近日(ri)，上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀助力浙江(jiang)大學(xué)研究人員在國(guo)際食品期(qi)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(jiu)論文。

由3D打印(yin)食品技(ji)術(shù)制造(zao)的植物基仿肉(rou)越來越受歡迎(ying)。在該研究(jiu)中，研究(jiu)人員使用(yong)大豆分離(li)蛋白(bai)(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米淀(dian)粉(RS)作為(wei)食品油(you)墨用于3D打(da)印仿(fang)魚；研(yan)究人員評(píng)估(gu)了不同濃度比(bi)率下SPI/XG/RS食(shi)品油墨的可(ke)打印性(xing)。通過調(diào)整打印(yin)參數(shù)(shu)，研究(jiu)人員成功獲得(de)真實(shí)魚肌纖維(wei)范圍內(nèi)細(xì)絲(si)(寬度97.36μm)的高打(da)印分(fen)辨率。通過調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)幾何形(xing)狀，研究人員(yuan)獲得具有類似(shi)真實(shí)魚(yu)肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚(yu)，這揭示了3D打印(yin)可以(yi)將仿(fang)肉調(diào)節(jié)(jie)出類(lei)似肌纖維質(zhì)(zhi)構(gòu)的能(neng)力。研究證實(shí)微(wei)尺度(du)上高(gao)精度(du)3D打印可以(yi)產(chǎn)生植物基(ji)類似魚肉的(de)結(jié)構(gòu)，為3D打(da)印出具有令人(ren)愉悅口感(gan)的仿(fang)肉提供了一個(gè)(ge)系統(tǒng)(tong)方法。

在該研(yan)究中(zhong)，研究人(ren)員使用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)定了真(zhen)實(shí)黃花魚和(he)仿魚的硬度(du)、彈性(xing)、粘附力、咀嚼(jue)性和膠(jiao)粘性(xing)指標(biāo)。使用(yong)200 μm或600 μm錐形(xing)針3D打(da)印的不同孔(kong)隙率(15.86%、35.64%、56.69%和(he)73.59%)網(wǎng)架結(jié)(jie)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后(hou)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(duì)(dui)其進(jìn)(jin)行測(cè)試。樣品在(zai)85℃下蒸制5分鐘(zhong)，然后將蒸(zheng)制好(hao)的樣品放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)試平(ping)臺(tái)上(shang)，用柱形探頭以(yi)1mm/s的速度下(xia)壓樣品(pin)30%。

仿肉和(he)仿魚的質(zhì)構(gòu)(gou)顯著(zhu)受其(qi)結(jié)構(gòu)、力(li)學(xué)和(he)表面性質(zhì)(zhi)所決定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)可以(yi)通過全質(zhì)(zhi)構(gòu)分(fen)析來(lai)測(cè)定，包括(kuo)硬度、彈性、粘附(fu)力、咀嚼性和(he)膠粘性。前(qian)三者(zhe)為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)，后兩(liang)者為次級(jí)(ji)全質(zhì)構(gòu)分析(xi)變量(liang)。在該研究中(zhong)，研究人員(yuan)使用200 μm或600 μm噴嘴制造的(de)不同孔(kong)隙率打印樣(yang)品，將其蒸制(zhi)，然后(hou)探究其(qi)質(zhì)構(gòu)特性，并(bing)將其(qi)與黃(huang)花魚背部肌(ji)肉對(duì)比。為(wei)了說(shuo)明打(da)印樣品(pin)與真實(shí)魚的(de)相似(shi)，我們(men)將黃花(hua)魚背部肌(ji)肉每個(gè)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)的平均(jun)值定義為10分。仿(fang)魚打印樣品相(xiang)應(yīng)的平均值和(he)標(biāo)準(zhǔn)差根(gen)據(jù)比例也被(bei)計(jì)算(suan)。

硬度是阻(zu)止變形(xing)的力。在上圖a中，當(dāng)(dang)孔隙率從(cong)15.86%增加(jia)到73.50%，樣(yang)品硬度逐漸下(xia)降。對(duì)于200 μm噴嘴打(da)印的(de)樣品，硬度從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴(pen)嘴打印的樣(yang)品，樣(yang)品硬度從(cong)3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更(geng)小的孔隙率和(he)更細(xì)(xi)的細(xì)(xi)絲能(neng)夠產(chǎn)生(sheng)更大的(de)硬度。在打(da)印期間(jian)，更小的(de)噴嘴帶(dai)來的更(geng)大硬度導(dǎo)致食(shi)品油墨中的原(yuan)料更緊(jin)湊，且(qie)在質(zhì)構(gòu)分析中(zhong)很難變(bian)形。因此，在相同孔(kong)隙率下，200 μm細(xì)(xi)絲制(zhi)備的樣品(pin)比600 μm細(xì)(xi)絲制備的樣(yang)品更硬?？紫堵?lv)15.86%的200μm細(xì)絲打印(yin)樣品硬度(du)(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其真(zhen)實(shí)對(duì)照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去除(chu)后物體(ti)恢復(fù)到其(qi)未變形狀態(tài)(tai)的比率被(bei)定義(yi)為彈性。在上圖(tu)b中，不管(guan)精度(du)和孔隙率(lv)，所有打(da)印樣(yang)品的彈性大(da)約為0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地(di)彈性(xing)取決于(yu)原料配方(fang)，而很(hen)少受打印(yin)參數(shù)的影(ying)響。蒸制(zhi)S20 × 3R15食品油墨材(cai)料彈性媲(pi)美真(zhen)實(shí)黃花魚背(bei)部肌(ji)肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了(le)克服食物(wu)表面與與(yu)食物接觸(chu)的材料(liao)表面之(zhi)間的(de)吸附力，需要一(yi)個(gè)反作用力(li)，并將其定義(yi)為粘附力。在上(shang)圖c中，不管(guan)孔隙(xi)率和打印精(jing)度，所有打印樣(yang)品的粘附力大(da)約為2.5，這可能也(ye)與材料本(ben)身有關(guān)。打印樣品(pin)的粘附力接近(jin)真實(shí)(shi)魚的粘附力(li)(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性(xing)被定義為咀(ju)嚼固(gu)體樣品(pin)到吞(tun)咽狀態(tài)所需(xu)的能量，它(ta)被定義為是硬(ying)度*內(nèi)聚性*彈性(xing)。在上(shang)圖d中，打印樣品(pin)的咀嚼(jue)性隨孔(kong)隙率和打印(yin)精度(du)變化(hua)。隨著孔隙率從15.86%變(bian)化到73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變(bian)化到(dao)80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)絲，咀嚼性從(cong)154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚真(zhen)實(shí)背部肌(ji)肉的(de)咀嚼性(xing)為185.76 ± 74.79，這與孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性(xing)是瓦解一個(gè)半(ban)固體(ti)食品(pin)到利于吞咽(yan)狀態(tài)(tai)所需的能量，被(bei)定義為是硬度(du)*內(nèi)聚性。上圖e顯(xian)示了不同(tong)孔隙率和細(xì)(xi)絲對(duì)打印樣品(pin)膠粘(zhan)性的影(ying)響。隨(sui)著孔隙(xi)率的增加，打印(yin)樣品膠粘性發(fā)(fa)生下降。對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲打(da)印樣品(pin)，膠粘性從(cong)436.36 ± 51.42下降到116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于(yu)600 μm細(xì)絲(si)打印樣品，膠粘(zhan)性從246.48 ± 24.74下降到(dao)35.37 ± 8.72。黃花魚背部肌(ji)肉真實(shí)膠粘性(xing)為321.85 ± 113.66，與孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打(da)印樣(yang)品膠粘(zhan)性值(436.36 ± 51.42)相似(shi)。

總之，研究人(ren)員通過不同的(de)孔隙率和噴(pen)嘴大小來調(diào)(diao)節(jié)3D食(shi)品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過控(kong)制食(shi)品油墨配方和(he)設(shè)計(jì)模(mo)型，我們可(ke)能創(chuàng)造(zao)具有特定質(zhì)構(gòu)(gou)的個(gè)性化(hua)食品。在此，研(yan)究人員(yuan)生產(chǎn)出孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做“仿魚"，其(qi)具有黃花魚(yu)真實(shí)背(bei)部肌肉一樣(yang)的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性(xing)，特別是硬度(du)和彈性。

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