近日，上海騰(teng)拔Universal TA質構儀助(zhu)力浙江大學(xue)研究人(ren)員在國際食(shi)品期刊(kan)《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表(biao)了題為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的研(yan)究論文。

由3D打印(yin)食品(pin)技術(shu)制造的植(zhi)物基仿肉(rou)越來越受歡(huan)迎。在該研究中(zhong)，研究人員使(shi)用大豆分離(li)蛋白(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和大米淀(dian)粉(RS)作為食品油(you)墨用于(yu)3D打印仿魚(yu)；研究人員評(ping)估了不同濃度(du)比率下(xia)SPI/XG/RS食品油墨的(de)可打印性。通(tong)過調(diao)整打印(yin)參數，研究(jiu)人員成(cheng)功獲得真(zhen)實魚肌纖維范(fan)圍內細絲(寬度(du)97.36μm)的高打(da)印分辨率。通(tong)過調(diao)節(jié)結構幾(ji)何形狀，研究人(ren)員獲得具有(you)類似(shi)真實魚(yu)肉質(zhi)構的仿(fang)魚，這(zhe)揭示了3D打印可(ke)以將(jiang)仿肉調節(jié)出類(lei)似肌(ji)纖維質構(gou)的能力。研(yan)究證實微尺(chi)度上高精(jing)度3D打印可(ke)以產生植物(wu)基類似魚肉(rou)的結構，為3D打印(yin)出具有令人(ren)愉悅口感的仿(fang)肉提供了一(yi)個系統(tǒng)(tong)方法。

在該研究(jiu)中，研究人員(yuan)使用上海騰(teng)拔Universal TA質構(gou)儀測(ce)定了真實黃花(hua)魚和仿魚的(de)硬度、彈(dan)性、粘附力、咀(ju)嚼性(xing)和膠粘性指標(biao)。使用200 μm或600 μm錐形針(zhen)3D打印的不同(tong)孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wang)架結構(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhi)構儀(yi)配置(zhi)直徑36mm柱(zhu)形探頭(tou)對其進行測試(shi)。樣品在85℃下蒸制(zhi)5分鐘，然后將(jiang)蒸制(zhi)好的樣(yang)品放(fang)在質構(gou)儀測試平臺(tai)上，用(yong)柱形探(tan)頭以(yi)1mm/s的速度下(xia)壓樣品30%。

仿肉和仿魚的(de)質構顯(xian)著受其結構(gou)、力學和表面(mian)性質所決定(ding)。一些質構指(zhi)標可以(yi)通過(guo)全質構分析(xi)來測定，包(bao)括硬度、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼性和(he)膠粘(zhan)性。前三者為(wei)初級質構指標(biao)，后兩(liang)者為次級全質(zhi)構分析變(bian)量。在(zai)該研究中，研究(jiu)人員使用200 μm或600 μm噴嘴(zui)制造(zao)的不同孔隙率(lv)打印樣品，將其(qi)蒸制，然后探究(jiu)其質(zhi)構特性，并將其(qi)與黃花魚背部(bu)肌肉對比。為了(le)說明(ming)打印(yin)樣品與真(zhen)實魚的相似(shi)，我們將黃(huang)花魚(yu)背部(bu)肌肉每個(ge)質構(gou)指標(biao)的平均值(zhi)定義(yi)為10分。仿魚打(da)印樣品(pin)相應的(de)平均(jun)值和(he)標準差根據比(bi)例也被(bei)計算。

硬度(du)是阻止變形的(de)力。在上圖a中(zhong)，當孔隙率(lv)從15.86%增(zeng)加到73.50%，樣品硬(ying)度逐(zhu)漸下降(jiang)。對于200 μm噴嘴打印(yin)的樣品，硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對于600 μm噴(pen)嘴打(da)印的樣(yang)品，樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更小的(de)孔隙率和更細(xi)的細絲能夠(gou)產生(sheng)更大的(de)硬度。在打印期(qi)間，更小的噴嘴(zui)帶來的更(geng)大硬度導致(zhi)食品油墨(mo)中的原料更緊(jin)湊，且(qie)在質構分析中(zhong)很難(nan)變形。因此，在相(xiang)同孔隙(xi)率下，200 μm細絲制(zhi)備的樣品(pin)比600 μm細絲(si)制備的樣品(pin)更硬。孔隙率(lv)15.86%的200μm細絲打印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接(jie)近其真(zhen)實對照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當變形力去(qu)除后物體(ti)恢復到其(qi)未變(bian)形狀態(tài)(tai)的比(bi)率被(bei)定義為彈性。在(zai)上圖(tu)b中，不管精度(du)和孔隙率，所有打(da)印樣品(pin)的彈性(xing)大約為0.6。這(zhe)說明SPI/XG/RS質地(di)彈性取決于原(yuan)料配方，而(er)很少(shao)受打印參數的(de)影響。蒸制S20 × 3R15食品油墨(mo)材料彈性媲(pi)美真實黃(huang)花魚(yu)背部肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食(shi)物表面與與(yu)食物(wu)接觸的材料表(biao)面之間的吸(xi)附力，需要一(yi)個反作用力，并(bing)將其定義為(wei)粘附力(li)。在上圖c中，不管(guan)孔隙率和打(da)印精度，所有(you)打印樣品的(de)粘附力大約為(wei)2.5，這可能也與材(cai)料本身有關(guan)。打印(yin)樣品的粘附力(li)接近真(zhen)實魚(yu)的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定義(yi)為咀嚼固體(ti)樣品(pin)到吞咽(yan)狀態(tài)所(suo)需的(de)能量(liang)，它被定義(yi)為是硬(ying)度*內聚性*彈(dan)性。在上(shang)圖d中，打印樣品(pin)的咀(ju)嚼性隨(sui)孔隙率和打(da)印精度變(bian)化。隨(sui)著孔隙率從(cong)15.86%變化到(dao)73.50%，對于200 μm細絲，咀嚼(jue)性從(cong)248.72 ± 38.18變化到(dao)80.26 ± 7.82；對于600 μm細絲，咀嚼(jue)性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃(huang)花魚真(zhen)實背(bei)部肌肉(rou)的咀(ju)嚼性為185.76 ± 74.79，這與(yu)孔隙率為15.86%的200 μm細絲打印樣品(pin)咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是瓦解(jie)一個半(ban)固體食(shi)品到利于吞(tun)咽狀態(tài)(tai)所需的能量，被(bei)定義為是硬度(du)*內聚(ju)性。上圖e顯示了(le)不同孔隙率和(he)細絲對打印(yin)樣品膠粘性的(de)影響。隨著孔(kong)隙率的增(zeng)加，打(da)印樣品膠(jiao)粘性發(fā)生下降(jiang)。對于(yu)200 μm細絲(si)打印樣(yang)品，膠粘性從436.36 ± 51.42下(xia)降到116.14 ± 9.94；然(ran)而，對于(yu)600 μm細絲打印樣(yang)品，膠粘性從(cong)246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃(huang)花魚(yu)背部肌肉真(zhen)實膠粘性(xing)為321.85 ± 113.66，與孔隙率(lv)為15.86%的(de)200 μm細絲打印樣(yang)品膠粘(zhan)性值(zhi)(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人員(yuan)通過(guo)不同的孔隙率(lv)和噴嘴(zui)大小來調(diao)節(jié)3D食品(pin)質構特性(xing)。通過控制(zhi)食品油墨配方(fang)和設(she)計模型，我(wo)們可能(neng)創(chuàng)造(zao)具有(you)特定(ding)質構(gou)的個性(xing)化食品。在此，研(yan)究人員(yuan)生產出孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細絲打印(yin)樣品，被叫做“仿魚"，其(qi)具有黃花(hua)魚真實背部肌(ji)肉一樣的質(zhi)構特(te)性，特別(bie)是硬(ying)度和彈性。

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Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink