇面团的硬度、弹性和和粘结性也达到了最佳状态。在此基础上,对填充率、喷头直径和打印速度进行打印参数的优化。结果表明,当填充率为30%、喷头直径为0.8 mm、打印速度为50 mm/s时,3D打印曲奇饼干有较高的保真度和结构稳定性。最后,设定不同的3D打印模型,如鱼骨、蝴蝶、五角星和卡通人物等进行打印,以实现3D打印外观形状的多样化,并对3D打印曲奇饼干进行烘焙后处理。(3)为了探究3D打印曲奇饼干的质量品质,本研究将对照组和市售的曲奇饼干进行了对比。结果发现,3D打印曲奇饼干有较大延展因子和较高的形状保真度。在厚度上的形变率为24.16%,低于对照组的形变率34.17%。其烘焙后的水分含量为2.86±0.25%、碳水化合物含量为56.93±1.58%、脂肪含量为17.56±1.35%均低于对照组和市售曲奇饼干,然而,DF含量为6.05±0.85%。水分活度为0.25,能有效的延长保质期。对曲奇饼干进行感官评估,发现3D打印曲奇饼干对消费者也有较好的接受度。
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