采用主成分分析抗冻剂对冷冻虾肉糜3D可打印性的影响

潘燕墨，刘 阳，孙钦秀，刘书成,2※，魏 帅，夏秋瑜，吉宏武，施文正

（1. 广东海洋大学食品科技学院/广东省水产品加工与安全重点实验室/广东省海洋食品工程技术研发中心/广东省海洋生物制品工程重点实验室/水产品深加工广东普通高等学校重点实验室，湛江 524088；2. 大连工业大学海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，大连 116034；3. 上海海洋大学食品学院，上海 201306）

0 引 言

3D打印是一种以计算机设计的数字模型文件为基础，通过分层制造和逐层叠加的原理完成对数字模型构建的新兴技术[1]，可以制造出传统方法无法制作的几何模型。3D打印技术已广泛应用于航天航空、医学、建筑、机械制造等相关领域[2]。近年来，3D打印技术在食品工业中也得到了广泛应用，例如3D打印巧克力[3]、饼干[4]、奶酪[5]、凝胶类食品[6]等。

虾肉糜制品（虾滑、虾肠、虾丸等）是对虾精深加工产品之一，因富含蛋白质、风味好、口感佳而深受消费者喜爱。虾肉糜具有良好的流变学特性，其形成凝胶后还具有良好的质构特性，是一种适合于3D打印的食品原料。利用3D打印技术可以制造出多样化的虾肉糜制品，满足消费者对现代时尚食品的需求，同时提升产品的附加值。3D打印要求虾肉糜具有一定的流变和质构特性使其易于从3D打印机喷头挤出，并保持打印形状稳定。虾肉糜在3D打印之前通常是以冷冻方式保存，冷冻容易使虾肉糜蛋白质发生冷冻变性而失去3D打印特性。蛋白质变性也不利于3D打印后产品形成良好的弹性凝胶，影响3D打印产品熟化后的品质。因此，如何改善冷冻虾肉糜3D可打印性是虾肉糜3D打印商品化急需解决的问题。向肉糜中添加抗冻剂可以有效地减缓蛋白质的冷冻变性，并使肉糜具有较好的保水性，传统使用的抗冻剂主要是糖类和磷酸盐类[7-9]；海藻糖是一种新型抗冻剂，对水产品也具有很好的抗冻效果和保水性，而且海藻糖比磷酸盐类抗冻剂更加有利于人体健康[10-13]；然而，抗冻剂种类及添加量对抑制蛋白质冷冻变性的效果是有差异的。丁晨等[9]向秘鲁鱿鱼鱼糜中添加1%的海藻糖在-18 ℃冻藏6周，对蛋白质特性的保护效果显著优于焦磷酸钠。Osako等[11]比较了海藻糖、蔗糖、葡萄糖和山梨糖醇对竹荚鱼鱼糜的抗冷冻保护作用，添加5.0%～7.5%海藻糖对蛋白质的抗冻效果与传统糖类抗冻剂具有相同的效果。张静雅等[12]将4%海藻糖+3%乳糖醇+1%蔗糖+2%山梨醇复配抗冻剂添加到鲢鱼鱼糜中，对蛋白质特性的保护作用显著优于4%蔗糖和4%山梨醇混合的商业抗冻剂。黄建联[13]用海藻糖、麦芽糖醇和山梨糖醇复配添加到鲢鱼鱼滑中，在冻藏过程中对蛋白质的稳定性起到了很好的保护作用，延缓了蛋白质冷冻变性。

综上，为了探究冷冻虾肉糜的蛋白质易发生冷冻变性而失去3D可打印性的问题，本研究以添加不同抗冻剂的虾肉糜为研究对象，对虾肉糜冷冻贮藏过程中3D打印精确性和稳定性、流变和质构特性的变化开展了试验研究，采用相关性和主成分分析虾肉糜3D打印精确性和稳定性与流变和质构特性之间的关系，研究结果可为冷冻虾肉糜的3D打印应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）：规格为30～40尾/kg，购于广东省湛江市霞山区水产品批发市场，保活运至实验室。食盐：粤盐，广东省盐业集团有限公司，中国；蔗糖：河南省万邦实业有限公司，中国；山梨糖醇：河南省万邦实业有限公司，中国；多聚磷酸盐：山东省源隆食品有限公司，中国；海藻糖：日本林源生化科技公司，日本；料酒：鲁花，山东省鲁花集团有限公司，中国；味精：太太乐，上海市太太乐食品有限公司，中国；白砂糖：广西省东亚扶南精糖有限公司，中国。

1.2 主要仪器与设备

高速斩拌机：GZB20型，广州市汕宝食品厂机械部，中国；电子天平：UX2200H型，岛津公司，日本；3D食品打印机：FOODBOT E1型，杭州时印科技有限公司，中国；高精确性数显游标卡尺：DL91150型，宁波得力集团有限公司，中国；微单高清数码相机：M200（15-45）型，佳能有限公司，日本；LED摄影棚灯箱：F60型，深圳旅行家科技有限公司，中国；模块化高级流变仪：HAAKE MARS Ⅲ型，Thermo Fisher Scientific公司，美国；物性分析质构仪：TMS-Pro型，FTC公司，美国；高速冷冻离心机：3K-15型，Sigma公司，德国。

1.3 试验方法

1.3.1 虾肉糜的制备

将新鲜凡纳滨对虾去头、去壳、去肠腺，虾仁用料理机绞碎处理5 min，将绞碎的虾肉与冰水以1∶5的比例混合漂洗3次，然后将其包裹在3层纱布中进行手动脱水制成虾肉糜。将虾肉糜分为5份，其中1份不添加抗冻剂作为对照（CK处理），其他4份以虾肉糜质量为基准分别添加商业抗冻剂4%蔗糖+4%山梨糖醇+0.3%多聚磷酸盐（SSP处理）、8%海藻糖（TH处理）、0.3%多聚磷酸盐（PP处理）、8%海藻糖+0.3%多聚磷酸盐（TP处理）。添加抗冻剂后分别用斩拌机斩拌5 min。将5份虾肉糜放入-80 ℃超低温冰箱中速冻2 h，使虾肉糜中心温度达到-20 ℃，然后将虾肉糜转移至-18 ℃冰箱中进行冻藏。分别在贮藏第0、10、20、30、60和90 d取样，流水解冻后添加虾肉糜质量3%的食盐、3%的料酒、1%的味精和1%的白砂糖，用斩拌机斩拌2 min，然后分析虾肉糜的持水性、流变和质构特性，并进行3D打印测试其打印精确性和稳定性。

1.3.2 虾肉糜3D打印精确性和稳定性

本试验设计的3D打印模型为边长（Lm，mm）为20 mm的正方体，3D打印机喷头直径为1.20 mm，设置3D打印机料筒温度为25 ℃，打印速度为30 mm/s，打印高度为2 mm，打印填充率为80%。打印完成后，立刻用游标卡尺测量3D打印产品的平面边长（Ls，mm）和高度（H0，mm），利用式（1）计算3D打印精确性（Pa，%）；将打印产品在室温（25 ℃）下放置60 min，使用游标卡尺测量打印产品的高度（H60，mm），利用式（2）计算3D打印的稳定性（Ps，%）。同时，在LED灯箱中用数码相机对3D打印产品进行拍照，从外观上评价其打印效果。

式中H0为3D打印产品放置0 min时高度，mm；H60为3D打印产品放置60 min时的高度，mm。

1.3.3 虾肉糜流变特性的测定

参照Liu等[14]方法，采用HAAKE MARS模块化高级流变仪测试虾肉糜的流变特性。将样品涂抹在直径为20 mm的圆形样品台上，选择P35Ti L转子，设置转子与样品台之间的间隙为1 mm，设定流变仪温度为25 ℃，设置剪切速率范围为0.1～100.0 s-1，测定静态表观黏度和剪切应力随剪切速率的变化规律，并根据式（3）（Herschel-Bulkley模型）、式（4）和式（5）对剪切应力和表观黏度曲线进行拟合。

式中σ为剪切应力，Pa；σ0为屈服应力，Pa；k为黏性常数；ε˙为剪切速率，s-1；ηα为表观黏度，Pa·s；n为流态特性指数。

动态黏弹性是通过小振幅振荡频率扫描模式进行测量，频率设置为0.1～10.0 Hz。所有测量均在确定的黏弹性线性区域内进行，应变扫描为0.1%，记录弹性模量（G′，Pa）和黏性模量（G″，Pa）随振荡频率的变化。为了方便了解物料黏弹性的变化，将虾肉糜的黏弹性进行综合分析，可以根据物料抗挤压形变的综合模量（G*，Pa）来进行分析，根据式（6）进行拟合[15]。

式中AF为流变单元之间的连接强度，为流变单元个数；ω为流变测试中频率的大小，Hz。

1.3.4 虾肉糜质构特性的测定

参照Liu等[16]的方法，采用TMS-Pro质构仪测试虾肉糜的质构特性。取20 g虾肉糜放置烧杯中，在温度为25 ℃和湿度为40%～50%的条件下，对虾肉糜的硬度（N）、弹性（mm）和黏附性（N·mm）等质构特性进行质构剖面分析（Texture Profile Analysis, TPA）。质构仪选择圆柱重型金属探头（FTC 38.1 mm Steel），测试参数设置：探头上升到样品表面的高度为30 mm，测试速度60 mm/min，压缩变形50%，起始力为0.5 N。

1.3.5 虾肉糜持水性的测定

参考Zhang等[17]的方法，采用离心法测定虾肉糜的持水性（Water Holding Capacity，WHC，%）。称取一定质量的虾肉糜（W1，g），在4 ℃下冷冻离心（10 000g，其中g为重力加速度9.80 m/s2）10 min，离心后用滤纸吸掉虾肉糜表面水分，称质量（W2，g），WHC的计算如式（7）所示：

1.3.6 数据处理

质构试验重复5次，其他试验重复3次，结果用平均值±标准差表示，使用JMP统计软件对数据进行方差分析和Tukey多重比较、拟合曲线、相关性和主成分分析，置信度为95%（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 抗冻剂对虾肉糜3D打印精确性和稳定性的影响

3D打印精确性和稳定性是评估3D打印产品质量的重要指标[18]。虾肉糜的3D打印效果如图1所示。其中，CK处理的虾肉糜经冻藏后，3D打印线条粗糙，产品出现沉积坍塌，外观效果差；添加抗冻剂的处理，虾肉糜经冻藏后3D打印产品的外观均得到了改善。TP处理的3D打印线条细腻、产品没有明显的沉积塌陷，外观效果好；SSP处理和TH处理在冻藏0～30 d能保持3D打印产品具有较好的外观，然而在冻藏60～90 d时3D打印产品的层与层之间的融合性较差；PP处理在冻藏0～20 d也能保持3D打印产品具有较好的外观，但冻藏30 d后3D打印时开始出现明显的层与层之间连接断裂、虾肉糜塌陷等现象。

不同抗冻剂和冻藏天数对虾肉糜3D打印精确性和稳定性的影响如表1所示。随着冻藏天数的延长，所有处理虾肉糜的3D打印精确性和稳定性均呈现下降趋势（P＜0.05），其中CK处理下降最明显，TP处理下降幅度最小。在冻藏90 d的情况下，CK处理的打印精确性由93.52%下降到83.33%（下降了10.90%），而TP处理的打印精确性仅下降了5.47%；CK处理的打印稳定性由94.19%下降到90.48%（下降了3.94%），而TP处理的打印精确性仅下降了2.53%。因此，添加抗冻剂可以显著提高虾肉糜的3D打印精确性和稳定性（P＜0.05）。在相同的冻藏天数，TP处理的3D打印精确性和稳定性都显著高于其他处理（P＜0.05），TP处理冻藏30 d后虾肉糜仍具有较好的3D可打印性，打印精确性和稳定性分别为96.64%和97.61%，冻藏90 d虾肉糜的打印精确性和稳定性仍然高达92.86%和96.32%；SSP处理与TH处理的3D打印精确性之间有较小的差异（P＜0.05），而二者的3D打印稳定性之间无显著差异（P＞0.05）；PP处理的3D打印精确性和稳定性效果仅优于CK处理（P＜0.05）。由表1可知，这些影响与3D打印产品外观分析基本一致（图1），因此添加抗冻剂（尤其是TP处理）可以有效改善冷冻虾肉糜的3D打印适应性。

表1 不同抗冻剂和冻藏天数对虾肉糜3D打印精确性和稳定性的影响Table 1 Effects of different cryoprotectants and frozen storage days on 3D printing accuracy and stability of shrimp surimi

2.2 抗冻剂对虾肉糜流变特性的影响

3D打印食品对原材料有2个基本要求：一是原材料具有良好的流动性，容易从喷头挤出；二是原材料具有良好的黏弹性，使打印时层与层之间易于融合，并且打印沉积到平台后能较好地维持食品结构和形状。因此，食品物料的流变特性是衡量其是否适合3D打印的重要指标之一[19-22]。由于测试数据较多，故仅以冻藏90 d为例展示抗冻剂对虾肉糜流变学特性的影响（图2）。采用Herschel-Bulkley模型（即式（3））对虾肉糜剪切应力进行拟合（图2a），拟合曲线的决定系数（coefficient of determination，R2）为0.999，屈服应力σ0=0，流态特性指数n＜1，说明虾肉糜是一种假塑性流体。然后，利用表观黏度与剪切速率之间关系的式（5）对虾肉糜表观黏度进行拟合（图2b），拟合曲线的R2为0.999，求出每条拟合曲线的黏性常数k，所有处理的黏性常数k随冻藏天数的变化如表2所示。

表2 不同抗冻剂和冻藏天数对虾肉糜黏性常数和流变单元之间的连接强度的影响Table 2 Effects of different cryoprotectants and frozen storage days on viscosity constant and connection strength among rheological units of shrimp surimi

表观黏度ηα是指在一定条件下相应的剪切应力与剪切速率的比值，是衡量流体流动性能的重要指标，数值越小表示越容易流动[23]。由图2b可知，随着剪切速率的增加，各处理的虾肉糜表观黏度呈现下降趋势（P＜0.05），在高速剪切应力下存在剪切稀化现象[24]。肉糜的黏度是由肉糜中的蛋白质分子间、蛋白质分子与水分子间及与其他分子间的内聚力和分子的扩散而产生的阻滞其流动或变形的性质[25]。肌原纤维蛋白和水是影响虾肉糜黏度的主要成分，分子间相互作用与物料的剪切稀化密切相关。虾肉糜是肌原纤维蛋白分子链与水的网状结构体，静止时分子彼此缠绕，当受剪切应力时缠绕的分子被解离，分子或质点就会沿流动方向排列成线，减小了层间流动的剪切应力，使表观黏度降低，随着剪切速率增加，分子排列越完善，黏度就越低，当剪切速率大于某一数值后，分子排列完毕，表观黏度则保持为常数[26]。

黏性常数k数值越大说明流体黏性越大，表明流体越难流动。由表2可知，对于同一处理，随着冻藏天数的延长，虾肉糜的黏性常数k显著下降（P＜0.05），这与虾肉糜中肌原纤维蛋白的冷冻变性密切相关。因为蛋白质分子的变性（如疏水基团暴露、分子聚集、蛋白质降解等）均能使蛋白质粘度降低[27-28]。在冻藏90 d的情况下，CK处理虾肉糜的黏性常数k由423.89下降到203.39（下降了47.98%），而添加抗冻剂处理虾肉糜的黏性常数k下降幅度均小于CK处理的（P＜0.05）。因此，添加抗冻剂能显著延缓虾肉糜黏性常数k的下降。由图1可知，TP处理的3D打印效果最好，然而TP处理虾肉糜的黏性常数k介于CK处理和其他处理之间。这是因为虾肉糜静止时本身具有较高的黏性常数k，不利于3D打印；当虾肉糜通过挤压在一定剪切力作用下发生剪切稀化可以降低黏性常数k，有利于3D打印；但是当黏性常数k过低，会造成3D打印产品的成型性较差。因此，在合适的剪切力作用下使虾肉糜具有合适的黏性常数k对于3D打印是非常重要的。

冻藏90 d虾肉糜弹性模量（G′）和黏性模量（G′′）的变化如图2c和图2d所示，其中根据G′值由大到小的顺序各处理排序依次为TH、TP、SSP、PP、CK，根据G′′值由大到小的顺序各处理排序依次为TP、TH、SSP、PP、CK。比较图2c和图2d可知，各处理虾肉糜的G′远大于G″，表明虾肉糜具有良好的弹性，具有形成弹性凝胶或者凝胶状结构的潜力[29-30]。虾肉糜的G′和G″都随施加频率的增加而增加，这也说明虾肉糜有剪切稀化现象，因为虾肉糜内部分子之间相互交联，有着稳定的结构，施加过小的频率，不会对肉糜内分子链之间化学键以及三维结构造成破坏，继续施加频率会对肉糜内部的结构造成一定破坏，蛋白发生解链，延伸变长，导致流动性增加[31]。不同抗冻剂处理虾肉糜的G′和G″存在一定的差异，这是因为不同抗冻剂的抗冻效果存在差异。肉糜的肌原纤维蛋白在冻藏过程中会发生变性，肽链解离，部分化学键断裂，导致肌球蛋白分子之间又相互作用形成新的共价键，使肉糜内部结构稳定性下降，G′下降，黏度降低，流动性变大[32]。

采用物料抗挤压形变的综合模量表达式（即式（6））对G′和G′′进行拟合（图2c和图2d），求得流变单元之间的连接强度（AF， Pa · s1/z）。AF的数值越大说明流变单元之间的连接强度越大，在一定程度上可以解释3D打印层与层之间的融合程度以及凝胶强度。由表2可知，对于同一处理，随着冻藏天数的延长，虾肉糜的AF值显著下降（P＜0.05）；在冻藏90 d的情况下，CK处理虾肉糜的AF由3 934.10 Pa · s1/z下降到2 840.73 Pa · s1/z（下降了27.79%），而添加抗冻剂处理虾肉糜的AF下降幅度均小于CK处理的（P＜0.05）。因此，添加抗冻剂的处理均能延缓虾肉糜AF值的下降。添加了糖类抗冻剂（SSP、TH和TP处理）虾肉糜的AF值显著高于仅添加多聚磷酸盐的PP处理（P＜0.05），这是由于糖类对水产蛋白的抗冻效果优于多聚磷酸盐[33]。结合图1所示，合适的AF值有助于虾肉糜3D打印挤出后层与层之间的融合并保持产品形状。

2.3 抗冻剂对虾肉糜质构特性的影响

3D打印食品需要原料具有合适的质构特性，使其保持原有设计形状。硬度和弹性是评价肉糜类产品常用的品质评价指标，其中硬度是食品在受到咀嚼力时对变形的抵抗能力[34]，弹性是指食品撤销外力作用后恢复形变的能力[35]。各处理冻藏过程中虾肉糜质构特性的变化如表3所示。由表3可知，随着冻藏天数的延长，各处理虾肉糜的硬度和弹性均呈下降趋势（P＜0.05），虾肉糜硬度和弹性下降主要是因为在冻藏期间虾肌原纤维蛋白发生了冷冻变性，蛋白质分子与水分子间的结合力变弱[36]。在冻藏90 d的情况下，CK处理虾肉糜的硬度由1.08 N下降到0.71 N（下降了34.26%），而添加抗冻剂处理虾肉糜的硬度下降幅度均小于CK处理的（P＜0.05）；CK处理虾肉糜的弹性由3.05下降到2.21（下降了27.54%），而添加抗冻剂处理虾肉糜的弹性下降幅度均小于CK处理的（P＜0.05）。因此，添加抗冻剂的处理可以显著延缓虾肉糜硬度和弹性的下降（P＜0.05）。在相同的冻藏天数，根据硬度值由大到小的顺序各处理排序依次为TH、SSP、TP、PP、CK，根据弹性值由大到小的顺序各处理排序依次为TH、TP、SSP、PP、CK。添加糖类抗冻剂抑制硬度和弹性下降的效果显著优于PP处理，这是因为糖类对蛋白质的抗冻效果优于多聚磷酸盐，糖类分子中含有较多的羟基具有亲水性，能增强蛋白质与水的结合能力而有效抑制蛋白凝胶硬度和弹性的下降，而多聚磷酸盐类主要通过螯合作用、提高离子强度等交联部分已解离的蛋白质，稳定结合水的能力不如糖类[8]。

物料的黏附性影响3D打印层与层之间的融合，黏附性数值越大，说明分子间的作用力越大[37]。由表3可知，随着冻藏天数的延长，各处理的虾肉糜黏附性呈逐渐下降趋势（P＜0.05）。这是由于虾肉糜中肌原纤维蛋白的冷冻变性改变了分子间的相互作用力，使其黏附性下降[37]。在冻藏90 d的情况下，CK处理虾肉糜的黏附性由2.33下降到1.87 N·mm（下降了19.74%），而添加抗冻剂处理虾肉糜的黏附性下降幅度均小于CK处理的（P＜0.05）。因此，添加抗冻剂的处理可以显著延缓虾肉糜黏附性的下降（P＜0.05）。在相同的冻藏天数，根据黏附性值由大到小的顺序各处理排序依次为TP、TH、SSP、PP、CK。这是因为糖类抗冻剂可以稳定蛋白质分子间的氢键、疏水相互作用等而减轻蛋白质的冷冻变性，多聚磷酸盐可以稳定蛋白质分子间的离子键、氢键等而减轻蛋白质的冷冻变性[8]。TP处理是海藻糖和多聚磷酸盐的复配使用，更有助于稳定维持虾肉糜蛋白质分子间的相互作用力，抑制虾肉糜黏附性下降的效果最好。

表3 不同抗冻剂和冻藏天数对虾肉糜质构特性的影响Table 3 Effects of different cryoprotectants and frozen storage days on texture of shrimp surimi

2.4 抗冻剂对虾肉糜持水性的影响

持水性是指蛋白质将水分保留在组织中而不丢失的能力，持水性越高，产品的弹性就越大[16]。冻藏后的虾肉糜经流水解冻后，色泽鲜亮，呈均匀柔滑的糜状，无明显的流水损失，与新鲜虾肉糜基本保持同样的组织状态。各处理冻藏过程中虾肉糜持水性的变化如表4所示。由表4可知，随着冻藏天数的延长，各处理的虾肉糜持水性呈下降趋势（P＜0.05）；在冻藏90 d的情况下，CK处理虾肉糜的持水性由88.30%下降到79.58%（下降了9.88%），而添加抗冻剂处理虾肉糜的持水性下降幅度均小于CK处理的（P＜0.05）。因此，添加抗冻剂的处理可以显著延缓虾肉糜持水性的下降（P＜0.05）。在相同的冻藏天数，根据持水性值由大到小的顺序各处理排序依次为TP、TH、SSP、PP、CK。冻藏过程中持水性下降是因为肌原纤维蛋白变性导致其与水分子的结合能力变弱[38]。添加抗冻剂可以稳定蛋白质与水分子间的作用力而减缓虾肉糜持水性的下降[8]。对于肉糜类产品，肉糜材料具有高持水性的特征对于维持3D打印产品好的质构特性具有重要作用。

表4 抗冻剂和冻藏天数对虾肉糜持水性的影响Table 4 Effects of different cryoprotectants and frozen storage days on Water Holding Capacity of shrimp surimi

2.5 相关性和主成分分析

相关性分析是主成分分析的前提。对虾肉糜的弹性、硬度、黏附性、持水性和3D打印精确性和稳定性等指标进行相关性分析，结果如表5所示。由表5可知，这些变量之间均呈显著正相关性（P＜0.05)；打印精确性与虾肉糜流变单元之间的连接强度、弹性、黏附性和持水性的相关程度较高（相关系数r≥0.80），而与黏性常数和硬度的相关程度较低；打印稳定性与虾肉糜流变单元之间的连接强度、弹性和黏附性的相关程度较高（相关系数r≥0.80），而与黏性常数、硬度和持水性的相关程度较低；打印精确性与打印稳定性之间的相关性高达0.97，这说明打印精确性与打印稳定性之间关系密切，改善虾肉糜的3D打印适应性必须同时考虑这2个指标。

表5 冷冻贮藏期间虾肉糜各指标的相关性分析Table 5 Correlation analysis of various indicators of shrimp surimi during frozen storage

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是采用降维方法由一组测量变量中得到少数几个相互独立的线性组合（主成分），使用主成分来捕获原始变量中尽可能多的变异性[39-40]。将3D打印精确性和稳定性以及虾肉糜的黏附性、弹性、硬度和持水性等数据进行主成分分析，结果如图3所示。

主成分分析的载荷图如图3a所示，载荷是指变量与主成分之间的相关系数，由载荷图可以分析变量的重要性和相关性。变量的载荷越大，表示该变量越重要；变量之间的距离越接近，表示变量之间有较强的相关性[41]。由图3a可知，第一主成分的贡献率为88.48%，第二主成分的贡献率为7.36%，累计贡献率达95.84%（理论要求贡献率大于85%，主成分能够代表原始变量大部分信息[41]），说明这2个主成分能够较大程度地反映测量指标的原始信息，符合PCA分析要求。对于第一主成分，虾肉糜的弹性、硬度、黏附性、黏性常数k、AF值、持水性、3D打印精确性和稳定性都具有较高的载荷，说明第一主成分的贡献率高。将第一主成分定义为“虾肉糜的3D可打印性”，这些变量对于虾肉糜的3D可打印性都很重要，且与虾肉糜的3D可打印性均呈正相关。第二主成分的贡献率较低，本研究不做分析。另外，这些变量之间的距离比较近，说明3D打印精确性和稳定性与虾肉糜的弹性、硬度、黏附性、黏性常数k、AF值、持水性等密切相关。

主成分分析的得分图如图3b所示，得分越高，虾肉糜的3D可打印性（第一主成分）越好。如果样本之间聚集在一起，说明这些样本之间差异性小；如果样本之间距离越远，说明样本之间差异性越大[41]。由图3b可知，随着冻藏天数的延长，各处理的得分越来越低，说明虾肉糜经过冻藏是不利于3D打印的；CK处理冻藏10 d、SSP处理冻藏30 d、TH处理冻藏30 d、PP处理冻藏10 d、TP处理冻藏30 d，虾肉糜的3D可打印性的得分仍是正值，再延长时间，得分变为负值。在正值得分中得分由大到小依次为TP-30 d、PP-10 d、TH-30 d、SSP-30 d、CK-10 d，说明TP处理冻藏30 d虾肉糜仍然具有很好的3D可打印性。虾肉糜经过速冻和冻藏处理肌原纤维蛋白容易发生冷冻变性，使其弹性、硬度、黏附性、持水性降低，导致其3D打印精确性和稳定性降低。添加抗冻剂在一定程度上可以抑制肌原纤维蛋白的冷冻变性，使虾肉糜在冻藏一定时间后仍然具有一定的可打印性。在本试验中，TP处理冻藏30 d虾肉糜仍然具有较好的3D打印效果。

3 结 论

基于相关性和主成分分析研究了抗冻剂和冻藏期间对虾肉糜3D可打印性的影响，结论如下：

1）随着冻藏天数的延长，所有处理虾肉糜的3D打印精确性和稳定性、黏性常数、流变单元之间的连接强度、硬度、弹性、黏附性、持水性等均呈下降趋势；添加抗冻剂的处理可以减缓虾肉糜这些指标的下降，从而提高其3D可打印性。

2）在试验范围内，3D打印精确性和稳定性与虾肉糜的黏性常数、流变单元之间的连接强度、弹性、硬度、黏附性、持水性等呈正相关，合适的流变和质构参数是虾肉糜3D打印成功的关键。

3）8%海藻糖+0.3%多聚磷酸盐（即TP处理）抑制虾肉糜肌原纤维蛋白冷冻变性的效果最好，冻藏30 d虾肉糜仍然具有较好的3D可打印性，冻藏30 d后打印精确性和稳定性分别为96.64%和97.61%。