近日，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)助力(li)浙江大學(xué)研究人員在(zai)國(guó)際(ji)食品期刊(kan)《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"的研究論文(wen)。

由3D打(da)印食品技(ji)術(shù)制造的植物(wu)基仿肉越(yue)來(lái)越受歡(huan)迎。在該研究(jiu)中，研究人員使(shi)用大豆分離蛋(dan)白(SPI)、黃(huang)原膠(XG)和(he)大米淀粉(fen)(RS)作為食(shi)品油墨用于(yu)3D打印仿魚(yú)；研(yan)究人員評(píng)估了(le)不同濃度(du)比率下SPI/XG/RS食品(pin)油墨的(de)可打印性。通過(guò)(guo)調(diào)整打印(yin)參數(shù)(shu)，研究人員成(cheng)功獲得(de)真實(shí)魚(yú)肌(ji)纖維范圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬度97.36μm)的高(gao)打印(yin)分辨率。通(tong)過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾(ji)何形狀(zhuang)，研究人員(yuan)獲得(de)具有類(lèi)似(shi)真實(shí)魚(yú)肉(rou)質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚(yú)，這揭(jie)示了3D打(da)印可(ke)以將仿肉(rou)調(diào)節(jié)出類(lèi)(lei)似肌纖維質(zhì)(zhi)構(gòu)的能(neng)力。研究證實(shí)(shi)微尺度上(shang)高精(jing)度3D打印可以產(chǎn)(chan)生植(zhi)物基類(lèi)似(shi)魚(yú)肉的結(jié)構(gòu)(gou)，為3D打印出(chu)具有令(ling)人愉悅口(kou)感的(de)仿肉提供了(le)一個(gè)系(xi)統(tǒng)方法。

在該研究中，研(yan)究人員(yuan)使用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(cè)(ce)定了(le)真實(shí)黃花(hua)魚(yú)和仿魚(yú)(yu)的硬度、彈(dan)性、粘附力、咀(ju)嚼性和膠粘(zhan)性指(zhi)標(biāo)。使用200 μm或600 μm錐形(xing)針3D打印的(de)不同孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和(he)73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(gou)(2 × 2 × 1 cm³)，然后(hou)用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀配(pei)置直徑36mm柱形(xing)探頭對(duì)其進(jìn)行(xing)測(cè)試。樣品在85℃下(xia)蒸制5分鐘，然后(hou)將蒸制(zhi)好的(de)樣品放在(zai)質(zhì)構(gòu)儀測(cè)(ce)試平臺(tái)上，用柱(zhu)形探頭以1mm/s的(de)速度下壓(ya)樣品30%。

仿肉和仿魚(yú)的(de)質(zhì)構(gòu)顯(xian)著受其結(jié)構(gòu)(gou)、力學(xué)和(he)表面性(xing)質(zhì)所決定(ding)。一些質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)可(ke)以通(tong)過(guò)全質(zhì)構(gòu)分析(xi)來(lái)測(cè)定，包(bao)括硬度、彈(dan)性、粘附(fu)力、咀嚼性和膠(jiao)粘性。前三(san)者為初級(jí)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)，后(hou)兩者為次級(jí)(ji)全質(zhì)構(gòu)分析變(bian)量。在該(gai)研究(jiu)中，研(yan)究人員(yuan)使用200 μm或600 μm噴嘴制造(zao)的不同孔(kong)隙率打(da)印樣品，將其(qi)蒸制(zhi)，然后探(tan)究其質(zhì)(zhi)構(gòu)特性，并將其(qi)與黃花魚(yú)背部(bu)肌肉對(duì)比。為(wei)了說(shuō)明打印樣(yang)品與(yu)真實(shí)魚(yú)的相似(shi)，我們將黃花魚(yú)(yu)背部肌肉(rou)每個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)的平均值定義(yi)為10分。仿魚(yú)打印(yin)樣品相應(yīng)的(de)平均值和(he)標(biāo)準(zhǔn)(zhun)差根據(jù)(ju)比例也被計(jì)算(suan)。

硬度是阻止(zhi)變形的力(li)。在上圖a中，當(dāng)(dang)孔隙率(lv)從15.86%增加(jia)到73.50%，樣品硬度(du)逐漸下降。對(duì)(dui)于200 μm噴嘴打印的(de)樣品(pin)，硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)(dui)于600 μm噴嘴打印(yin)的樣品，樣品(pin)硬度從3.82 ± 0.46 N下降(jiang)到0.62 ± 0.15 N，這表面更(geng)小的孔隙率和(he)更細(xì)(xi)的細(xì)絲能(neng)夠產(chǎn)生更(geng)大的(de)硬度。在(zai)打印期間，更(geng)小的噴(pen)嘴帶來(lái)的更大(da)硬度導(dǎo)致食(shi)品油墨中的原(yuan)料更緊湊，且(qie)在質(zhì)構(gòu)分析中(zhong)很難變(bian)形。因此，在(zai)相同孔(kong)隙率下，200 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣品(pin)比600 μm細(xì)(xi)絲制(zhi)備的(de)樣品(pin)更硬?？紫堵?5.86%的(de)200μm細(xì)絲打印樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接近(jin)其真實(shí)對(duì)照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形(xing)力去除(chu)后物體恢復(fù)到(dao)其未變形(xing)狀態(tài)的比率被(bei)定義為彈(dan)性。在(zai)上圖b中，不管精(jing)度和孔隙率(lv)，所有打印樣(yang)品的彈(dan)性大(da)約為0.6。這說(shuō)明SPI/XG/RS質(zhì)(zhi)地彈性取決于(yu)原料配方(fang)，而很少受打(da)印參數(shù)(shu)的影響。蒸制S20 × 3R15食品(pin)油墨(mo)材料彈性(xing)媲美真(zhen)實(shí)黃花(hua)魚(yú)背部肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克(ke)服食物表(biao)面與與食物接(jie)觸的材(cai)料表面之間的(de)吸附力，需要一(yi)個(gè)反作用力(li)，并將其定(ding)義為(wei)粘附力(li)。在上圖c中，不(bu)管孔隙率和打(da)印精度，所(suo)有打印(yin)樣品的粘附力(li)大約為2.5，這可能(neng)也與材料本身(shen)有關(guān)。打印樣(yang)品的粘附(fu)力接近真實(shí)魚(yú)(yu)的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼(jue)性被定義為咀(ju)嚼固(gu)體樣品到(dao)吞咽狀態(tài)所(suo)需的能量，它被(bei)定義(yi)為是(shi)硬度*內(nèi)(nei)聚性(xing)*彈性。在上圖d中(zhong)，打印樣(yang)品的(de)咀嚼(jue)性隨孔(kong)隙率和(he)打印精度(du)變化。隨(sui)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(jue)性從248.72 ± 38.18變(bian)化到80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)絲(si)，咀嚼(jue)性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚(yú)真實(shí)背(bei)部肌(ji)肉的咀嚼性(xing)為185.76 ± 74.79，這與孔隙(xi)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(zhan)性是瓦解一(yi)個(gè)半固(gu)體食品到利于(yu)吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的能量(liang)，被定義為是(shi)硬度*內(nèi)(nei)聚性。上圖(tu)e顯示了不同孔(kong)隙率和細(xì)(xi)絲對(duì)打印樣品(pin)膠粘性(xing)的影響(xiang)。隨著孔隙率(lv)的增加(jia)，打印(yin)樣品膠(jiao)粘性發(fā)生(sheng)下降。對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，膠粘性從436.36 ± 51.42下(xia)降到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(dao)35.37 ± 8.72。黃花魚(yú)背(bei)部肌肉真實(shí)(shi)膠粘(zhan)性為(wei)321.85 ± 113.66，與孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打(da)印樣品膠(jiao)粘性值(zhi)(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研(yan)究人員(yuan)通過(guò)不同的孔(kong)隙率和(he)噴嘴大(da)小來(lái)(lai)調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過(guò)(guo)控制食(shi)品油墨配方和(he)設(shè)計(jì)模型(xing)，我們可能創(chuàng)造(zao)具有特定(ding)質(zhì)構(gòu)的個(gè)性化(hua)食品(pin)。在此，研究人員(yuan)生產(chǎn)出(chu)孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，被叫(jiao)做“仿魚(yú)"，其具有(you)黃花(hua)魚(yú)真實(shí)背(bei)部肌(ji)肉一樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別是硬(ying)度和彈(dan)性。

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