近日，上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力(li)浙江大(da)學(xué)研究人(ren)員在國際(ji)食品(pin)期刊《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"的研究論文(wen)。

由3D打印食(shi)品技術(shù)制造(zao)的植物基(ji)仿肉越來越受(shou)歡迎。在該研究(jiu)中，研(yan)究人員(yuan)使用大豆(dou)分離(li)蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(XG)和大米(mi)淀粉(RS)作為食品(pin)油墨用于3D打印(yin)仿魚(yu)；研究人員(yuan)評(píng)估了不同(tong)濃度比率下SPI/XG/RS食(shi)品油(you)墨的可(ke)打印(yin)性。通過調(diào)整打(da)印參數(shù)，研(yan)究人員成(cheng)功獲得真實(shí)魚(yu)肌纖維范(fan)圍內(nèi)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的高打(da)印分辨(bian)率。通過調(diào)(diao)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾何形狀(zhuang)，研究人員獲(huo)得具(ju)有類似真(zhen)實(shí)魚肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚，這揭示了(le)3D打印可以將(jiang)仿肉調(diào)節(jié)(jie)出類似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)的能(neng)力。研究證實(shí)(shi)微尺度上高精(jing)度3D打印可(ke)以產(chǎn)生(sheng)植物基類似(shi)魚肉的結(jié)構(gòu)，為(wei)3D打印出具(ju)有令人愉悅口(kou)感的(de)仿肉提(ti)供了一個(gè)(ge)系統(tǒng)方法。

在該研究中(zhong)，研究人員使用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了真實(shí)(shi)黃花魚(yu)和仿魚的(de)硬度、彈(dan)性、粘附力、咀嚼(jue)性和(he)膠粘性指標(biāo)。使(shi)用200 μm或600 μm錐形針(zhen)3D打印的(de)不同孔(kong)隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架(jia)結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后(hou)用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀配置直(zhi)徑36mm柱形(xing)探頭對(duì)其(qi)進(jìn)行測試。樣(yang)品在85℃下蒸(zheng)制5分鐘，然后將(jiang)蒸制好的樣品(pin)放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(ce)試平臺(tái)上，用柱(zhu)形探頭以1mm/s的(de)速度下壓樣(yang)品30%。

仿肉和(he)仿魚的質(zhì)構(gòu)(gou)顯著(zhu)受其結(jié)構(gòu)(gou)、力學(xué)和表面性(xing)質(zhì)所決定。一些(xie)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)可以(yi)通過全(quan)質(zhì)構(gòu)分析(xi)來測定，包括(kuo)硬度、彈(dan)性、粘(zhan)附力、咀嚼性(xing)和膠(jiao)粘性(xing)。前三(san)者為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)，后兩(liang)者為次級(jí)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分(fen)析變量(liang)。在該研究(jiu)中，研究(jiu)人員使用200 μm或600 μm噴(pen)嘴制造的(de)不同孔隙率(lv)打印樣品，將(jiang)其蒸制，然后探(tan)究其質(zhì)構(gòu)(gou)特性，并(bing)將其(qi)與黃花(hua)魚背部肌肉(rou)對(duì)比。為了說(shuo)明打(da)印樣品(pin)與真實(shí)魚的(de)相似，我們將(jiang)黃花魚背部肌(ji)肉每個(gè)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)(biao)的平均值(zhi)定義為10分。仿(fang)魚打(da)印樣品相應(yīng)的(de)平均值和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差根據(jù)比例(li)也被計(jì)算(suan)。

硬度是阻止(zhi)變形(xing)的力。在上圖a中(zhong)，當(dāng)孔隙率(lv)從15.86%增加到73.50%，樣(yang)品硬度(du)逐漸下降。對(duì)于(yu)200 μm噴嘴打印(yin)的樣品，硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于(yu)600 μm噴嘴打印(yin)的樣品，樣品(pin)硬度從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到0.62 ± 0.15 N，這表面(mian)更小的孔隙(xi)率和(he)更細(xì)的細(xì)絲(si)能夠產(chǎn)生(sheng)更大的硬度。在(zai)打印期間(jian)，更小的噴嘴帶(dai)來的更大(da)硬度(du)導(dǎo)致(zhi)食品(pin)油墨(mo)中的原料(liao)更緊湊，且在(zai)質(zhì)構(gòu)分析中(zhong)很難(nan)變形。因此，在(zai)相同(tong)孔隙率下，200 μm細(xì)絲(si)制備的(de)樣品(pin)比600 μm細(xì)絲(si)制備的樣品更(geng)硬?？?kong)隙率15.86%的200μm細(xì)絲打(da)印樣(yang)品硬度(du)(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其(qi)真實(shí)(shi)對(duì)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力(li)去除后物(wu)體恢復(fù)到(dao)其未變形狀態(tài)(tai)的比率(lv)被定義為(wei)彈性。在上圖b中(zhong)，不管(guan)精度和孔隙(xi)率，所(suo)有打印樣品(pin)的彈性大(da)約為0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈性取(qu)決于原料配方(fang)，而很少受打印(yin)參數(shù)的影響。蒸制S20 × 3R15食品油(you)墨材料彈性(xing)媲美(mei)真實(shí)黃花魚(yu)背部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食物(wu)表面與與(yu)食物接觸的材(cai)料表面之(zhi)間的吸附力(li)，需要一個(gè)(ge)反作用(yong)力，并將(jiang)其定義(yi)為粘附力。在(zai)上圖c中，不管孔(kong)隙率(lv)和打(da)印精度，所(suo)有打印樣(yang)品的粘附(fu)力大(da)約為2.5，這可能也(ye)與材料本身有(you)關(guān)。打印樣(yang)品的粘附力(li)接近真(zhen)實(shí)魚(yu)的粘附(fu)力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義(yi)為咀嚼(jue)固體樣品到(dao)吞咽(yan)狀態(tài)所需(xu)的能量，它被定(ding)義為是硬度(du)*內(nèi)聚性*彈性。在(zai)上圖d中，打(da)印樣(yang)品的咀嚼性隨(sui)孔隙率(lv)和打(da)印精(jing)度變化。隨著孔(kong)隙率從(cong)15.86%變化到73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變化(hua)到80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性(xing)從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚真實(shí)背部肌(ji)肉的咀(ju)嚼性為(wei)185.76 ± 74.79，這與孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致(zhi)。

膠粘性是瓦解(jie)一個(gè)半固體食(shi)品到利于(yu)吞咽狀態(tài)(tai)所需的能量(liang)，被定義(yi)為是(shi)硬度*內(nèi)(nei)聚性。上圖(tu)e顯示了不同孔(kong)隙率和細(xì)絲(si)對(duì)打印樣(yang)品膠粘性(xing)的影(ying)響。隨著孔(kong)隙率的增加，打(da)印樣品膠(jiao)粘性發(fā)生(sheng)下降。對(duì)(dui)于200 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠(jiao)粘性(xing)從436.36 ± 51.42下降到116.14 ± 9.94；然(ran)而，對(duì)于(yu)600 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠粘(zhan)性從246.48 ± 24.74下降到(dao)35.37 ± 8.72。黃花魚(yu)背部肌肉(rou)真實(shí)膠(jiao)粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為15.86%的(de)200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品膠(jiao)粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究(jiu)人員通過(guo)不同(tong)的孔(kong)隙率和噴嘴大(da)小來調(diào)(diao)節(jié)3D食(shi)品質(zhì)構(gòu)特性。通(tong)過控(kong)制食(shi)品油墨配(pei)方和設(shè)計(jì)(ji)模型，我們可能(neng)創(chuàng)造(zao)具有特定質(zhì)(zhi)構(gòu)的個(gè)性化(hua)食品。在此，研究(jiu)人員生(sheng)產(chǎn)出孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品，被叫做“仿(fang)魚"，其具有(you)黃花魚(yu)真實(shí)背部肌(ji)肉一樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特(te)別是硬度(du)和彈性。

原文下載鏈(lian)接

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