近日，上(shang)海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力(li)浙江大學(xué)研(yan)究人(ren)員在(zai)國際食品(pin)期刊《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(yin)食品技術(shù)制(zhi)造的植物基仿(fang)肉越來越受歡(huan)迎。在(zai)該研究中(zhong)，研究人員使用(yong)大豆分離蛋(dan)白(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作為(wei)食品(pin)油墨用于3D打印(yin)仿魚；研究人員(yuan)評(píng)估了不同濃(nong)度比率下(xia)SPI/XG/RS食品油墨的(de)可打印性(xing)。通過調(diào)整打(da)印參(can)數(shù)，研究人員(yuan)成功(gong)獲得真(zhen)實(shí)魚肌纖維(wei)范圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬度97.36μm)的(de)高打印分(fen)辨率。通過調(diào)(diao)節(jié)結(jié)構(gòu)幾何(he)形狀，研究人(ren)員獲得具有(you)類似真實(shí)魚肉(rou)質(zhì)構(gòu)的仿魚，這(zhe)揭示了3D打(da)印可以將仿肉(rou)調(diào)節(jié)出類(lei)似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)的能力(li)。研究證實(shí)微(wei)尺度上高(gao)精度(du)3D打印可以產(chǎn)生(sheng)植物(wu)基類(lei)似魚肉的結(jié)(jie)構(gòu)，為3D打(da)印出具有(you)令人愉悅口(kou)感的(de)仿肉提(ti)供了一(yi)個(gè)系統(tǒng)方法。

在該研究中，研(yan)究人員使用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了真(zhen)實(shí)黃(huang)花魚和仿(fang)魚的硬度、彈(dan)性、粘附力、咀嚼(jue)性和(he)膠粘性指(zhi)標(biāo)。使用200 μm或600 μm錐(zhui)形針(zhen)3D打印的不(bu)同孔隙(xi)率(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)構(gòu)儀配置(zhi)直徑36mm柱形(xing)探頭對(dui)其進(jìn)(jin)行測(ce)試。樣品在85℃下(xia)蒸制5分鐘(zhong)，然后將蒸(zheng)制好的(de)樣品(pin)放在(zai)質(zhì)構(gòu)(gou)儀測試(shi)平臺(tái)(tai)上，用柱形探(tan)頭以1mm/s的(de)速度下壓(ya)樣品(pin)30%。

仿肉和仿魚(yu)的質(zhì)構(gòu)(gou)顯著受其(qi)結(jié)構(gòu)、力(li)學(xué)和表面性質(zhì)(zhi)所決定。一(yi)些質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)可(ke)以通過全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來測(ce)定，包括(kuo)硬度、彈性(xing)、粘附力、咀嚼性(xing)和膠粘性。前三(san)者為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)，后(hou)兩者(zhe)為次級(jí)(ji)全質(zhì)構(gòu)分(fen)析變量。在該研(yan)究中，研究(jiu)人員使(shi)用200 μm或600 μm噴嘴(zui)制造的不同孔(kong)隙率打印樣(yang)品，將其蒸制，然(ran)后探究(jiu)其質(zhì)構(gòu)特(te)性，并(bing)將其與黃花(hua)魚背部肌(ji)肉對比(bi)。為了(le)說明打印(yin)樣品(pin)與真(zhen)實(shí)魚的相似(shi)，我們將黃花魚(yu)背部肌(ji)肉每(mei)個(gè)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)的(de)平均(jun)值定義(yi)為10分。仿魚(yu)打印樣品相(xiang)應(yīng)的平均值(zhi)和標(biāo)準(zhǔn)差根據(jù)(ju)比例也(ye)被計(jì)(ji)算。

硬度是(shi)阻止變形的(de)力。在上圖a中，當(dāng)(dang)孔隙率從(cong)15.86%增加到73.50%，樣品(pin)硬度逐漸下降(jiang)。對于200 μm噴嘴(zui)打印的樣品，硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到 1.90 ± 0.16 N；而對于600 μm噴嘴(zui)打印的樣品(pin)，樣品硬(ying)度從3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面更小的(de)孔隙率和更細(xì)(xi)的細(xì)絲(si)能夠產(chǎn)生更(geng)大的硬(ying)度。在(zai)打印期(qi)間，更小的噴(pen)嘴帶來(lai)的更(geng)大硬度(du)導(dǎo)致食(shi)品油(you)墨中的原料(liao)更緊湊，且在(zai)質(zhì)構(gòu)分析(xi)中很難變形。因此，在(zai)相同孔隙率(lv)下，200 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣(yang)品比600 μm細(xì)絲(si)制備的樣品更(geng)硬?？紫堵?5.86%的200μm細(xì)絲打印(yin)樣品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接近其真實(shí)(shi)對照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去(qu)除后物體(ti)恢復(fù)(fu)到其(qi)未變形狀態(tài)的(de)比率被定(ding)義為彈性(xing)。在上圖b中(zhong)，不管精(jing)度和孔隙(xi)率，所有打印樣(yang)品的(de)彈性(xing)大約為(wei)0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地(di)彈性取決于(yu)原料配方(fang)，而很少受打印(yin)參數(shù)的影響(xiang)。蒸制S20 × 3R15食品(pin)油墨材料彈性(xing)媲美真實(shí)黃花(hua)魚背部肌(ji)肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了克服(fu)食物表面(mian)與與食(shi)物接觸的材(cai)料表面之(zhi)間的吸附力(li)，需要一個(gè)(ge)反作用力，并將(jiang)其定義(yi)為粘(zhan)附力。在上(shang)圖c中，不(bu)管孔隙率和(he)打印精(jing)度，所有打印樣(yang)品的(de)粘附力大約(yue)為2.5，這(zhe)可能也與材料(liao)本身有(you)關(guān)。打印樣品的粘(zhan)附力接近(jin)真實(shí)(shi)魚的粘附力(li)(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義為咀嚼固(gu)體樣品到吞咽(yan)狀態(tài)所(suo)需的能(neng)量，它被定義(yi)為是(shi)硬度(du)*內(nèi)聚性(xing)*彈性。在上(shang)圖d中，打印(yin)樣品的咀(ju)嚼性隨孔隙(xi)率和打(da)印精度變(bian)化。隨著孔(kong)隙率從15.86%變(bian)化到(dao)73.50%，對于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變(bian)化到80.26 ± 7.82；對于600 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚真(zhen)實(shí)背(bei)部肌肉的咀(ju)嚼性(xing)為185.76 ± 74.79，這與孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品咀嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘(zhan)性是瓦解(jie)一個(gè)半固體(ti)食品到利于吞(tun)咽狀態(tài)所需(xu)的能量(liang)，被定(ding)義為是硬度*內(nèi)(nei)聚性。上圖e顯示(shi)了不同(tong)孔隙率和(he)細(xì)絲對(dui)打印樣品(pin)膠粘性的影響(xiang)。隨著(zhe)孔隙率(lv)的增(zeng)加，打印樣(yang)品膠粘性(xing)發(fā)生下降。對(dui)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(ran)而，對于(yu)600 μm細(xì)絲(si)打印(yin)樣品，膠(jiao)粘性從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃花魚(yu)背部肌肉(rou)真實(shí)(shi)膠粘性(xing)為321.85 ± 113.66，與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品(pin)膠粘性(xing)值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人(ren)員通過不同的(de)孔隙率和噴(pen)嘴大小來調(diào)(diao)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)。通過控制食(shi)品油墨(mo)配方和(he)設(shè)計(jì)模型，我們(men)可能創(chuàng)(chuang)造具有(you)特定質(zhì)構(gòu)(gou)的個(gè)(ge)性化食(shi)品。在(zai)此，研究人員(yuan)生產(chǎn)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做“仿魚(yu)"，其具有黃花(hua)魚真實(shí)背(bei)部肌肉(rou)一樣(yang)的質(zhì)構(gòu)特性，特(te)別是硬度和彈(dan)性。

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