近日(ri)，上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力(li)浙江大學(xué)研(yan)究人員在(zai)國(guó)際食品期刊(kan)《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表了題為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的(de)研究論文。

由3D打(da)印食品技術(shù)制(zhi)造的植物基(ji)仿肉越來(lái)越受(shou)歡迎。在該(gai)研究中，研(yan)究人員使用(yong)大豆分(fen)離蛋白(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和大米(mi)淀粉(RS)作為食品(pin)油墨用于(yu)3D打印仿魚(yú)(yu)；研究人(ren)員評(píng)估(gu)了不同濃度(du)比率下SPI/XG/RS食品油(you)墨的(de)可打印性。通過(guò)(guo)調(diào)整打印參(can)數(shù)，研究(jiu)人員成功獲(huo)得真實(shí)(shi)魚(yú)肌纖維范圍(wei)內(nèi)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的高打(da)印分(fen)辨率。通過(guò)調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)幾(ji)何形狀，研(yan)究人員獲得具(ju)有類(lèi)似真實(shí)魚(yú)(yu)肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿(fang)魚(yú)，這揭示了3D打(da)印可以(yi)將仿肉調(diào)(diao)節(jié)出(chu)類(lèi)似肌纖維質(zhì)(zhi)構(gòu)的能力。研究(jiu)證實(shí)(shi)微尺(chi)度上(shang)高精度3D打印可(ke)以產(chǎn)(chan)生植物(wu)基類(lèi)似(shi)魚(yú)肉的結(jié)構(gòu)，為(wei)3D打印出具有令(ling)人愉悅(yue)口感的仿(fang)肉提供了一個(gè)(ge)系統(tǒng)(tong)方法。

在該研(yan)究中，研究人(ren)員使用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)定了真(zhen)實(shí)黃花魚(yú)和仿(fang)魚(yú)的硬度、彈(dan)性、粘附力、咀嚼(jue)性和膠粘性指(zhi)標(biāo)。使用(yong)200 μm或600 μm錐形(xing)針3D打印的不(bu)同孔隙率(lv)(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)(jie)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)配置直(zhi)徑36mm柱形探(tan)頭對(duì)其進(jìn)(jin)行測(cè)(ce)試。樣品在(zai)85℃下蒸(zheng)制5分鐘，然(ran)后將蒸制好的(de)樣品放在質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)試平(ping)臺(tái)上(shang)，用柱(zhu)形探(tan)頭以1mm/s的速度(du)下壓樣品30%。

仿肉和仿魚(yú)的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)顯著受(shou)其結(jié)構(gòu)(gou)、力學(xué)和表面(mian)性質(zhì)(zhi)所決定。一些(xie)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)可以(yi)通過(guò)全(quan)質(zhì)構(gòu)分析來(lái)測(cè)(ce)定，包括硬度、彈(dan)性、粘附力(li)、咀嚼(jue)性和膠粘性。前(qian)三者為初(chu)級(jí)質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)，后(hou)兩者為次(ci)級(jí)全質(zhì)構(gòu)分析(xi)變量。在該研究(jiu)中，研(yan)究人員使用200 μm或600 μm噴嘴制(zhi)造的(de)不同孔隙(xi)率打印樣品，將(jiang)其蒸制，然后探(tan)究其(qi)質(zhì)構(gòu)(gou)特性，并將(jiang)其與(yu)黃花魚(yú)背部肌(ji)肉對(duì)(dui)比。為(wei)了說(shuō)明打印樣(yang)品與真(zhen)實(shí)魚(yú)的相(xiang)似，我們將黃花(hua)魚(yú)背(bei)部肌肉每個(gè)質(zhì)(zhi)構(gòu)指(zhi)標(biāo)的(de)平均值(zhi)定義為(wei)10分。仿魚(yú)(yu)打印樣(yang)品相應(yīng)的平(ping)均值和標(biāo)準(zhǔn)(zhun)差根據(jù)比例(li)也被計(jì)算(suan)。

硬度是阻止變(bian)形的力。在上圖(tu)a中，當(dāng)孔(kong)隙率從15.86%增加到(dao)73.50%，樣品(pin)硬度逐(zhu)漸下降(jiang)。對(duì)于200 μm噴(pen)嘴打印(yin)的樣品，硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴嘴(zui)打印的樣(yang)品，樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到0.62 ± 0.15 N，這表面更(geng)小的孔隙率(lv)和更細(xì)(xi)的細(xì)絲能夠(gou)產(chǎn)生(sheng)更大(da)的硬度。在(zai)打印期間(jian)，更小的噴(pen)嘴帶來(lái)的更(geng)大硬度導(dǎo)致食(shi)品油墨(mo)中的原料(liao)更緊湊，且在質(zhì)(zhi)構(gòu)分析中(zhong)很難(nan)變形。因此，在相同(tong)孔隙(xi)率下(xia)，200 μm細(xì)絲制備的樣(yang)品比(bi)600 μm細(xì)絲制備的樣(yang)品更硬?？紫?xi)率15.86%的200μm細(xì)絲打印(yin)樣品硬度(du)(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其(qi)真實(shí)對(duì)照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變(bian)形力去除后物(wu)體恢復(fù)到其(qi)未變形狀態(tài)的(de)比率被定義為(wei)彈性。在上圖b中(zhong)，不管精(jing)度和孔隙率，所(suo)有打印(yin)樣品的彈性(xing)大約(yue)為0.6。這說(shuō)(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)(zhi)地彈性取決(jue)于原料(liao)配方，而很少受(shou)打印參數(shù)的影(ying)響。蒸制(zhi)S20 × 3R15食品油(you)墨材(cai)料彈性媲美真(zhen)實(shí)黃花(hua)魚(yú)背部肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克(ke)服食(shi)物表面(mian)與與食物(wu)接觸的(de)材料表面之(zhi)間的吸附力，需(xu)要一個(gè)反作(zuo)用力，并將(jiang)其定義(yi)為粘附力(li)。在上圖(tu)c中，不管孔隙率(lv)和打印精(jing)度，所有(you)打印樣品的(de)粘附力大約為(wei)2.5，這可能也(ye)與材料(liao)本身有關(guān)。打印(yin)樣品的粘附(fu)力接(jie)近真(zhen)實(shí)魚(yú)的(de)粘附(fu)力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義為咀嚼固(gu)體樣(yang)品到吞咽狀(zhuang)態(tài)所需(xu)的能(neng)量，它被定義(yi)為是硬(ying)度*內(nèi)(nei)聚性*彈(dan)性。在(zai)上圖(tu)d中，打印樣品的(de)咀嚼性(xing)隨孔隙率和(he)打印精度變(bian)化。隨著(zhe)孔隙率(lv)從15.86%變(bian)化到73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性從248.72 ± 38.18變(bian)化到(dao)80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)(xi)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚(yú)真實(shí)(shi)背部肌肉的咀(ju)嚼性為185.76 ± 74.79，這與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘(zhan)性是瓦解一個(gè)(ge)半固體(ti)食品(pin)到利于吞(tun)咽狀態(tài)所需的(de)能量，被定義(yi)為是硬(ying)度*內(nèi)聚性。上圖(tu)e顯示了不同孔(kong)隙率和細(xì)絲對(duì)(dui)打印(yin)樣品膠粘性(xing)的影響(xiang)。隨著孔隙(xi)率的增加(jia)，打印樣品(pin)膠粘性發(fā)生(sheng)下降。對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)，膠粘性從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于(yu)600 μm細(xì)絲打印(yin)樣品，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下降(jiang)到35.37 ± 8.72。黃花魚(yú)背部(bu)肌肉真(zhen)實(shí)膠粘(zhan)性為321.85 ± 113.66，與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)(xi)絲打印樣品膠(jiao)粘性值(zhi)(436.36 ± 51.42)相似。

總之(zhi)，研究人員通過(guò)(guo)不同的孔(kong)隙率和噴嘴大(da)小來(lái)調(diào)(diao)節(jié)3D食品(pin)質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過(guò)控(kong)制食品油墨(mo)配方和(he)設(shè)計(jì)模型，我(wo)們可(ke)能創(chuàng)造(zao)具有特定質(zhì)(zhi)構(gòu)的(de)個(gè)性化食(shi)品。在(zai)此，研究人員生(sheng)產(chǎn)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做(zuo)“仿魚(yú)"，其具有黃(huang)花魚(yú)真實(shí)(shi)背部肌(ji)肉一(yi)樣的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別是硬(ying)度和彈性。

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