近日(ri)，上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力(li)浙江大(da)學(xué)研究人員在(zai)國(guó)際食(shi)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打印食品(pin)技術(shù)制(zhi)造的植(zhi)物基仿肉越來(lái)(lai)越受歡(huan)迎。在該研究(jiu)中，研究(jiu)人員使用大(da)豆分離(li)蛋白(bai)(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作(zuo)為食品油(you)墨用于3D打印(yin)仿魚(yú)；研究(jiu)人員評(píng)估(gu)了不同濃(nong)度比率下SPI/XG/RS食品(pin)油墨的可(ke)打印性(xing)。通過(guò)調(diào)整(zheng)打印(yin)參數(shù)(shu)，研究人(ren)員成功獲得真(zhen)實(shí)魚(yú)(yu)肌纖維(wei)范圍(wei)內(nèi)細(xì)絲(寬度(du)97.36μm)的高(gao)打印(yin)分辨率。通過(guò)(guo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(gou)幾何形(xing)狀，研(yan)究人員(yuan)獲得具有類(lèi)似(shi)真實(shí)魚(yú)(yu)肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚(yú)，這揭示(shi)了3D打印可以將(jiang)仿肉調(diào)(diao)節(jié)出類(lèi)似(shi)肌纖(xian)維質(zhì)(zhi)構(gòu)的能(neng)力。研究證實(shí)(shi)微尺度(du)上高精度3D打印(yin)可以產(chǎn)(chan)生植物基(ji)類(lèi)似魚(yú)(yu)肉的結(jié)(jie)構(gòu)，為3D打印出具(ju)有令人愉悅(yue)口感的仿肉(rou)提供(gong)了一個(gè)系統(tǒng)方(fang)法。

在該(gai)研究中，研究人(ren)員使(shi)用上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)(ce)定了(le)真實(shí)黃(huang)花魚(yú)(yu)和仿(fang)魚(yú)的硬度、彈(dan)性、粘(zhan)附力、咀(ju)嚼性和膠(jiao)粘性指標(biāo)(biao)。使用(yong)200 μm或600 μm錐形針3D打(da)印的不同孔隙(xi)率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(gou)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)配置直(zhi)徑36mm柱形探頭(tou)對(duì)其進(jìn)(jin)行測(cè)試。樣(yang)品在85℃下蒸(zheng)制5分鐘(zhong)，然后將蒸(zheng)制好的樣品放(fang)在質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)試平(ping)臺(tái)上，用柱(zhu)形探頭以1mm/s的速(su)度下壓樣品30%。

仿肉和仿魚(yú)的(de)質(zhì)構(gòu)顯著(zhu)受其結(jié)(jie)構(gòu)、力(li)學(xué)和表(biao)面性質(zhì)所決定(ding)。一些質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)可以(yi)通過(guò)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來(lái)測(cè)(ce)定，包(bao)括硬度、彈性、粘(zhan)附力、咀(ju)嚼性(xing)和膠粘(zhan)性。前三者為初(chu)級(jí)質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)，后兩者(zhe)為次級(jí)全(quan)質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)變量。在該研(yan)究中(zhong)，研究(jiu)人員(yuan)使用200 μm或600 μm噴嘴制造的(de)不同孔隙率打(da)印樣(yang)品，將(jiang)其蒸制，然后探(tan)究其質(zhì)(zhi)構(gòu)特性，并(bing)將其與黃花(hua)魚(yú)背部肌(ji)肉對(duì)比(bi)。為了說(shuō)明打印(yin)樣品與真(zhen)實(shí)魚(yú)的相似(shi)，我們將黃花魚(yú)(yu)背部(bu)肌肉每個(gè)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)(biao)的平均(jun)值定義(yi)為10分。仿魚(yú)打(da)印樣品(pin)相應(yīng)的平均值(zhi)和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差(cha)根據(jù)比例(li)也被計(jì)(ji)算。

硬度(du)是阻止變(bian)形的力(li)。在上圖a中(zhong)，當(dāng)孔隙率從(cong)15.86%增加到(dao)73.50%，樣品硬度(du)逐漸下降。對(duì)(dui)于200 μm噴嘴打印的(de)樣品，硬度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴嘴(zui)打印(yin)的樣品，樣品硬(ying)度從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面更小(xiao)的孔隙率(lv)和更(geng)細(xì)的細(xì)絲(si)能夠產(chǎn)生(sheng)更大的硬(ying)度。在(zai)打印期(qi)間，更小的噴(pen)嘴帶(dai)來(lái)的更(geng)大硬度導(dǎo)致食(shi)品油(you)墨中的原料更(geng)緊湊，且在質(zhì)(zhi)構(gòu)分析中很(hen)難變形。因此，在(zai)相同(tong)孔隙率(lv)下，200 μm細(xì)絲(si)制備的樣品(pin)比600 μm細(xì)(xi)絲制備的(de)樣品更硬?？紫?xi)率15.86%的(de)200μm細(xì)絲打印樣品(pin)硬度(du)(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其真(zhen)實(shí)對(duì)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去除(chu)后物(wu)體恢復(fù)(fu)到其未變形(xing)狀態(tài)的比(bi)率被定義(yi)為彈(dan)性。在上圖b中(zhong)，不管精度(du)和孔隙率(lv)，所有(you)打印樣品(pin)的彈性(xing)大約(yue)為0.6。這說(shuō)明SPI/XG/RS質(zhì)(zhi)地彈性取決于(yu)原料(liao)配方，而很少受(shou)打印參(can)數(shù)的影響(xiang)。蒸制S20 × 3R15食品油(you)墨材料(liao)彈性媲美(mei)真實(shí)黃(huang)花魚(yú)(yu)背部肌肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食物(wu)表面與與(yu)食物接觸(chu)的材料表(biao)面之(zhi)間的吸(xi)附力，需要一(yi)個(gè)反作用力(li)，并將其定義為(wei)粘附力。在上圖(tu)c中，不管孔隙率(lv)和打印精(jing)度，所有打印樣(yang)品的粘(zhan)附力大約為2.5，這(zhe)可能也與材料(liao)本身有關(guān)(guan)。打印樣品(pin)的粘附力接(jie)近真實(shí)魚(yú)的粘(zhan)附力(2.21 ± 0.93)。

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

膠粘性(xing)是瓦解一個(gè)半(ban)固體食品到(dao)利于吞(tun)咽狀(zhuang)態(tài)所需的能(neng)量，被定義(yi)為是硬度*內(nèi)聚(ju)性。上(shang)圖e顯示了不同(tong)孔隙率和(he)細(xì)絲對(duì)打印(yin)樣品膠(jiao)粘性的影響(xiang)。隨著(zhe)孔隙率的(de)增加，打印樣(yang)品膠粘性發(fā)生(sheng)下降。對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠粘性從436.36 ± 51.42下(xia)降到116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于600 μm細(xì)(xi)絲打(da)印樣(yang)品，膠粘(zhan)性從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚(yú)背部肌(ji)肉真實(shí)(shi)膠粘性(xing)為321.85 ± 113.66，與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打(da)印樣品(pin)膠粘(zhan)性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人員(yuan)通過(guò)不(bu)同的(de)孔隙率和噴(pen)嘴大小來(lái)調(diào)(diao)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)特(te)性。通過(guò)控(kong)制食(shi)品油墨配方(fang)和設(shè)計(jì)模型，我(wo)們可(ke)能創(chuàng)造(zao)具有(you)特定質(zhì)構(gòu)(gou)的個(gè)性(xing)化食(shi)品。在(zai)此，研究(jiu)人員生產(chǎn)(chan)出孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做“仿魚(yú)"，其(qi)具有黃(huang)花魚(yú)真實(shí)背部(bu)肌肉一(yi)樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別是(shi)硬度和彈性(xing)。

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