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更新時間：2024-04-17
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Micro CT 或3D XRM是一種非破壞性的成像技術(shù)，能夠提供物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高分辨率三維圖像。這種技術(shù)在油氣地質(zhì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟，但在食品科學(xué)的應(yīng)用則是近年來才開始興起。它的非侵入性特點(diǎn)使科學(xué)家能夠不破壞食品樣品的情況下，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性。這一技術(shù)對于理解食品的微觀結(jié)構(gòu)，尤其是在加工、儲存、包裝過程中發(fā)生的變化至關(guān)重要。
那么，Micro CT技術(shù)在食品科學(xué)中具體有哪些應(yīng)用呢？
1）結(jié)構(gòu)分析與質(zhì)構(gòu)評估：
食品的質(zhì)地和口感往往與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。利用XRM，科學(xué)家們能夠觀察食品內(nèi)部的氣泡、纖維、孔隙等結(jié)構(gòu)，并分析這些結(jié)構(gòu)如何影響食品的整體品質(zhì)。例如，在面包和糕點(diǎn)的研究中，這項(xiàng)技術(shù)可以幫助研究人員優(yōu)化配方和烘焙條件，以達(dá)到理想的蓬松度和口感。當(dāng)然，Micro CT能夠揭示食品中營養(yǎng)成分的分布情況，幫助研究人員設(shè)計更加均衡和健康的食品結(jié)構(gòu)，如分析堅果醬中脂肪和蛋白質(zhì)的分布。
2）加工過程優(yōu)化：
通過對不同加工條件下的食品進(jìn)行Micro CT掃描，研究人員可以了解加工過程如何改變食品的微觀結(jié)構(gòu)，如孔隙等，并據(jù)此調(diào)整加工參數(shù)以改善產(chǎn)品質(zhì)量。在冷凍和凍干食品的加工中，這項(xiàng)技術(shù)尤為重要，因?yàn)樗軒椭茖W(xué)家找到比較好的冷凍速度和干燥時間，以保持食品的營養(yǎng)和風(fēng)味。
3）包裝和保質(zhì)期評估：
Micro CT技術(shù)可以幫助科學(xué)家評估不同包裝材料對食品結(jié)構(gòu)的保護(hù)效果，以及貯藏過程中可能發(fā)生的微觀變化。這對于設(shè)計新型食品包裝材料，以及預(yù)測和延長食品的保質(zhì)期非常有用。
4）食品安全與摻假檢測：
利用Micro CT 技術(shù)，可以在不破壞樣品的情況下，檢測食品中的異物或摻假情況，例如識別肉類產(chǎn)品中的骨骼碎片或檢測谷物中的石子。
5）3D 食品打印：
在 3D 食品打印領(lǐng)域，Micro CT 可以用來分析打印食品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和質(zhì)地，為打印參數(shù)的優(yōu)化提供依據(jù)，確保打印食品的品質(zhì)和穩(wěn)定性。
6）變溫等多場耦合原位實(shí)驗(yàn)：
MicroCT 技術(shù)發(fā)展至目前已經(jīng)不再局限于針對樣品結(jié)構(gòu)信息的靜態(tài)掃描，現(xiàn)如今，輔以如力學(xué)（拉伸/圍壓）原位實(shí)驗(yàn)臺/ 高低溫原位實(shí)驗(yàn)臺/酸堿度環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)臺等配件，也可以實(shí)現(xiàn)樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)在多場耦合條件下的動態(tài)變化過程。
部分應(yīng)用案例展示：
1、薯片內(nèi)部孔隙及油脂的三維空間分布表征
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2、 低溫條件（-20℃）下，冰淇淋樣品內(nèi)部水合物/油脂及孔隙的三維空間分布情況表征
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3、巧克力球內(nèi)部多層結(jié)構(gòu)三維表征及榛果顆粒粒徑分布/孔隙孔徑三維
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近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，食品科學(xué)的研究領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展和豐富，這其中，尤其創(chuàng)新食品的開發(fā)較為引人注目。 我們這里就以人造肉的相關(guān)研究為例，一起來討論一下Micro CT或3D XRM技術(shù)在該研究領(lǐng)域的一些應(yīng)用：
1) 紋理和結(jié)構(gòu)分析：
人造肉產(chǎn)品的成功與否，在很大程度上取決于其能否在口感和外觀上模仿真正的肉類產(chǎn) 品。Micro CT 可以提供人造肉內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的詳細(xì)三維圖像，包括纖維狀組織的排列和密度，從而幫助研究者評估和優(yōu)化其結(jié)構(gòu)以更接近真肉。利用Micro CT 技術(shù)觀察人造肉 的纖維化過程，即植物蛋白或動物細(xì)胞在特定條件下形成肌肉纖維狀結(jié)構(gòu)的過程。通過 分析不同生長階段的人造肉樣本，研究人員能夠詳細(xì)了解纖維化的動態(tài)變化，包括纖維 的形成速度、纖維的直徑、以及纖維間的相互排列情況。
2) 成分分布評估：
Micro CT 能夠精確地揭示人造肉中不同成分（如蛋白質(zhì)、脂肪和水分）的分布情況。通過分析這些成分的分布均勻性，研究者可以調(diào)整配方或加工工藝，以改善產(chǎn)品的品質(zhì)和感官屬性。
3) 孔隙結(jié)構(gòu)分析：
孔隙結(jié)構(gòu)對于模擬肉類的多汁感和口感至關(guān)重要。Micro CT 可以用于量化人造肉的孔隙度、孔隙大小分布以及孔隙的連通性，為制造更加多汁和柔軟的人造肉產(chǎn)品提供數(shù)據(jù)支持。
4) 支架材料的評估：
支架材料在人造肉合成過程中主要應(yīng)用于提供細(xì)胞生長的三維結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。一個研究項(xiàng)目通過Micro CT 分析不同設(shè)計的支架材料，評估它們的孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙大小和分布，以及對細(xì)胞附著和生長的影響。這些信息幫助研究團(tuán)隊優(yōu)化支架的微觀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)細(xì)胞更有效地生長和組織化，從而提高培養(yǎng)肉的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
5) 產(chǎn)品質(zhì)量控制：
Micro CT 技術(shù)可以用于人造肉產(chǎn)品的質(zhì)量控制，如檢測生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷（裂紋、空洞等），確保每批產(chǎn)品的一致性和高質(zhì)量。利用Micro CT 技術(shù)對成品進(jìn)行非破壞性檢測，生產(chǎn)商可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題，避免劣質(zhì)產(chǎn)品流入市場。這對于保證人造肉產(chǎn)品的一致性和消費(fèi)者的接受度具有重要意義。
6) 新食品開發(fā)：
對于開發(fā)新型人造肉產(chǎn)品或其他創(chuàng)新食品，Micro CT 提供了一種探索不同原料和生產(chǎn)工藝對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響的工具，有助于研究和開發(fā)具有新穎質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)價值的食品。
我們可以看到，Micro CT技術(shù)正在成為食品科學(xué)研究中的一項(xiàng)重要工具，尤其是在人造肉等創(chuàng)新食品的開發(fā)上。它為我們提供了一個全新的視角，讓我們能夠深入到食品的內(nèi)部世界，了解和改善那些決定食品品質(zhì)的微觀因素。
部分應(yīng)用案例分享：
1、合成培養(yǎng)肉肌肉組織及支架模型三維模型表征
——《Tissue-like cultured fish fillets through a synthetic food pipeline》
2、肉類樣品組織、脂肪、纖維等不同組分三維圖像表征
——《Visualization, modeling and analysis of salmon muscle structure: Based on micro-CT 》
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入，我們有理由相信，Micro CT技術(shù)將在未來的食品科學(xué)研究中扮演更加重要的角色。無論是改進(jìn)傳統(tǒng)食品，還是開發(fā)新產(chǎn)品，它都將是我們強(qiáng)有力的助手。
德國布魯克三維X射線顯微鏡系列產(chǎn)品介紹：
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