近日，上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)助力浙(zhe)江大學(xué)研究人員(yuan)在國(guó)際(ji)食品期刊《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(de)研究(jiu)論文。

由3D打印食(shi)品技(ji)術(shù)制造的(de)植物基仿肉(rou)越來(lái)(lai)越受歡迎(ying)。在該研究(jiu)中，研究(jiu)人員使用大豆(dou)分離蛋白(bai)(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作(zuo)為食品油(you)墨用于(yu)3D打印仿魚；研究(jiu)人員評(píng)估(gu)了不同濃度比(bi)率下SPI/XG/RS食品(pin)油墨的(de)可打印(yin)性。通過(guò)(guo)調(diào)整打印(yin)參數(shù)，研究人(ren)員成(cheng)功獲(huo)得真實(shí)魚肌(ji)纖維范圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬度97.36μm)的高(gao)打印分(fen)辨率。通過(guò)(guo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(gou)幾何形狀，研究(jiu)人員獲得具(ju)有類似真(zhen)實(shí)魚肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚，這(zhe)揭示(shi)了3D打印可以將(jiang)仿肉調(diào)節(jié)(jie)出類似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)的能力(li)。研究證實(shí)微(wei)尺度上(shang)高精度3D打印(yin)可以(yi)產(chǎn)生植物基(ji)類似(shi)魚肉的結(jié)(jie)構(gòu)，為3D打印(yin)出具有(you)令人(ren)愉悅口(kou)感的(de)仿肉提供了(le)一個(gè)系統(tǒng)方(fang)法。

在該研究中，研(yan)究人員使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)定(ding)了真實(shí)黃花(hua)魚和仿魚的硬(ying)度、彈(dan)性、粘附力、咀(ju)嚼性和(he)膠粘性指標(biāo)(biao)。使用200 μm或600 μm錐形(xing)針3D打印(yin)的不(bu)同孔隙率(lv)(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(gou)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上(shang)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(qi)進(jìn)行測(cè)試。樣品(pin)在85℃下(xia)蒸制5分鐘(zhong)，然后將蒸制好(hao)的樣品放在(zai)質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試平臺(tái)上(shang)，用柱形探(tan)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)、力(li)學(xué)和表面性質(zhì)(zhi)所決定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)可以(yi)通過(guò)全(quan)質(zhì)構(gòu)分析(xi)來(lái)測(cè)定，包括硬(ying)度、彈性、粘附力(li)、咀嚼性和膠(jiao)粘性。前三者為(wei)初級(jí)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)，后兩者為(wei)次級(jí)全質(zhì)構(gòu)(gou)分析變量(liang)。在該研(yan)究中，研究(jiu)人員使用200 μm或600 μm噴嘴制造(zao)的不同孔(kong)隙率打印(yin)樣品，將其(qi)蒸制，然(ran)后探究其(qi)質(zhì)構(gòu)特性，并(bing)將其與(yu)黃花魚(yu)背部肌(ji)肉對(duì)比。為(wei)了說(shuō)明打印樣(yang)品與真實(shí)魚的(de)相似，我們將(jiang)黃花魚背部肌(ji)肉每(mei)個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的(de)平均值定(ding)義為10分。仿(fang)魚打印樣品相(xiang)應(yīng)的平(ping)均值和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差根據(jù)(ju)比例也(ye)被計(jì)算。

硬度是阻止(zhi)變形的力。在上圖(tu)a中，當(dāng)(dang)孔隙(xi)率從15.86%增加(jia)到73.50%，樣品(pin)硬度逐漸下(xia)降。對(duì)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 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴嘴(zui)打印的樣(yang)品，樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降(jiang)到0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更小(xiao)的孔隙(xi)率和更細(xì)的細(xì)(xi)絲能夠產(chǎn)(chan)生更(geng)大的(de)硬度。在打(da)印期間，更小(xiao)的噴嘴帶來(lái)(lai)的更大硬(ying)度導(dǎo)致食品(pin)油墨中的原(yuan)料更緊湊，且在(zai)質(zhì)構(gòu)分(fen)析中很難變形(xing)。因此，在相同孔(kong)隙率(lv)下，200 μm細(xì)絲制備(bei)的樣(yang)品比600 μm細(xì)(xi)絲制備的樣品(pin)更硬?？紫?xi)率15.86%的200μm細(xì)絲(si)打印樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接近(jin)其真實(shí)(shi)對(duì)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去除(chu)后物體恢復(fù)到(dao)其未變(bian)形狀態(tài)的比率(lv)被定義為(wei)彈性。在上圖(tu)b中，不管精度和(he)孔隙率，所有打(da)印樣(yang)品的彈(dan)性大約為0.6。這(zhe)說(shuō)明(ming)SPI/XG/RS質(zhì)地(di)彈性取(qu)決于原料(liao)配方，而很少(shao)受打印(yin)參數(shù)(shu)的影(ying)響。蒸制S20 × 3R15食品油墨(mo)材料(liao)彈性媲(pi)美真實(shí)黃花魚(yu)背部肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服(fu)食物表面與與(yu)食物接觸的材(cai)料表面之間的(de)吸附力(li)，需要一個(gè)反(fan)作用力(li)，并將其(qi)定義為粘附力(li)。在上圖c中，不(bu)管孔隙率和(he)打印精度，所有(you)打印樣品(pin)的粘附力大約(yue)為2.5，這可能(neng)也與材料本身(shen)有關(guān)。打印樣品的粘(zhan)附力(li)接近(jin)真實(shí)魚的粘(zhan)附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性(xing)被定義為(wei)咀嚼固體樣(yang)品到(dao)吞咽狀(zhuang)態(tài)所需(xu)的能量(liang)，它被定義為是(shi)硬度*內(nèi)(nei)聚性*彈(dan)性。在上圖(tu)d中，打印樣(yang)品的咀嚼性隨(sui)孔隙率和打(da)印精度(du)變化(hua)。隨著孔隙率從15.86%變化到(dao)73.50%，對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性從248.72 ± 38.18變(bian)化到80.26 ± 7.82；對(duì)(dui)于600 μm細(xì)絲，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(ji)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(yang)品咀嚼性 (248.72 ± 38.18)一致(zhi)。

膠粘性是瓦解(jie)一個(gè)半固體食(shi)品到利(li)于吞(tun)咽狀態(tài)(tai)所需的(de)能量，被定(ding)義為(wei)是硬度*內(nèi)聚性(xing)。上圖(tu)e顯示了不同孔(kong)隙率和細(xì)絲對(duì)(dui)打印樣品膠粘(zhan)性的(de)影響。隨著(zhe)孔隙率的增加(jia)，打印(yin)樣品膠粘(zhan)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(jiang)到116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于600 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠(jiao)粘性從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚背部肌(ji)肉真(zhen)實(shí)膠(jiao)粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)(xi)絲打印(yin)樣品膠粘性值(zhi)(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研(yan)究人(ren)員通過(guò)(guo)不同的孔(kong)隙率和(he)噴嘴大(da)小來(lái)調(diào)節(jié)(jie)3D食品質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。通過(guò)(guo)控制食(shi)品油墨配(pei)方和設(shè)計(jì)(ji)模型，我們可能(neng)創(chuàng)造具有特(te)定質(zhì)構(gòu)的個(gè)(ge)性化食品(pin)。在此，研究人(ren)員生產(chǎn)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印(yin)樣品，被叫(jiao)做“仿魚"，其具(ju)有黃花魚真(zhen)實(shí)背(bei)部肌(ji)肉一樣的(de)質(zhì)構(gòu)特性，特別(bie)是硬度(du)和彈性。

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