近日(ri)，上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀助力浙江(jiang)大學(xué)研(yan)究人(ren)員在國(guó)際食(shi)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)研究論(lun)文。

由3D打印(yin)食品技術(shù)(shu)制造的(de)植物基仿肉(rou)越來(lái)越受歡迎(ying)。在該(gai)研究中，研究人(ren)員使(shi)用大豆(dou)分離蛋白(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和大米(mi)淀粉(fen)(RS)作為(wei)食品油(you)墨用(yong)于3D打印仿魚(yú)(yu)；研究人員評(píng)(ping)估了不同濃(nong)度比率(lv)下SPI/XG/RS食品油墨的(de)可打印(yin)性。通(tong)過(guò)調(diào)整打印參(can)數(shù)，研(yan)究人員成功(gong)獲得真(zhen)實(shí)魚(yú)肌纖維范(fan)圍內(nèi)細(xì)絲(寬度(du)97.36μm)的高打(da)印分辨(bian)率。通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾何形(xing)狀，研(yan)究人員獲(huo)得具有(you)類(lèi)似真實(shí)魚(yú)肉(rou)質(zhì)構(gòu)的仿魚(yú)(yu)，這揭示了3D打(da)印可以(yi)將仿肉調(diào)節(jié)(jie)出類(lèi)似肌(ji)纖維質(zhì)構(gòu)的能(neng)力。研究證實(shí)(shi)微尺度上高(gao)精度3D打印可(ke)以產(chǎn)生(sheng)植物基類(lèi)(lei)似魚(yú)肉的(de)結(jié)構(gòu)，為3D打印(yin)出具(ju)有令人(ren)愉悅(yue)口感的仿(fang)肉提供(gong)了一(yi)個(gè)系統(tǒng)(tong)方法。

在該研(yan)究中，研究人(ren)員使用上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(cè)(ce)定了真實(shí)黃(huang)花魚(yú)(yu)和仿魚(yú)的硬度(du)、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼(jue)性和膠粘(zhan)性指標(biāo)(biao)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形(xing)針3D打印的不同(tong)孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架(jia)結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀配置(zhi)直徑36mm柱形(xing)探頭對(duì)其(qi)進(jìn)行測(cè)試(shi)。樣品(pin)在85℃下蒸(zheng)制5分鐘，然后(hou)將蒸制好的樣(yang)品放在質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試平臺(tái)上(shang)，用柱形探頭以(yi)1mm/s的速度(du)下壓樣品(pin)30%。

仿肉和仿魚(yú)(yu)的質(zhì)(zhi)構(gòu)顯(xian)著受(shou)其結(jié)構(gòu)、力(li)學(xué)和表面(mian)性質(zhì)所(suo)決定(ding)。一些(xie)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)可以通(tong)過(guò)全質(zhì)構(gòu)(gou)分析來(lái)測(cè)定(ding)，包括硬度、彈性(xing)、粘附力、咀嚼性(xing)和膠粘性。前三(san)者為初級(jí)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)，后兩者(zhe)為次級(jí)全質(zhì)構(gòu)(gou)分析變量。在(zai)該研究中，研究(jiu)人員(yuan)使用200 μm或600 μm噴嘴制造(zao)的不同(tong)孔隙率打印(yin)樣品，將其蒸制(zhi)，然后探究其(qi)質(zhì)構(gòu)特性(xing)，并將其與黃(huang)花魚(yú)背部肌肉(rou)對(duì)比。為了說(shuō)明(ming)打印樣品(pin)與真實(shí)魚(yú)(yu)的相似，我們將(jiang)黃花魚(yú)背(bei)部肌肉每(mei)個(gè)質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)的平均值定(ding)義為10分。仿魚(yú)打(da)印樣品相應(yīng)(ying)的平均(jun)值和標(biāo)準(zhǔn)差(cha)根據(jù)比(bi)例也(ye)被計(jì)算。

硬度是(shi)阻止變形(xing)的力。在上(shang)圖a中(zhong)，當(dāng)孔隙(xi)率從15.86%增加到(dao)73.50%，樣品硬度逐漸(jian)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(pen)嘴打印的(de)樣品，樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降到(dao)0.62 ± 0.15 N，這表面更(geng)小的孔隙(xi)率和更細(xì)的細(xì)(xi)絲能夠產(chǎn)生更(geng)大的硬度。在打(da)印期間，更(geng)小的噴嘴(zui)帶來(lái)(lai)的更大硬(ying)度導(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，在相同(tong)孔隙率下，200 μm細(xì)絲(si)制備的(de)樣品比600 μm細(xì)(xi)絲制備的樣品(pin)更硬?？紫堵?lv)15.86%的200μm細(xì)絲打印樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接近其(qi)真實(shí)對(duì)照物(wu)(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力(li)去除后物(wu)體恢復(fù)到其(qi)未變形狀(zhuang)態(tài)的(de)比率被定義為(wei)彈性。在上圖(tu)b中，不管精度(du)和孔隙(xi)率，所(suo)有打印樣品的(de)彈性大約(yue)為0.6。這說(shuō)明(ming)SPI/XG/RS質(zhì)地(di)彈性取(qu)決于原料(liao)配方，而很少受(shou)打印參數(shù)的影(ying)響。蒸制S20 × 3R15食品油墨(mo)材料彈性(xing)媲美(mei)真實(shí)黃花魚(yú)背(bei)部肌肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了克服(fu)食物表面與(yu)與食物接觸的(de)材料表(biao)面之間(jian)的吸(xi)附力(li)，需要一個(gè)(ge)反作用力，并將(jiang)其定義為粘附(fu)力。在上(shang)圖c中，不管孔(kong)隙率和打印精(jing)度，所有(you)打印樣品(pin)的粘附力(li)大約為2.5，這可(ke)能也與材料(liao)本身有關(guān)。打印(yin)樣品的(de)粘附力(li)接近(jin)真實(shí)魚(yú)(yu)的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義為咀嚼(jue)固體(ti)樣品(pin)到吞(tun)咽狀態(tài)所需的(de)能量，它(ta)被定義為是(shi)硬度*內(nèi)聚性(xing)*彈性(xing)。在上圖d中，打印(yin)樣品的咀嚼性(xing)隨孔隙率和打(da)印精度變化(hua)。隨著孔隙率從15.86%變化到(dao)73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性(xing)從248.72 ± 38.18變化到(dao)80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)絲，咀嚼性從(cong)154.28 ± 21.33 變化到23.28 ± 4.83。黃花魚(yú)真實(shí)背部肌(ji)肉的咀嚼性(xing)為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(zhi)。

膠粘性是瓦解(jie)一個(gè)半固體食(shi)品到利(li)于吞咽狀態(tài)(tai)所需的能量，被(bei)定義為(wei)是硬度*內(nèi)聚(ju)性。上圖e顯(xian)示了不同孔(kong)隙率和細(xì)絲(si)對(duì)打印(yin)樣品膠粘性的(de)影響。隨(sui)著孔(kong)隙率的增加，打(da)印樣(yang)品膠粘(zhan)性發(fā)生下(xia)降。對(duì)于200 μm細(xì)絲打(da)印樣品(pin)，膠粘性從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而(er)，對(duì)于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(bei)部肌肉真實(shí)膠(jiao)粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙(xi)率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打(da)印樣品膠粘(zhan)性值(436.36 ± 51.42)相似(shi)。

總之，研究(jiu)人員通過(guò)不(bu)同的(de)孔隙率和噴(pen)嘴大小來(lái)調(diào)節(jié)(jie)3D食品質(zhì)構(gòu)特(te)性。通過(guò)控制(zhi)食品油(you)墨配方(fang)和設(shè)計(jì)模(mo)型，我們(men)可能創(chuàng)造具有(you)特定(ding)質(zhì)構(gòu)的個(gè)性化(hua)食品(pin)。在此，研(yan)究人員(yuan)生產(chǎn)出(chu)孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品(pin)，被叫做“仿魚(yú)(yu)"，其具(ju)有黃花(hua)魚(yú)真實(shí)(shi)背部肌(ji)肉一樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別是(shi)硬度(du)和彈性。

原文下載鏈接(jie)

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