近日，上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力浙(zhe)江大學(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(biao)了題為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的研(yan)究論文。

由3D打(da)印食品技術(shù)(shu)制造的(de)植物基仿(fang)肉越來越受歡(huan)迎。在該(gai)研究中，研(yan)究人員使(shi)用大豆分(fen)離蛋白(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作為(wei)食品油墨用(yong)于3D打印(yin)仿魚；研究(jiu)人員評(píng)估(gu)了不同濃度(du)比率(lv)下SPI/XG/RS食品油墨(mo)的可打印性(xing)。通過調(diào)整(zheng)打印參數(shù)，研究(jiu)人員成功獲得(de)真實(shí)魚肌纖(xian)維范(fan)圍內(nèi)細(xì)絲(si)(寬度97.36μm)的高(gao)打印(yin)分辨率。通過(guo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(gou)幾何(he)形狀，研究(jiu)人員獲得(de)具有(you)類似真實(shí)魚(yu)肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚(yu)，這揭示了3D打印(yin)可以將仿(fang)肉調(diào)節(jié)出類(lei)似肌纖維質(zhì)構(gòu)(gou)的能力。研究證(zheng)實(shí)微尺度上高(gao)精度3D打(da)印可以產(chǎn)生植(zhi)物基類似魚肉(rou)的結(jié)構(gòu)(gou)，為3D打印出具有(you)令人愉悅(yue)口感的仿肉(rou)提供了一個(gè)(ge)系統(tǒng)方法(fa)。

在該研究(jiu)中，研究(jiu)人員(yuan)使用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)定了真(zhen)實(shí)黃花魚和(he)仿魚的(de)硬度、彈性(xing)、粘附(fu)力、咀嚼性(xing)和膠粘(zhan)性指標(biāo)。使用(yong)200 μm或600 μm錐形針3D打印(yin)的不同孔隙率(lv)(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架(jia)結(jié)構(gòu)(gou)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀配(pei)置直徑36mm柱形探(tan)頭對(duì)其進(jìn)行測(cè)(ce)試。樣品在85℃下(xia)蒸制5分(fen)鐘，然(ran)后將蒸制好(hao)的樣品放(fang)在質(zhì)構(gòu)儀測(cè)(ce)試平臺(tái)上(shang)，用柱形探頭以(yi)1mm/s的速度下壓樣(yang)品30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)顯著(zhu)受其結(jié)構(gòu)(gou)、力學(xué)和表面(mian)性質(zhì)所(suo)決定。一些質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)可以通(tong)過全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來測(cè)(ce)定，包括(kuo)硬度(du)、彈性、粘附力(li)、咀嚼(jue)性和(he)膠粘性。前(qian)三者(zhe)為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)，后兩(liang)者為次級(jí)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析變量。在(zai)該研究中，研究(jiu)人員使用(yong)200 μm或600 μm噴嘴(zui)制造的不同(tong)孔隙(xi)率打印樣品，將(jiang)其蒸(zheng)制，然后探究其(qi)質(zhì)構(gòu)特性(xing)，并將其與(yu)黃花魚背(bei)部肌肉對(duì)比(bi)。為了說明打印(yin)樣品與(yu)真實(shí)魚(yu)的相似，我們將(jiang)黃花魚背(bei)部肌肉每(mei)個(gè)質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)的平均值定(ding)義為10分(fen)。仿魚打(da)印樣品(pin)相應(yīng)的平(ping)均值和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差根據(jù)比例(li)也被計(jì)(ji)算。

硬度是阻止(zhi)變形的(de)力。在上圖(tu)a中，當(dāng)(dang)孔隙(xi)率從15.86%增(zeng)加到73.50%，樣品硬(ying)度逐(zhu)漸下降。對(duì)(dui)于200 μm噴(pen)嘴打印(yin)的樣品，硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴嘴(zui)打印的樣品(pin)，樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面更小(xiao)的孔隙率(lv)和更細(xì)的細(xì)絲(si)能夠產(chǎn)生更大(da)的硬度。在打印(yin)期間(jian)，更小(xiao)的噴嘴帶來的(de)更大硬度導(dǎo)(dao)致食品油墨中(zhong)的原(yuan)料更緊湊，且(qie)在質(zhì)構(gòu)分析(xi)中很(hen)難變(bian)形。因此，在(zai)相同孔隙率下(xia)，200 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣品比600 μm細(xì)(xi)絲制(zhi)備的樣品(pin)更硬?？紫堵?lv)15.86%的200μm細(xì)絲打(da)印樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常(chang)接近其真實(shí)對(duì)(dui)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變(bian)形力去除后(hou)物體恢復(fù)到其(qi)未變形狀(zhuang)態(tài)的比率被(bei)定義為彈性(xing)。在上圖b中(zhong)，不管精(jing)度和孔隙率(lv)，所有打印樣品(pin)的彈(dan)性大(da)約為0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈性取(qu)決于原料配方(fang)，而很(hen)少受打印(yin)參數(shù)的影響。蒸制(zhi)S20 × 3R15食品油墨材料(liao)彈性媲(pi)美真實(shí)(shi)黃花魚(yu)背部(bu)肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克(ke)服食物表面(mian)與與食物接觸(chu)的材(cai)料表面之間的(de)吸附力，需(xu)要一(yi)個(gè)反作用力，并(bing)將其定義為粘(zhan)附力。在上(shang)圖c中，不管孔(kong)隙率和打(da)印精度(du)，所有(you)打印樣品的(de)粘附力大約(yue)為2.5，這(zhe)可能也(ye)與材料本(ben)身有(you)關(guān)。打印(yin)樣品的(de)粘附力接近(jin)真實(shí)魚(yu)的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定(ding)義為咀嚼固體(ti)樣品到吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的(de)能量，它被(bei)定義為(wei)是硬度*內(nèi)聚(ju)性*彈性。在上圖(tu)d中，打印樣品(pin)的咀嚼性隨孔(kong)隙率和打印精(jing)度變化。隨著(zhe)孔隙率從15.86%變化到(dao)73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲，咀嚼性(xing)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154.28 ± 21.33 變(bian)化到23.28 ± 4.83。黃花魚真實(shí)背部肌(ji)肉的咀嚼性(xing)為185.76 ± 74.79，這與孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀(ju)嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是(shi)瓦解一個(gè)半(ban)固體食(shi)品到(dao)利于吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的(de)能量，被定義(yi)為是(shi)硬度*內(nèi)聚性(xing)。上圖e顯示了不(bu)同孔隙(xi)率和細(xì)(xi)絲對(duì)打(da)印樣品(pin)膠粘性的影響(xiang)。隨著孔(kong)隙率的增(zeng)加，打印樣品膠(jiao)粘性發(fā)生下(xia)降。對(duì)于200 μm細(xì)絲(si)打印樣品，膠(jiao)粘性從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于600 μm細(xì)絲打印(yin)樣品(pin)，膠粘(zhan)性從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃花魚背(bei)部肌肉真實(shí)(shi)膠粘(zhan)性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為15.86%的(de)200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品膠粘性(xing)值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人員(yuan)通過不(bu)同的(de)孔隙率(lv)和噴嘴大(da)小來調(diào)節(jié)(jie)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過(guo)控制食品油(you)墨配方和(he)設(shè)計(jì)模型，我們(men)可能創(chuàng)造具有(you)特定質(zhì)(zhi)構(gòu)的個(gè)性化食(shi)品。在此，研(yan)究人員生產(chǎn)(chan)出孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做(zuo)“仿魚"，其(qi)具有黃(huang)花魚真實(shí)背(bei)部肌肉一樣(yang)的質(zhì)構(gòu)特性(xing)，特別是硬度(du)和彈(dan)性。

原文下(xia)載鏈(lian)接

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