近日(ri)，上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助(zhu)力浙(zhe)江大學(xué)研究人員在(zai)國(guó)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打印食(shi)品技術(shù)制造的(de)植物基仿肉越(yue)來(lái)越受(shou)歡迎。在該(gai)研究中(zhong)，研究人(ren)員使用大豆(dou)分離蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(jiao)(XG)和大米淀(dian)粉(RS)作為食品(pin)油墨用(yong)于3D打印(yin)仿魚(yú)；研究人員(yuan)評(píng)估(gu)了不同濃度比(bi)率下SPI/XG/RS食(shi)品油(you)墨的可打印性(xing)。通過(guò)(guo)調(diào)整打印參數(shù)(shu)，研究人員成功(gong)獲得真實(shí)魚(yú)肌(ji)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(guò)調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)(gou)幾何形狀，研究(jiu)人員(yuan)獲得具(ju)有類(lèi)似真實(shí)(shi)魚(yú)肉(rou)質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚(yú)，這揭示了(le)3D打印可以將仿(fang)肉調(diào)節(jié)(jie)出類(lèi)似肌(ji)纖維質(zhì)構(gòu)的(de)能力。研(yan)究證(zheng)實(shí)微尺度上(shang)高精度3D打(da)印可以(yi)產(chǎn)生植物基類(lèi)(lei)似魚(yú)肉的(de)結(jié)構(gòu)，為3D打(da)印出具有令(ling)人愉悅口(kou)感的(de)仿肉提供了(le)一個(gè)系統(tǒng)方法(fa)。

在該(gai)研究中(zhong)，研究人員(yuan)使用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定(ding)了真實(shí)黃花(hua)魚(yú)和仿魚(yú)的(de)硬度、彈(dan)性、粘附(fu)力、咀嚼性和(he)膠粘性(xing)指標(biāo)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形針(zhen)3D打印(yin)的不同(tong)孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)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(duì)其進(jìn)(jin)行測(cè)試。樣(yang)品在85℃下(xia)蒸制5分鐘(zhong)，然后將蒸制(zhi)好的樣(yang)品放在質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試(shi)平臺(tái)上，用柱形(xing)探頭(tou)以1mm/s的(de)速度下(xia)壓樣品30%。

仿肉(rou)和仿魚(yú)的(de)質(zhì)構(gòu)顯著(zhu)受其結(jié)(jie)構(gòu)、力學(xué)和(he)表面性質(zhì)(zhi)所決定。一些質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)可(ke)以通過(guò)全質(zhì)構(gòu)(gou)分析來(lái)(lai)測(cè)定，包括(kuo)硬度、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼性(xing)和膠粘性(xing)。前三(san)者為初(chu)級(jí)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)，后(hou)兩者為次級(jí)全(quan)質(zhì)構(gòu)分析(xi)變量。在該研究(jiu)中，研究人(ren)員使用200 μm或600 μm噴(pen)嘴制造的不同(tong)孔隙(xi)率打印(yin)樣品，將(jiang)其蒸(zheng)制，然后探究其(qi)質(zhì)構(gòu)特(te)性，并將其與(yu)黃花魚(yú)背部(bu)肌肉對(duì)(dui)比。為(wei)了說(shuō)明打印(yin)樣品與(yu)真實(shí)魚(yú)的相似(shi)，我們將黃花(hua)魚(yú)背(bei)部肌肉每(mei)個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的(de)平均值定(ding)義為10分(fen)。仿魚(yú)打(da)印樣品相(xiang)應(yīng)的平均(jun)值和標(biāo)準(zhǔn)差(cha)根據(jù)比例(li)也被計(jì)(ji)算。

硬度是阻止變(bian)形的力(li)。在上圖(tu)a中，當(dāng)孔隙率從(cong)15.86%增加到73.50%，樣品(pin)硬度逐漸下降(jiang)。對(duì)于200 μm噴嘴打(da)印的樣(yang)品，硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴嘴打(da)印的樣品，樣品(pin)硬度從(cong)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)(xi)的細(xì)絲能(neng)夠產(chǎn)生更大的(de)硬度。在打印(yin)期間，更小的噴(pen)嘴帶來(lái)的(de)更大(da)硬度導(dǎo)致食(shi)品油墨中的(de)原料更緊湊(cou)，且在質(zhì)構(gòu)分析(xi)中很難(nan)變形。因此(ci)，在相同孔(kong)隙率下，200 μm細(xì)絲(si)制備的樣(yang)品比600 μm細(xì)絲制備(bei)的樣品更(geng)硬?？?kong)隙率15.86%的200μm細(xì)絲(si)打印樣品硬(ying)度(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其(qi)真實(shí)對(duì)(dui)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變(bian)形力去除后物(wu)體恢(hui)復(fù)到其未變形(xing)狀態(tài)的比率被(bei)定義為彈性(xing)。在上圖(tu)b中，不(bu)管精度(du)和孔隙率，所有打(da)印樣品的彈(dan)性大(da)約為(wei)0.6。這說(shuō)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈(dan)性取(qu)決于原(yuan)料配方，而很(hen)少受打(da)印參(can)數(shù)的(de)影響。蒸制(zhi)S20 × 3R15食品油墨(mo)材料彈性(xing)媲美真(zhen)實(shí)黃(huang)花魚(yú)背部(bu)肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食(shi)物表面與與(yu)食物接觸(chu)的材(cai)料表面(mian)之間的吸附(fu)力，需要一(yi)個(gè)反作用力(li)，并將(jiang)其定義為粘(zhan)附力。在(zai)上圖c中，不管孔(kong)隙率和打印精(jing)度，所(suo)有打印(yin)樣品(pin)的粘附力(li)大約(yue)為2.5，這可能(neng)也與材料本(ben)身有關(guān)。打印樣品(pin)的粘(zhan)附力接(jie)近真(zhen)實(shí)魚(yú)的(de)粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性(xing)被定義為咀(ju)嚼固體樣品到(dao)吞咽狀態(tài)所需(xu)的能量，它被(bei)定義為是硬度(du)*內(nèi)聚性(xing)*彈性。在上(shang)圖d中，打印樣品(pin)的咀嚼(jue)性隨孔隙(xi)率和打印精度(du)變化。隨著孔(kong)隙率從(cong)15.86%變化到(dao)73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲，咀嚼(jue)性從248.72 ± 38.18變化(hua)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(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚(yú)真實(shí)(shi)背部肌肉的咀(ju)嚼性為185.76 ± 74.79，這與孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性(xing)是瓦解(jie)一個(gè)半固體食(shi)品到利于(yu)吞咽狀態(tài)所需(xu)的能量，被(bei)定義(yi)為是硬度*內(nèi)(nei)聚性(xing)。上圖e顯示(shi)了不(bu)同孔隙(xi)率和(he)細(xì)絲對(duì)打(da)印樣品膠粘(zhan)性的影(ying)響。隨著孔隙率(lv)的增加，打(da)印樣品膠(jiao)粘性發(fā)生下(xia)降。對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠粘性從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于(yu)600 μm細(xì)絲打印(yin)樣品，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃(huang)花魚(yú)背部(bu)肌肉真實(shí)膠(jiao)粘性(xing)為321.85 ± 113.66，與孔隙率(lv)為15.86%的(de)200 μm細(xì)絲(si)打印樣品膠(jiao)粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研(yan)究人員通過(guò)(guo)不同的孔(kong)隙率(lv)和噴(pen)嘴大小來(lái)調(diào)(diao)節(jié)3D食品(pin)質(zhì)構(gòu)特性(xing)。通過(guò)控制食(shi)品油墨配(pei)方和(he)設(shè)計(jì)模(mo)型，我(wo)們可能創(chuàng)(chuang)造具有(you)特定質(zhì)構(gòu)的(de)個(gè)性化(hua)食品(pin)。在此，研究人員(yuan)生產(chǎn)出(chu)孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，被叫做“仿魚(yú)(yu)"，其具有黃花魚(yú)(yu)真實(shí)(shi)背部肌肉一(yi)樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特(te)別是硬度和(he)彈性。

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