近日，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)助力浙(zhe)江大學(xué)研究人員在國際(ji)食品(pin)期刊(kan)《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表了題(ti)為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的研究論文(wen)。

由3D打印食品技(ji)術(shù)制(zhi)造的植物基(ji)仿肉越來越受(shou)歡迎。在該研究(jiu)中，研究人員(yuan)使用大豆分離(li)蛋白(bai)(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作(zuo)為食品油(you)墨用于3D打印仿(fang)魚；研(yan)究人員評(píng)(ping)估了不同濃(nong)度比率(lv)下SPI/XG/RS食品油墨(mo)的可打印(yin)性。通過調(diào)(diao)整打印參(can)數(shù)，研究人(ren)員成功獲(huo)得真實(shí)魚肌(ji)纖維(wei)范圍內(nèi)細(xì)絲(si)(寬度97.36μm)的高(gao)打印分辨(bian)率。通過調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)(gou)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)(zhi)構(gòu)的仿魚，這揭(jie)示了3D打印可以(yi)將仿肉調(diào)節(jié)(jie)出類似(shi)肌纖維(wei)質(zhì)構(gòu)的(de)能力。研究證實(shí)(shi)微尺度(du)上高精(jing)度3D打(da)印可以產(chǎn)生(sheng)植物基類(lei)似魚肉的結(jié)構(gòu)(gou)，為3D打印出具有(you)令人愉悅口(kou)感的(de)仿肉提供了一(yi)個(gè)系統(tǒng)方(fang)法。

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(yi)測(cè)定了真(zhen)實(shí)黃花魚和仿(fang)魚的硬度(du)、彈性、粘附力、咀(ju)嚼性(xing)和膠粘性指(zhi)標(biāo)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形針3D打(da)印的不同(tong)孔隙(xi)率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)配置直徑36mm柱(zhu)形探頭對(duì)其進(jìn)(jin)行測(cè)(ce)試。樣(yang)品在85℃下(xia)蒸制5分鐘，然后(hou)將蒸制好的樣(yang)品放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)測(cè)試平臺(tái)(tai)上，用柱(zhu)形探頭以1mm/s的(de)速度下壓(ya)樣品30%。

仿肉和(he)仿魚的質(zhì)構(gòu)顯(xian)著受其結(jié)(jie)構(gòu)、力學(xué)(xue)和表面(mian)性質(zhì)(zhi)所決定。一些(xie)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)可以(yi)通過全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來測(cè)定(ding)，包括(kuo)硬度、彈性(xing)、粘附(fu)力、咀嚼性和膠(jiao)粘性。前三者(zhe)為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)，后(hou)兩者為(wei)次級(jí)全(quan)質(zhì)構(gòu)分析變量(liang)。在該研究中，研(yan)究人員使用200 μm或600 μm噴嘴(zui)制造的不同(tong)孔隙率打印(yin)樣品，將(jiang)其蒸(zheng)制，然后探(tan)究其質(zhì)構(gòu)(gou)特性，并將其(qi)與黃(huang)花魚背部(bu)肌肉對(duì)(dui)比。為(wei)了說明打印樣(yang)品與真實(shí)(shi)魚的相似，我(wo)們將黃花魚(yu)背部肌(ji)肉每個(gè)質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)的平均值定(ding)義為(wei)10分。仿魚打印(yin)樣品相應(yīng)(ying)的平均(jun)值和標(biāo)準(zhǔn)(zhun)差根據(jù)比(bi)例也(ye)被計(jì)算。

硬度是阻止變(bian)形的力。在上圖a中(zhong)，當(dāng)孔隙率從(cong)15.86%增加到(dao)73.50%，樣品硬度(du)逐漸下降。對(duì)(dui)于200 μm噴嘴打印(yin)的樣品，硬度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴嘴(zui)打印的(de)樣品(pin)，樣品硬度從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到0.62 ± 0.15 N，這表面更(geng)小的(de)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(yin)期間，更小(xiao)的噴嘴帶來(lai)的更大硬度(du)導(dǎo)致食品油墨(mo)中的(de)原料更緊(jin)湊，且在(zai)質(zhì)構(gòu)分析中(zhong)很難變形。因此，在(zai)相同孔隙(xi)率下，200 μm細(xì)絲制備(bei)的樣品比(bi)600 μm細(xì)絲制備的樣(yang)品更(geng)硬?？紫堵?lv)15.86%的200μm細(xì)絲打印(yin)樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接近其真實(shí)(shi)對(duì)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去(qu)除后物體恢復(fù)(fu)到其未變形(xing)狀態(tài)(tai)的比率(lv)被定(ding)義為彈性(xing)。在上圖b中(zhong)，不管精度(du)和孔隙率，所(suo)有打印樣品(pin)的彈性大約為(wei)0.6。這說明SPI/XG/RS質(zhì)地彈(dan)性取決于原(yuan)料配方，而很(hen)少受打印參(can)數(shù)的影響(xiang)。蒸制(zhi)S20 × 3R15食品油(you)墨材料(liao)彈性媲(pi)美真(zhen)實(shí)黃花魚(yu)背部肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食(shi)物表面與(yu)與食(shi)物接(jie)觸的材料表面(mian)之間的吸附力(li)，需要一個(gè)(ge)反作用力，并(bing)將其定(ding)義為(wei)粘附(fu)力。在(zai)上圖c中，不管孔(kong)隙率和打印精(jing)度，所(suo)有打印樣品(pin)的粘附(fu)力大約為(wei)2.5，這可(ke)能也與(yu)材料本身(shen)有關(guān)。打印樣品的粘(zhan)附力接(jie)近真實(shí)魚(yu)的粘附力(li)(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性(xing)被定義(yi)為咀嚼固體樣(yang)品到吞咽(yan)狀態(tài)(tai)所需的能量，它(ta)被定義為(wei)是硬度*內(nèi)聚性(xing)*彈性。在上圖(tu)d中，打印樣(yang)品的咀嚼(jue)性隨孔隙率和(he)打印精(jing)度變(bian)化。隨著(zhe)孔隙率從15.86%變化(hua)到73.50%，對(duì)(dui)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)(xi)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變(bian)化到(dao)23.28 ± 4.83。黃花魚真實(shí)背(bei)部肌肉的咀(ju)嚼性(xing)為185.76 ± 74.79，這與孔隙(xi)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。

膠粘性是瓦解(jie)一個(gè)半(ban)固體食品到(dao)利于吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的能(neng)量，被定(ding)義為是硬度(du)*內(nèi)聚(ju)性。上(shang)圖e顯示了(le)不同孔隙(xi)率和(he)細(xì)絲對(duì)打印(yin)樣品膠粘性(xing)的影響。隨著孔(kong)隙率的(de)增加，打印樣品(pin)膠粘性發(fā)(fa)生下降(jiang)。對(duì)于200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，膠粘性從436.36 ± 51.42下(xia)降到116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于(yu)600 μm細(xì)絲(si)打印樣(yang)品，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃(huang)花魚背部肌(ji)肉真實(shí)(shi)膠粘性為321.85 ± 113.66，與孔(kong)隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品膠(jiao)粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究(jiu)人員通過不同(tong)的孔隙率和(he)噴嘴(zui)大小來(lai)調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過(guo)控制食品油墨(mo)配方和設(shè)計(jì)模(mo)型，我們可能創(chuàng)(chuang)造具有特定質(zhì)(zhi)構(gòu)的(de)個(gè)性化食品(pin)。在此，研究人(ren)員生產(chǎn)出(chu)孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品，被叫做“仿魚(yu)"，其具有黃花(hua)魚真(zhen)實(shí)背部肌(ji)肉一(yi)樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別是硬(ying)度和彈性(xing)。

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