近日，上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)助力(li)浙江大(da)學(xué)研究人員在國際(ji)食品期刊《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表了(le)題為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的(de)研究論(lun)文。

由3D打印(yin)食品(pin)技術(shù)(shu)制造的植(zhi)物基仿肉越(yue)來越(yue)受歡(huan)迎。在(zai)該研究中，研究(jiu)人員使用大豆(dou)分離蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(jiao)(XG)和大米淀粉(fen)(RS)作為食品(pin)油墨用于3D打印(yin)仿魚；研(yan)究人員評估了(le)不同濃度比率(lv)下SPI/XG/RS食(shi)品油(you)墨的可(ke)打印性。通過(guo)調(diào)整(zheng)打印參數(shù)，研究(jiu)人員成功獲(huo)得真實(shí)(shi)魚肌(ji)纖維范圍(wei)內(nèi)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的(de)高打印(yin)分辨率(lv)。通過調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾何形狀，研(yan)究人員獲(huo)得具(ju)有類似真實(shí)(shi)魚肉(rou)質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚，這揭(jie)示了(le)3D打印可(ke)以將仿肉調(diào)(diao)節(jié)出(chu)類似肌(ji)纖維質(zhì)構(gòu)(gou)的能力。研究證(zheng)實(shí)微尺(chi)度上高(gao)精度3D打印可以(yi)產(chǎn)生植物(wu)基類似魚(yu)肉的結(jié)構(gòu)，為3D打(da)印出具(ju)有令(ling)人愉悅口感(gan)的仿肉提(ti)供了一個(gè)系統(tǒng)(tong)方法。

在該研究(jiu)中，研究人員使(shi)用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測定了真(zhen)實(shí)黃花(hua)魚和(he)仿魚的(de)硬度、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼(jue)性和膠粘性(xing)指標(biāo)。使用(yong)200 μm或600 μm錐(zhui)形針3D打印的(de)不同(tong)孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)構(gòu)(gou)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀配置直徑36mm柱(zhu)形探頭對其(qi)進(jìn)行測試。樣品(pin)在85℃下蒸制5分鐘(zhong)，然后將蒸制(zhi)好的樣品放(fang)在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測試平(ping)臺上，用(yong)柱形(xing)探頭以1mm/s的速(su)度下壓樣品(pin)30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)顯著受(shou)其結(jié)構(gòu)(gou)、力學(xué)和(he)表面性質(zhì)(zhi)所決定。一(yi)些質(zhì)(zhi)構(gòu)指(zhi)標(biāo)可(ke)以通過(guo)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來測定(ding)，包括硬度、彈性(xing)、粘附力、咀嚼性(xing)和膠粘(zhan)性。前三者(zhe)為初級質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)，后(hou)兩者為次(ci)級全(quan)質(zhì)構(gòu)分析變(bian)量。在該(gai)研究中，研究人(ren)員使用200 μm或600 μm噴嘴(zui)制造的不同(tong)孔隙(xi)率打印樣(yang)品，將(jiang)其蒸制，然后(hou)探究其質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)，并將其與(yu)黃花(hua)魚背部肌肉對(dui)比。為了說明打(da)印樣品與真實(shí)(shi)魚的相似，我們(men)將黃花(hua)魚背部肌肉(rou)每個(gè)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)的平均值(zhi)定義為10分(fen)。仿魚打(da)印樣(yang)品相應(yīng)的(de)平均(jun)值和標(biāo)準(zhǔn)差根(gen)據(jù)比例(li)也被(bei)計(jì)算。

硬度是阻止變(bian)形的力。在上圖a中，當(dāng)(dang)孔隙率從15.86%增(zeng)加到(dao)73.50%，樣品硬度逐漸(jian)下降(jiang)。對于(yu)200 μm噴嘴打印的樣(yang)品，硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到 1.90 ± 0.16 N；而對于600 μm噴嘴(zui)打印的樣品(pin)，樣品硬度從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面更小的(de)孔隙率和更細(xì)(xi)的細(xì)絲能夠(gou)產(chǎn)生更大的(de)硬度。在打印(yin)期間，更小的噴(pen)嘴帶來的(de)更大硬度導(dǎo)(dao)致食品油墨中(zhong)的原(yuan)料更緊(jin)湊，且在質(zhì)構(gòu)分(fen)析中很難變形(xing)。因此，在相同(tong)孔隙率下，200 μm細(xì)絲(si)制備的(de)樣品(pin)比600 μm細(xì)絲制備(bei)的樣品更(geng)硬?？紫?xi)率15.86%的200μm細(xì)絲(si)打印樣品硬度(du)(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其真(zhen)實(shí)對照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形(xing)力去除后(hou)物體恢復(fù)(fu)到其(qi)未變形狀態(tài)的(de)比率被定義(yi)為彈性。在上圖(tu)b中，不管精度(du)和孔隙率，所有打(da)印樣(yang)品的彈(dan)性大約(yue)為0.6。這說明SPI/XG/RS質(zhì)地(di)彈性取決(jue)于原料配方，而(er)很少受打印(yin)參數(shù)的影響(xiang)。蒸制S20 × 3R15食品油墨(mo)材料彈性(xing)媲美真實(shí)黃花(hua)魚背部肌肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食(shi)物表面與與(yu)食物接觸(chu)的材料表面之(zhi)間的(de)吸附力，需(xu)要一個(gè)反作(zuo)用力，并(bing)將其(qi)定義為粘(zhan)附力(li)。在上圖c中，不管(guan)孔隙率和打(da)印精(jing)度，所有打(da)印樣品(pin)的粘附力大約(yue)為2.5，這可(ke)能也與材(cai)料本身有(you)關(guān)。打印樣品(pin)的粘附力接近(jin)真實(shí)魚(yu)的粘(zhan)附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定義(yi)為咀嚼固體(ti)樣品到吞(tun)咽狀態(tài)(tai)所需的(de)能量，它被(bei)定義(yi)為是(shi)硬度*內(nèi)聚性(xing)*彈性。在上圖d中(zhong)，打印樣品的咀(ju)嚼性隨孔隙(xi)率和打印精(jing)度變(bian)化。隨著孔(kong)隙率從15.86%變(bian)化到(dao)73.50%，對于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變化(hua)到80.26 ± 7.82；對(dui)于600 μm細(xì)絲，咀嚼性(xing)從154.28 ± 21.33 變化到(dao)23.28 ± 4.83。黃花(hua)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(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是瓦解(jie)一個(gè)半固(gu)體食(shi)品到(dao)利于吞(tun)咽狀(zhuang)態(tài)所(suo)需的能(neng)量，被定(ding)義為是硬度*內(nèi)(nei)聚性。上(shang)圖e顯示了不同(tong)孔隙率和細(xì)絲(si)對打印樣(yang)品膠粘(zhan)性的影(ying)響。隨著孔隙(xi)率的增加(jia)，打印樣品(pin)膠粘(zhan)性發(fā)生下(xia)降。對(dui)于200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)，膠粘性(xing)從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對于600 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚背部肌肉(rou)真實(shí)膠粘性(xing)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(xing)值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研(yan)究人員通過不(bu)同的孔(kong)隙率和噴嘴(zui)大小來調(diào)節(jié)3D食(shi)品質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。通過控(kong)制食品(pin)油墨配方(fang)和設(shè)計(jì)模型(xing)，我們可能創(chuàng)(chuang)造具(ju)有特(te)定質(zhì)構(gòu)的(de)個(gè)性化(hua)食品。在此，研(yan)究人員生產(chǎn)出(chu)孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品，被叫做“仿(fang)魚"，其(qi)具有黃花魚(yu)真實(shí)背部肌(ji)肉一(yi)樣的質(zhì)構(gòu)特(te)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