近日(ri)，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助(zhu)力浙江(jiang)大學(xué)研究人員在(zai)國際食品(pin)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"的研究論文(wen)。

由3D打印食品(pin)技術(shù)制(zhi)造的植物基(ji)仿肉越(yue)來越受歡迎(ying)。在該研究(jiu)中，研究人員使(shi)用大豆分離(li)蛋白(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作為(wei)食品油墨用于(yu)3D打印仿魚；研(yan)究人員評估(gu)了不同濃度(du)比率下SPI/XG/RS食(shi)品油墨的(de)可打印性。通(tong)過調(diào)整打印(yin)參數(shù)，研(yan)究人員成(cheng)功獲(huo)得真實(shí)魚(yu)肌纖維范圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬度97.36μm)的(de)高打印分辨率(lv)。通過調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾(ji)何形狀，研究人(ren)員獲(huo)得具有類似(shi)真實(shí)魚肉(rou)質(zhì)構(gòu)的仿魚，這(zhe)揭示(shi)了3D打印可以(yi)將仿肉調(diào)節(jié)出(chu)類似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)的(de)能力。研究證實(shí)(shi)微尺度上(shang)高精度3D打印可(ke)以產(chǎn)(chan)生植(zhi)物基類似魚(yu)肉的(de)結(jié)構(gòu)，為(wei)3D打印出具(ju)有令人愉悅(yue)口感的仿肉提(ti)供了一(yi)個(gè)系統(tǒng)方法(fa)。

在該研究中，研(yan)究人員使用上(shang)海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(ce)定了真實(shí)黃花(hua)魚和仿魚的硬(ying)度、彈性(xing)、粘附力(li)、咀嚼性和(he)膠粘性指標(biāo)(biao)。使用(yong)200 μm或600 μm錐形(xing)針3D打印(yin)的不(bu)同孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和(he)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)儀配置(zhi)直徑36mm柱形探(tan)頭對(dui)其進(jìn)行測試。樣(yang)品在(zai)85℃下蒸制5分鐘，然(ran)后將蒸制好的(de)樣品放(fang)在質(zhì)構(gòu)儀測試(shi)平臺(tái)上，用柱形(xing)探頭以1mm/s的速度(du)下壓樣品30%。

仿肉和仿魚(yu)的質(zhì)構(gòu)顯著受(shou)其結(jié)構(gòu)、力學(xué)(xue)和表面性質(zhì)所(suo)決定。一些質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)可以通(tong)過全質(zhì)構(gòu)分(fen)析來(lai)測定，包(bao)括硬度、彈性、粘(zhan)附力(li)、咀嚼(jue)性和膠粘性(xing)。前三者(zhe)為初(chu)級(jí)質(zhì)(zhi)構(gòu)指(zhi)標(biāo)，后(hou)兩者為次(ci)級(jí)全(quan)質(zhì)構(gòu)分析變(bian)量。在該研(yan)究中，研究人(ren)員使用200 μm或600 μm噴嘴制造(zao)的不同孔隙率(lv)打印樣品，將(jiang)其蒸制，然后(hou)探究其質(zhì)構(gòu)特(te)性，并將(jiang)其與黃(huang)花魚背部肌(ji)肉對比。為了說(shuo)明打印樣品與(yu)真實(shí)魚的(de)相似，我們將黃(huang)花魚背部肌肉(rou)每個(gè)(ge)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的平(ping)均值定義為(wei)10分。仿魚打(da)印樣品(pin)相應(yīng)的(de)平均值和標(biāo)準(zhǔn)(zhun)差根據(jù)比(bi)例也被計(jì)(ji)算。

硬度是阻止(zhi)變形(xing)的力。在上圖(tu)a中，當(dāng)(dang)孔隙(xi)率從15.86%增加到73.50%，樣(yang)品硬度逐漸(jian)下降。對(dui)于200 μm噴嘴打印的(de)樣品(pin)，硬度從7.11 ± 0.87 N下降(jiang)到 1.90 ± 0.16 N；而對于(yu)600 μm噴嘴打(da)印的(de)樣品，樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更小(xiao)的孔隙率和更(geng)細(xì)的細(xì)絲能夠(gou)產(chǎn)生更大(da)的硬(ying)度。在(zai)打印期(qi)間，更小的噴嘴(zui)帶來的更(geng)大硬度導(dǎo)致食(shi)品油墨中的(de)原料更(geng)緊湊，且在質(zhì)(zhi)構(gòu)分(fen)析中很難(nan)變形。因此，在相同(tong)孔隙(xi)率下，200 μm細(xì)絲制備(bei)的樣(yang)品比(bi)600 μm細(xì)絲(si)制備的樣品(pin)更硬(ying)?？紫?xi)率15.86%的200μm細(xì)絲打印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常(chang)接近其(qi)真實(shí)(shi)對照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去(qu)除后物體(ti)恢復(fù)到其(qi)未變形狀態(tài)(tai)的比率(lv)被定義(yi)為彈性。在(zai)上圖b中，不管精(jing)度和孔隙率，所有(you)打印(yin)樣品的彈(dan)性大約為0.6。這(zhe)說明(ming)SPI/XG/RS質(zhì)地彈(dan)性取決于(yu)原料配方，而很(hen)少受(shou)打印(yin)參數(shù)的影響(xiang)。蒸制S20 × 3R15食(shi)品油墨材(cai)料彈性媲美真(zhen)實(shí)黃花魚背(bei)部肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克(ke)服食物表面(mian)與與食(shi)物接觸的材料(liao)表面之間的(de)吸附力，需要一(yi)個(gè)反作用力，并(bing)將其定義為(wei)粘附力。在上圖(tu)c中，不管孔隙(xi)率和(he)打印(yin)精度，所有打印(yin)樣品的粘附(fu)力大約為2.5，這(zhe)可能也與材(cai)料本身有關(guān)。打印(yin)樣品的粘附力(li)接近真實(shí)魚(yu)的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義(yi)為咀嚼固(gu)體樣品到吞咽(yan)狀態(tài)所需的能(neng)量，它被定義(yi)為是硬度*內(nèi)(nei)聚性*彈性(xing)。在上圖(tu)d中，打(da)印樣品(pin)的咀嚼性隨(sui)孔隙率和打(da)印精度變(bian)化。隨著孔(kong)隙率從15.86%變(bian)化到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；對于600 μm細(xì)絲，咀嚼(jue)性從(cong)154.28 ± 21.33 變化到23.28 ± 4.83。黃(huang)花魚真實(shí)背(bei)部肌肉的(de)咀嚼性(xing)為185.76 ± 74.79，這與(yu)孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品咀嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘(zhan)性是(shi)瓦解(jie)一個(gè)半固體食(shi)品到利于吞(tun)咽狀態(tài)所(suo)需的能量(liang)，被定義(yi)為是硬度*內(nèi)聚(ju)性。上圖e顯示了(le)不同孔隙率(lv)和細(xì)(xi)絲對(dui)打印樣(yang)品膠粘(zhan)性的(de)影響(xiang)。隨著孔隙率的(de)增加，打印樣(yang)品膠粘性(xing)發(fā)生(sheng)下降。對于200 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠粘性從(cong)436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對于600 μm細(xì)絲打印(yin)樣品，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃(huang)花魚背(bei)部肌肉真(zhen)實(shí)膠粘(zhan)性為321.85 ± 113.66，與孔(kong)隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品膠(jiao)粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人員(yuan)通過不同(tong)的孔隙率和(he)噴嘴大小來調(diào)(diao)節(jié)3D食(shi)品質(zhì)構(gòu)特性。通(tong)過控制食(shi)品油墨配方和(he)設(shè)計(jì)模型(xing)，我們(men)可能創(chuàng)造具(ju)有特定質(zhì)(zhi)構(gòu)的個(gè)(ge)性化(hua)食品。在(zai)此，研究人員(yuan)生產(chǎn)(chan)出孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，被叫做“仿魚"，其(qi)具有黃(huang)花魚真實(shí)背部(bu)肌肉(rou)一樣(yang)的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別是硬(ying)度和(he)彈性。

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