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Technical articles近日,上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力(li)浙江大學(xué)研(yan)究人員(yuan)在國際食品期(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"的研究論文(wen)。
由3D打印食品技(ji)術(shù)制造的(de)植物基(ji)仿肉越來(lai)越受歡迎(ying)。在該研究(jiu)中,研究(jiu)人員使用(yong)大豆分離蛋白(bai)(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和大(da)米淀(dian)粉(RS)作(zuo)為食品油(you)墨用(yong)于3D打印(yin)仿魚(yu);研究(jiu)人員評(píng)估(gu)了不(bu)同濃度比(bi)率下(xia)SPI/XG/RS食品(pin)油墨的可(ke)打印性。通過調(diào)(diao)整打印(yin)參數(shù),研究人(ren)員成(cheng)功獲(huo)得真實(shí)魚肌纖(xian)維范圍(wei)內(nèi)細(xì)絲(si)(寬度97.36μm)的高打印(yin)分辨(bian)率。通(tong)過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)幾(ji)何形狀,研(yan)究人員獲(huo)得具(ju)有類(lei)似真實(shí)魚肉質(zhì)(zhi)構(gòu)的仿魚,這(zhe)揭示了3D打印(yin)可以將(jiang)仿肉調(diào)節(jié)出類(lei)似肌纖維質(zhì)(zhi)構(gòu)的能力(li)。研究證實(shí)(shi)微尺度上高(gao)精度3D打印可(ke)以產(chǎn)生植(zhi)物基類似魚肉(rou)的結(jié)構(gòu),為3D打印(yin)出具有令(ling)人愉悅口(kou)感的仿肉提(ti)供了一個(gè)系(xi)統(tǒng)方法。
在該研究中(zhong),研究(jiu)人員使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)定了(le)真實(shí)黃花(hua)魚和(he)仿魚的硬度(du)、彈性、粘(zhan)附力、咀(ju)嚼性(xing)和膠(jiao)粘性指標(biāo)(biao)。使用200 μm或600 μm錐(zhui)形針3D打印的(de)不同孔隙率(lv)(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(gou)(2 × 2 × 1 cm3),然后用上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀配置(zhi)直徑(jing)36mm柱形(xing)探頭對(duì)其進(jìn)行(xing)測(cè)試。樣品在(zai)85℃下蒸(zheng)制5分鐘,然(ran)后將蒸制好(hao)的樣(yang)品放在(zai)質(zhì)構(gòu)儀測(cè)(ce)試平臺(tái)(tai)上,用柱形探(tan)頭以1mm/s的速度下(xia)壓樣(yang)品30%。
仿肉和仿魚(yu)的質(zhì)構(gòu)顯著受(shou)其結(jié)(jie)構(gòu)、力學(xué)和表面(mian)性質(zhì)(zhi)所決(jue)定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)可以通(tong)過全(quan)質(zhì)構(gòu)分析來(lai)測(cè)定,包括(kuo)硬度、彈性(xing)、粘附力、咀嚼(jue)性和膠粘性。前(qian)三者(zhe)為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)指標(biāo),后(hou)兩者為次級(jí)(ji)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析變量。在(zai)該研究(jiu)中,研究人(ren)員使用(yong)200 μm或600 μm噴嘴制造的(de)不同孔隙率打(da)印樣(yang)品,將其(qi)蒸制,然(ran)后探究其(qi)質(zhì)構(gòu)(gou)特性,并(bing)將其(qi)與黃花(hua)魚背部(bu)肌肉對(duì)比。為了(le)說明打印樣(yang)品與(yu)真實(shí)魚的相(xiang)似,我們將黃(huang)花魚背部(bu)肌肉每個(gè)(ge)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的平(ping)均值定義為10分(fen)。仿魚打(da)印樣品相應(yīng)(ying)的平均(jun)值和標(biāo)準(zhǔn)(zhun)差根據(jù)(ju)比例也被計(jì)算(suan)。
硬度是(shi)阻止變形(xing)的力。在上圖a中(zhong),當(dāng)孔隙率從15.86%增(zeng)加到73.50%,樣品硬度(du)逐漸(jian)下降(jiang)。對(duì)于200 μm噴嘴(zui)打印的樣(yang)品,硬度從7.11 ± 0.87 N下降(jiang)到 1.90 ± 0.16 N;而對(duì)于600 μm噴嘴(zui)打印(yin)的樣品(pin),樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N,這(zhe)表面更(geng)小的孔隙率(lv)和更(geng)細(xì)的細(xì)絲(si)能夠產(chǎn)(chan)生更大的硬度(du)。在打印期間(jian),更小的(de)噴嘴帶(dai)來的更大硬度(du)導(dǎo)致食品(pin)油墨中的(de)原料(liao)更緊湊,且在(zai)質(zhì)構(gòu)分析中(zhong)很難變形。因此,在相同孔(kong)隙率下,200 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣(yang)品比600 μm細(xì)絲制備(bei)的樣品更硬???kong)隙率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)對(duì)(dui)照物(7.04 ± 1.77 N)。
當(dāng)變形(xing)力去除后物(wu)體恢復(fù)到其未(wei)變形(xing)狀態(tài)的比(bi)率被定義為(wei)彈性。在上圖b中(zhong),不管(guan)精度(du)和孔隙率(lv),所有(you)打印樣(yang)品的彈性大約(yue)為0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)(zhi)地彈性取決于(yu)原料配(pei)方,而很少受(shou)打印參數(shù)的影(ying)響。蒸制(zhi)S20 × 3R15食品油(you)墨材料彈(dan)性媲美真實(shí)黃(huang)花魚(yu)背部肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。
為了(le)克服食(shi)物表面與(yu)與食物接觸(chu)的材料表面(mian)之間的(de)吸附力,需(xu)要一個(gè)反作(zuo)用力,并將(jiang)其定義為粘附(fu)力。在(zai)上圖c中,不(bu)管孔隙率和打(da)印精度,所(suo)有打印樣品的(de)粘附力大(da)約為2.5,這(zhe)可能也與(yu)材料本(ben)身有關(guān)(guan)。打印樣品(pin)的粘附(fu)力接近真實(shí)魚(yu)的粘附力(2.21 ± 0.93)。
咀嚼(jue)性被定義為咀(ju)嚼固(gu)體樣(yang)品到吞(tun)咽狀態(tài)(tai)所需的能量,它(ta)被定義為是硬(ying)度*內(nèi)(nei)聚性*彈(dan)性。在(zai)上圖d中,打印樣(yang)品的咀(ju)嚼性隨(sui)孔隙(xi)率和打印(yin)精度變化。隨著(zhe)孔隙率從15.86%變(bian)化到73.50%,對(duì)于200 μm細(xì)絲,咀嚼性從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(de)咀嚼性為(wei)185.76 ± 74.79,這與孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)咀嚼性 (248.72 ± 38.18)一致(zhi)。
膠粘(zhan)性是瓦解一個(gè)(ge)半固體食品(pin)到利于吞咽(yan)狀態(tài)所需的(de)能量,被定(ding)義為是硬度*內(nèi)(nei)聚性。上圖e顯示(shi)了不同孔隙率(lv)和細(xì)絲對(duì)打印(yin)樣品膠粘性(xing)的影響。隨著(zhe)孔隙率的(de)增加,打印樣品(pin)膠粘(zhan)性發(fā)生下(xia)降。對(duì)(dui)于200 μm細(xì)絲打印(yin)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(xing)從246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚背部(bu)肌肉真實(shí)(shi)膠粘性為321.85 ± 113.66,與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打(da)印樣品膠(jiao)粘性值(436.36 ± 51.42)相似。
總之,研究人員(yuan)通過(guo)不同的(de)孔隙率和噴(pen)嘴大小(xiao)來調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。通過控(kong)制食(shi)品油(you)墨配方和設(shè)計(jì)(ji)模型,我們可(ke)能創(chuàng)造具有特(te)定質(zhì)構(gòu)的個(gè)性(xing)化食品(pin)。在此,研究人員(yuan)生產(chǎn)出(chu)孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品,被叫(jiao)做“仿魚",其具有(you)黃花(hua)魚真實(shí)背(bei)部肌肉一樣的(de)質(zhì)構(gòu)特(te)性,特別是硬(ying)度和彈性。
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Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink