近日(ri)，上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力浙(zhe)江大學(xué)研究人員在(zai)國(guó)際食(shi)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打印食品技(ji)術(shù)制造的(de)植物(wu)基仿肉越來(lái)越(yue)受歡迎(ying)。在該研(yan)究中，研究人員(yuan)使用大豆分離(li)蛋白(SPI)、黃原膠(jiao)(XG)和大米淀粉(fen)(RS)作為食品(pin)油墨(mo)用于3D打印仿魚(yu)；研究人員(yuan)評(píng)估了(le)不同濃(nong)度比率下SPI/XG/RS食(shi)品油墨的可(ke)打印性。通過(guò)調(diào)(diao)整打印參數(shù)(shu)，研究人員成功(gong)獲得(de)真實(shí)魚肌纖維(wei)范圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的高打(da)印分辨率。通(tong)過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾何形(xing)狀，研究(jiu)人員獲得(de)具有類(lei)似真(zhen)實(shí)魚肉質(zhì)(zhi)構(gòu)的仿魚，這揭(jie)示了3D打印可以(yi)將仿肉調(diào)(diao)節(jié)出(chu)類似肌(ji)纖維質(zhì)構(gòu)的(de)能力。研究(jiu)證實(shí)微尺度上(shang)高精度3D打(da)印可以產(chǎn)(chan)生植物基類似(shi)魚肉的結(jié)構(gòu)，為(wei)3D打印出具(ju)有令人愉(yu)悅口感的仿(fang)肉提(ti)供了一個(gè)系(xi)統(tǒng)方法。

在該研究(jiu)中，研究人(ren)員使用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)定了真實(shí)(shi)黃花(hua)魚和仿(fang)魚的(de)硬度、彈性(xing)、粘附力、咀嚼性(xing)和膠(jiao)粘性指標(biāo)。使用(yong)200 μm或600 μm錐形針(zhen)3D打印的(de)不同孔隙率(lv)(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀配置直徑(jing)36mm柱形探頭對(duì)(dui)其進(jìn)行測(cè)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(zai)質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試(shi)平臺(tái)上，用(yong)柱形探頭(tou)以1mm/s的速(su)度下壓樣(yang)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)和(he)表面性質(zhì)(zhi)所決(jue)定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)可(ke)以通(tong)過(guò)全(quan)質(zhì)構(gòu)分析來(lái)測(cè)(ce)定，包(bao)括硬(ying)度、彈性、粘附力(li)、咀嚼性和膠(jiao)粘性(xing)。前三者為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)，后兩者為(wei)次級(jí)全質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)變量。在該研(yan)究中，研究(jiu)人員使用200 μm或600 μm噴嘴(zui)制造的不(bu)同孔隙率(lv)打印樣品(pin)，將其蒸(zheng)制，然后探究(jiu)其質(zhì)構(gòu)特(te)性，并將其與黃(huang)花魚(yu)背部肌肉(rou)對(duì)比。為了說(shuō)明(ming)打印樣品與真(zhen)實(shí)魚的(de)相似(shi)，我們將黃花魚(yu)背部肌(ji)肉每個(gè)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)(biao)的平(ping)均值定(ding)義為10分。仿(fang)魚打(da)印樣品相(xiang)應(yīng)的平均值(zhi)和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差根據(jù)比例(li)也被計(jì)算(suan)。

硬度(du)是阻止變形的(de)力。在上圖a中，當(dāng)孔(kong)隙率從15.86%增(zeng)加到73.50%，樣品硬度(du)逐漸下(xia)降。對(duì)(dui)于200 μm噴嘴打印的(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(yin)的樣(yang)品，樣品硬(ying)度從3.82 ± 0.46 N下降到(dao)0.62 ± 0.15 N，這表面(mian)更小的孔隙率(lv)和更細(xì)的細(xì)絲(si)能夠產(chǎn)生(sheng)更大的硬(ying)度。在打印期(qi)間，更小的噴(pen)嘴帶(dai)來(lái)的更(geng)大硬度導(dǎo)(dao)致食品油(you)墨中的原料更(geng)緊湊(cou)，且在質(zhì)(zhi)構(gòu)分析中(zhong)很難變形(xing)。因此(ci)，在相同孔隙率(lv)下，200 μm細(xì)絲制備(bei)的樣品(pin)比600 μm細(xì)絲制備的(de)樣品更硬(ying)?？紫?xi)率15.86%的200μm細(xì)絲(si)打印(yin)樣品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常(chang)接近其真(zhen)實(shí)對(duì)(dui)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力(li)去除后物體(ti)恢復(fù)(fu)到其未變(bian)形狀態(tài)的比率(lv)被定義為(wei)彈性。在上圖b中(zhong)，不管精度和孔隙率，所(suo)有打(da)印樣品(pin)的彈性大約為(wei)0.6。這說(shuō)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈(dan)性取決于(yu)原料配方(fang)，而很少受打(da)印參數(shù)(shu)的影響(xiang)。蒸制S20 × 3R15食(shi)品油墨(mo)材料彈(dan)性媲美真實(shí)黃(huang)花魚背(bei)部肌肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了(le)克服食物表(biao)面與與食物(wu)接觸的材(cai)料表面之(zhi)間的吸附(fu)力，需要一(yi)個(gè)反作(zuo)用力，并將其定(ding)義為粘(zhan)附力(li)。在上圖(tu)c中，不管孔(kong)隙率和(he)打印精(jing)度，所有(you)打印樣品(pin)的粘附力(li)大約為2.5，這可能(neng)也與(yu)材料本身(shen)有關(guān)。打印樣(yang)品的粘(zhan)附力接(jie)近真(zhen)實(shí)魚的粘附力(li)(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定義(yi)為咀(ju)嚼固體(ti)樣品到吞咽(yan)狀態(tài)所需的(de)能量，它被(bei)定義為(wei)是硬(ying)度*內(nèi)聚(ju)性*彈性。在(zai)上圖d中，打印(yin)樣品(pin)的咀(ju)嚼性(xing)隨孔隙率和打(da)印精度變化。隨(sui)著孔隙率從15.86%變(bian)化到(dao)73.50%，對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變化(hua)到80.26 ± 7.82；對(duì)(dui)于600 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性(xing)從154.28 ± 21.33 變化到23.28 ± 4.83。黃花(hua)魚真實(shí)背(bei)部肌肉的咀嚼(jue)性為185.76 ± 74.79，這與孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀(ju)嚼性(xing) (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性(xing)是瓦解一個(gè)(ge)半固體食品(pin)到利于吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的能(neng)量，被定義為是(shi)硬度*內(nèi)聚性(xing)。上圖e顯(xian)示了不同孔(kong)隙率和細(xì)絲對(duì)(dui)打印樣品膠粘(zhan)性的影響。隨(sui)著孔隙率的增(zeng)加，打(da)印樣品(pin)膠粘性發(fā)生下(xia)降。對(duì)于200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，膠粘性從(cong)436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于600 μm細(xì)(xi)絲打印樣品(pin)，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃(huang)花魚背部(bu)肌肉真實(shí)膠粘(zhan)性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品膠粘性值(zhi)(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人員(yuan)通過(guò)不同的(de)孔隙率和噴嘴(zui)大小來(lái)(lai)調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)。通過(guò)控制食品(pin)油墨配方和設(shè)(she)計(jì)模型，我們(men)可能創(chuàng)造(zao)具有特定質(zhì)構(gòu)(gou)的個(gè)性化食(shi)品。在此(ci)，研究(jiu)人員生產(chǎn)出(chu)孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)，被叫做“仿(fang)魚"，其(qi)具有(you)黃花魚真(zhen)實(shí)背部肌肉一(yi)樣的(de)質(zhì)構(gòu)特(te)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