近日(ri)，上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力(li)浙江大學(xué)(xue)研究人員在國(guo)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(de)研究論(lun)文。

由3D打印(yin)食品(pin)技術(shù)(shu)制造的植物基(ji)仿肉越來越(yue)受歡迎。在該研(yan)究中，研(yan)究人員使用大(da)豆分離蛋(dan)白(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作(zuo)為食品油墨用(yong)于3D打印仿魚(yu)；研究人員評(píng)(ping)估了不同(tong)濃度(du)比率下SPI/XG/RS食品油(you)墨的可打印性(xing)。通過調(diào)整打(da)印參數(shù)，研究人(ren)員成功(gong)獲得真實(shí)(shi)魚肌纖維范(fan)圍內(nèi)細(xì)(xi)絲(寬度(du)97.36μm)的高(gao)打印分辨率。通(tong)過調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)幾何形狀(zhuang)，研究人員(yuan)獲得(de)具有類似(shi)真實(shí)魚肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚(yu)，這揭(jie)示了3D打印可(ke)以將仿(fang)肉調(diào)節(jié)出(chu)類似(shi)肌纖維(wei)質(zhì)構(gòu)的能(neng)力。研(yan)究證實(shí)(shi)微尺(chi)度上高(gao)精度(du)3D打印可(ke)以產(chǎn)生植物基(ji)類似魚(yu)肉的結(jié)構(gòu)(gou)，為3D打印出具有(you)令人愉悅口感(gan)的仿(fang)肉提供了一個(gè)(ge)系統(tǒng)方法。

在該研究中(zhong)，研究(jiu)人員使用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(ce)定了真實(shí)(shi)黃花(hua)魚和(he)仿魚的硬度(du)、彈性、粘附(fu)力、咀(ju)嚼性和膠(jiao)粘性指標(biāo)(biao)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形(xing)針3D打印(yin)的不同(tong)孔隙率(lv)(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架結(jié)(jie)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀配置直(zhi)徑36mm柱(zhu)形探頭(tou)對(duì)其進(jìn)(jin)行測(ce)試。樣品在85℃下蒸(zheng)制5分(fen)鐘，然后將蒸(zheng)制好(hao)的樣品放(fang)在質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(ce)試平(ping)臺(tái)上，用柱(zhu)形探頭(tou)以1mm/s的(de)速度下壓(ya)樣品30%。

仿肉和(he)仿魚的質(zhì)構(gòu)(gou)顯著受其結(jié)(jie)構(gòu)、力(li)學(xué)和表面性(xing)質(zhì)所決定。一些(xie)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)可(ke)以通過(guo)全質(zhì)構(gòu)分析來(lai)測定(ding)，包括(kuo)硬度、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼性和(he)膠粘性。前(qian)三者(zhe)為初(chu)級(jí)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)(biao)，后兩者(zhe)為次級(jí)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分(fen)析變量(liang)。在該研究中，研(yan)究人員(yuan)使用200 μm或600 μm噴嘴(zui)制造的不同孔(kong)隙率打印(yin)樣品，將(jiang)其蒸制，然(ran)后探究其質(zhì)(zhi)構(gòu)特性，并將(jiang)其與黃(huang)花魚(yu)背部肌肉對(duì)(dui)比。為了說明(ming)打印(yin)樣品與真(zhen)實(shí)魚的相似(shi)，我們將黃花(hua)魚背部肌(ji)肉每個(gè)(ge)質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)的平均值定(ding)義為10分。仿魚(yu)打印樣品相(xiang)應(yīng)的平均值(zhi)和標(biāo)準(zhǔn)(zhun)差根據(jù)比(bi)例也被(bei)計(jì)算。

硬度是阻止變(bian)形的(de)力。在上圖a中，當(dāng)孔(kong)隙率(lv)從15.86%增加到73.50%，樣品(pin)硬度(du)逐漸下(xia)降。對(duì)于200 μm噴(pen)嘴打印的樣品(pin)，硬度從7.11 ± 0.87 N下降(jiang)到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于(yu)600 μm噴嘴打印(yin)的樣(yang)品，樣(yang)品硬度從3.82 ± 0.46 N下降(jiang)到0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更(geng)小的(de)孔隙率和更(geng)細(xì)的細(xì)絲能(neng)夠產(chǎn)生更(geng)大的硬度(du)。在打印(yin)期間，更小的噴(pen)嘴帶(dai)來的更大(da)硬度導(dǎo)致食(shi)品油墨中的(de)原料(liao)更緊湊，且(qie)在質(zhì)構(gòu)分析中(zhong)很難變形。因此，在相同(tong)孔隙(xi)率下(xia)，200 μm細(xì)絲(si)制備的(de)樣品比(bi)600 μm細(xì)絲制備的樣(yang)品更硬。孔隙率(lv)15.86%的200μm細(xì)絲打印樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接(jie)近其真實(shí)(shi)對(duì)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力(li)去除后(hou)物體恢復(fù)到其(qi)未變形狀態(tài)的(de)比率(lv)被定義為彈(dan)性。在上圖b中，不(bu)管精(jing)度和(he)孔隙率，所有(you)打印樣品的彈(dan)性大(da)約為(wei)0.6。這說明SPI/XG/RS質(zhì)(zhi)地彈性取決于(yu)原料配方，而(er)很少受打印參(can)數(shù)的影(ying)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)背部肌(ji)肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食物(wu)表面與與(yu)食物接觸的材(cai)料表面之間(jian)的吸(xi)附力，需(xu)要一個(gè)(ge)反作用力(li)，并將其(qi)定義為(wei)粘附力。在上(shang)圖c中，不管孔隙(xi)率和打印精(jing)度，所有打印樣(yang)品的粘附(fu)力大約為2.5，這(zhe)可能也與(yu)材料本(ben)身有關(guān)。打印樣品的(de)粘附力接(jie)近真實(shí)(shi)魚的(de)粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定(ding)義為咀(ju)嚼固(gu)體樣品(pin)到吞咽狀態(tài)(tai)所需的(de)能量，它被定義(yi)為是硬度*內(nèi)(nei)聚性*彈(dan)性。在上圖(tu)d中，打印樣品的(de)咀嚼性隨孔隙(xi)率和打印(yin)精度變化。隨(sui)著孔隙率從(cong)15.86%變化到73.50%，對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲，咀嚼性(xing)從248.72 ± 38.18變化(hua)到80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變(bian)化到(dao)23.28 ± 4.83。黃花(hua)魚真實(shí)(shi)背部(bu)肌肉的咀(ju)嚼性為(wei)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 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘(zhan)性是瓦解一(yi)個(gè)半(ban)固體食品(pin)到利(li)于吞咽狀態(tài)(tai)所需的能(neng)量，被定義(yi)為是(shi)硬度*內(nèi)(nei)聚性。上(shang)圖e顯示了不同(tong)孔隙率和細(xì)絲(si)對(duì)打(da)印樣(yang)品膠粘性(xing)的影(ying)響。隨著(zhe)孔隙率(lv)的增(zeng)加，打印樣(yang)品膠粘性發(fā)生(sheng)下降。對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，膠粘性(xing)從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于600 μm細(xì)絲(si)打印(yin)樣品，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)膠(jiao)粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為15.86%的(de)200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品(pin)膠粘性(xing)值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人員(yuan)通過不同的(de)孔隙率(lv)和噴(pen)嘴大小(xiao)來調(diào)節(jié)3D食(shi)品質(zhì)構(gòu)特性(xing)。通過(guo)控制(zhi)食品油墨配方(fang)和設(shè)計(jì)模型，我(wo)們可能(neng)創(chuàng)造(zao)具有特定質(zhì)(zhi)構(gòu)的個(gè)(ge)性化食(shi)品。在此(ci)，研究人員(yuan)生產(chǎn)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣(yang)品，被叫(jiao)做“仿魚"，其(qi)具有黃花魚真(zhen)實(shí)背(bei)部肌肉一樣的(de)質(zhì)構(gòu)特性，特別(bie)是硬度和(he)彈性(xing)。

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