近日，上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀助力浙江(jiang)大學(xué)研究人(ren)員在(zai)國際(ji)食品期刊《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(de)研究論文。

由3D打(da)印食品技術(shù)制(zhi)造的(de)植物基仿肉(rou)越來越(yue)受歡迎。在該研(yan)究中(zhong)，研究人員(yuan)使用(yong)大豆分(fen)離蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(XG)和大米(mi)淀粉(RS)作(zuo)為食(shi)品油(you)墨用于3D打印仿(fang)魚；研究人(ren)員評(ping)估了不(bu)同濃度(du)比率下(xia)SPI/XG/RS食品(pin)油墨的可打印(yin)性。通過調(diào)(diao)整打印參(can)數(shù)，研究(jiu)人員成(cheng)功獲得真實(shí)魚(yu)肌纖維范圍(wei)內(nèi)細(xì)(xi)絲(寬(kuan)度97.36μm)的(de)高打(da)印分辨率。通(tong)過調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)(gou)幾何形狀(zhuang)，研究人員獲得(de)具有(you)類似真實(shí)魚(yu)肉質(zhì)構(gòu)的仿魚(yu)，這揭示了3D打(da)印可(ke)以將(jiang)仿肉調(diào)(diao)節(jié)出類(lei)似肌纖維質(zhì)構(gòu)(gou)的能力。研究證(zheng)實(shí)微尺度(du)上高(gao)精度3D打印可(ke)以產(chǎn)生(sheng)植物基類(lei)似魚肉的結(jié)構(gòu)(gou)，為3D打印出具有(you)令人(ren)愉悅口感的仿(fang)肉提供了一(yi)個(gè)系統(tǒng)(tong)方法(fa)。

在該研(yan)究中，研(yan)究人員使用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測定(ding)了真實(shí)黃花(hua)魚和(he)仿魚(yu)的硬度、彈(dan)性、粘附力、咀(ju)嚼性和膠粘(zhan)性指標(biāo)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形針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)(jie)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后(hou)用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)配置直徑36mm柱(zhu)形探頭對其(qi)進(jìn)行測試。樣(yang)品在(zai)85℃下蒸制5分鐘(zhong)，然后(hou)將蒸制好(hao)的樣品(pin)放在(zai)質(zhì)構(gòu)儀測(ce)試平臺(tai)上，用柱(zhu)形探頭以(yi)1mm/s的速度下壓(ya)樣品(pin)30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)顯(xian)著受(shou)其結(jié)構(gòu)、力學(xué)和(he)表面性質(zhì)所決(jue)定。一些質(zhì)(zhi)構(gòu)指(zhi)標(biāo)可以(yi)通過(guo)全質(zhì)構(gòu)分(fen)析來測定，包括(kuo)硬度、彈性、粘(zhan)附力(li)、咀嚼性和膠(jiao)粘性。前三(san)者為初級質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)，后兩者(zhe)為次級全質(zhì)構(gòu)(gou)分析變量。在該(gai)研究中，研究人(ren)員使(shi)用200 μm或600 μm噴嘴(zui)制造的不同孔(kong)隙率打印樣品(pin)，將其蒸制(zhi)，然后探究(jiu)其質(zhì)構(gòu)特性(xing)，并將其(qi)與黃花魚背(bei)部肌(ji)肉對比。為了(le)說明打印(yin)樣品與真實(shí)魚(yu)的相似，我們(men)將黃花魚背部(bu)肌肉每個(gè)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)(biao)的平均值定(ding)義為10分。仿魚(yu)打印樣品相應(yīng)(ying)的平均(jun)值和(he)標(biāo)準(zhǔn)差根據(jù)比(bi)例也被計(jì)算。

硬度是(shi)阻止變形的力(li)。在上圖a中，當(dāng)(dang)孔隙率(lv)從15.86%增加到(dao)73.50%，樣品硬度逐(zhu)漸下(xia)降。對(dui)于200 μm噴(pen)嘴打(da)印的樣品，硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對于600 μm噴(pen)嘴打(da)印的樣品(pin)，樣品(pin)硬度從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到(dao)0.62 ± 0.15 N，這表面(mian)更小(xiao)的孔隙(xi)率和更(geng)細(xì)的細(xì)絲能(neng)夠產(chǎn)生更大(da)的硬度(du)。在打印期(qi)間，更小的噴(pen)嘴帶來的更大(da)硬度(du)導(dǎo)致食(shi)品油墨中的原(yuan)料更(geng)緊湊，且在質(zhì)(zhi)構(gòu)分析(xi)中很難變形。因此(ci)，在相同(tong)孔隙率下，200 μm細(xì)(xi)絲制備的樣品(pin)比600 μm細(xì)(xi)絲制備(bei)的樣品(pin)更硬?？?kong)隙率15.86%的200μm細(xì)絲打(da)印樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接近(jin)其真實(shí)對(dui)照物(wu)(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形(xing)力去除后(hou)物體恢復(fù)(fu)到其未變形(xing)狀態(tài)的比(bi)率被定(ding)義為(wei)彈性。在上圖b中(zhong)，不管精度和(he)孔隙率，所有打(da)印樣品的(de)彈性(xing)大約為0.6。這(zhe)說明SPI/XG/RS質(zhì)地(di)彈性取決于(yu)原料配(pei)方，而(er)很少受(shou)打印參數(shù)的(de)影響。蒸制S20 × 3R15食品油(you)墨材料(liao)彈性媲美(mei)真實(shí)黃花魚(yu)背部肌(ji)肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了(le)克服食(shi)物表(biao)面與(yu)與食物接觸(chu)的材(cai)料表面之間的(de)吸附力(li)，需要一個(gè)(ge)反作用力(li)，并將其定義為(wei)粘附力。在(zai)上圖c中，不管(guan)孔隙率和(he)打印精度(du)，所有打(da)印樣品的粘(zhan)附力(li)大約為(wei)2.5，這可能也與(yu)材料(liao)本身有關(guān)。打印樣品(pin)的粘附力接(jie)近真(zhen)實(shí)魚的粘附力(li)(2.21 ± 0.93)。

咀嚼(jue)性被(bei)定義(yi)為咀(ju)嚼固體樣品(pin)到吞咽狀態(tài)所(suo)需的能量(liang)，它被定(ding)義為是(shi)硬度(du)*內(nèi)聚性(xing)*彈性。在(zai)上圖d中，打印樣(yang)品的(de)咀嚼性隨孔(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%，對于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變化(hua)到80.26 ± 7.82；對于600 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性從(cong)154.28 ± 21.33 變化到(dao)23.28 ± 4.83。黃花魚真實(shí)(shi)背部肌肉的(de)咀嚼性(xing)為185.76 ± 74.79，這與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品(pin)咀嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是瓦解(jie)一個(gè)半固(gu)體食品到利(li)于吞咽(yan)狀態(tài)(tai)所需的能(neng)量，被定義為(wei)是硬度*內(nèi)聚(ju)性。上圖e顯示了(le)不同孔隙率和(he)細(xì)絲(si)對打(da)印樣品(pin)膠粘(zhan)性的影響。隨(sui)著孔隙率的(de)增加(jia)，打印樣品膠粘(zhan)性發(fā)(fa)生下降(jiang)。對于200 μm細(xì)絲(si)打印樣(yang)品，膠(jiao)粘性從436.36 ± 51.42下(xia)降到116.14 ± 9.94；然而，對于600 μm細(xì)絲打(da)印樣(yang)品，膠粘性從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃花魚背(bei)部肌(ji)肉真實(shí)膠粘性(xing)為321.85 ± 113.66，與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品膠(jiao)粘性(xing)值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人(ren)員通(tong)過不同的孔隙(xi)率和噴嘴大(da)小來調(diào)節(jié)3D食(shi)品質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。通過(guo)控制食品油墨(mo)配方和設(shè)(she)計(jì)模型，我們可(ke)能創(chuàng)造具(ju)有特定質(zhì)構(gòu)(gou)的個(gè)性化食品(pin)。在此，研究人員(yuan)生產(chǎn)(chan)出孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫(jiao)做“仿(fang)魚"，其具有(you)黃花魚(yu)真實(shí)背部肌(ji)肉一樣的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性，特別(bie)是硬度和彈性(xing)。

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