近日，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助(zhu)力浙江大(da)學(xué)研究人員在國際(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(jiu)論文。

由3D打印食品技(ji)術(shù)制造的植(zhi)物基仿肉(rou)越來越受歡迎(ying)。在該研究中(zhong)，研究人員使(shi)用大豆分離蛋(dan)白(SPI)、黃原膠(XG)和大(da)米淀(dian)粉(RS)作(zuo)為食(shi)品油(you)墨用于3D打印仿(fang)魚；研究(jiu)人員評估了(le)不同濃度比率(lv)下SPI/XG/RS食品油(you)墨的可(ke)打印(yin)性。通過調(diào)整(zheng)打印參數(shù)，研(yan)究人員(yuan)成功獲(huo)得真實魚肌纖(xian)維范圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬度97.36μm)的(de)高打(da)印分(fen)辨率。通過調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)幾何(he)形狀(zhuang)，研究(jiu)人員獲得具有(you)類似真實(shi)魚肉(rou)質(zhì)構(gòu)的仿魚，這(zhe)揭示了3D打印可(ke)以將仿(fang)肉調(diào)(diao)節(jié)出類(lei)似肌纖維質(zhì)(zhi)構(gòu)的(de)能力。研究(jiu)證實微(wei)尺度上高精(jing)度3D打(da)印可(ke)以產(chǎn)生植(zhi)物基類(lei)似魚肉的結(jié)(jie)構(gòu)，為3D打印出具(ju)有令人愉悅(yue)口感的仿肉(rou)提供了一(yi)個系統(tǒng)(tong)方法。

在該研究中(zhong)，研究(jiu)人員使用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測定了(le)真實黃花魚和(he)仿魚的硬(ying)度、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼性(xing)和膠粘性(xing)指標(biāo)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形針3D打印的(de)不同(tong)孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和(he)73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)配置直徑(jing)36mm柱形(xing)探頭對其(qi)進(jìn)行測試。樣(yang)品在85℃下蒸制5分(fen)鐘，然后(hou)將蒸制好的(de)樣品(pin)放在質(zhì)構(gòu)(gou)儀測試(shi)平臺上(shang)，用柱形探(tan)頭以1mm/s的(de)速度(du)下壓樣品(pin)30%。

仿肉和仿魚(yu)的質(zhì)構(gòu)顯(xian)著受其結(jié)(jie)構(gòu)、力學(xué)(xue)和表(biao)面性(xing)質(zhì)所決定(ding)。一些質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)可以通(tong)過全質(zhì)構(gòu)分析(xi)來測(ce)定，包括硬(ying)度、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼性和(he)膠粘性。前三(san)者為初(chu)級質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)，后兩者為次(ci)級全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析(xi)變量(liang)。在該研究中(zhong)，研究人(ren)員使用200 μm或600 μm噴嘴制(zhi)造的不同孔隙(xi)率打印樣品(pin)，將其蒸制，然后(hou)探究其質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性，并將(jiang)其與黃花魚背(bei)部肌肉對比(bi)。為了說明(ming)打印樣品(pin)與真實魚的相(xiang)似，我們將(jiang)黃花魚背部肌(ji)肉每個質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)的平均(jun)值定義為(wei)10分。仿魚(yu)打印樣品相(xiang)應(yīng)的平(ping)均值和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差根據(jù)(ju)比例也被計(ji)算。

硬度是(shi)阻止變(bian)形的力(li)。在上(shang)圖a中(zhong)，當(dāng)孔隙率從(cong)15.86%增加到73.50%，樣品硬(ying)度逐漸(jian)下降。對于(yu)200 μm噴嘴打印的樣(yang)品，硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到 1.90 ± 0.16 N；而對于600 μm噴(pen)嘴打印(yin)的樣品，樣(yang)品硬度從3.82 ± 0.46 N下降(jiang)到0.62 ± 0.15 N，這表面(mian)更小的(de)孔隙率和更(geng)細(xì)的(de)細(xì)絲能(neng)夠產(chǎn)生更大的(de)硬度。在打(da)印期間，更小(xiao)的噴嘴(zui)帶來的更(geng)大硬度導(dǎo)(dao)致食品(pin)油墨(mo)中的(de)原料更(geng)緊湊，且在質(zhì)構(gòu)(gou)分析中很(hen)難變形。因此，在相同孔(kong)隙率下(xia)，200 μm細(xì)絲制備的(de)樣品比600 μm細(xì)(xi)絲制備(bei)的樣品更(geng)硬。孔隙率(lv)15.86%的200μm細(xì)絲打印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常(chang)接近其真實(shi)對照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形(xing)力去除后物體(ti)恢復(fù)到其(qi)未變(bian)形狀態(tài)的比(bi)率被定義(yi)為彈(dan)性。在上(shang)圖b中，不管精度(du)和孔隙率，所有打(da)印樣品的(de)彈性大約為(wei)0.6。這說明SPI/XG/RS質(zhì)(zhi)地彈(dan)性取決(jue)于原料配方，而(er)很少(shao)受打印參(can)數(shù)的(de)影響。蒸制S20 × 3R15食品(pin)油墨材料(liao)彈性媲美(mei)真實黃花魚背(bei)部肌肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了(le)克服食物表(biao)面與與食(shi)物接觸的(de)材料表面(mian)之間的吸附(fu)力，需要一個反(fan)作用力(li)，并將(jiang)其定義(yi)為粘附力(li)。在上圖(tu)c中，不管孔隙率(lv)和打印(yin)精度，所有打(da)印樣(yang)品的(de)粘附力大約(yue)為2.5，這可能(neng)也與材料本(ben)身有(you)關(guān)。打印樣品的粘(zhan)附力接近真(zhen)實魚的粘(zhan)附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定義(yi)為咀(ju)嚼固體樣品到(dao)吞咽狀(zhuang)態(tài)所需(xu)的能量，它被定(ding)義為(wei)是硬度*內(nèi)聚性(xing)*彈性。在(zai)上圖d中，打印樣(yang)品的咀嚼性隨(sui)孔隙率和打(da)印精度(du)變化。隨著孔隙率從15.86%變(bian)化到73.50%，對于(yu)200 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性(xing)從248.72 ± 38.18變化到80.26 ± 7.82；對(dui)于600 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃(huang)花魚真實背部(bu)肌肉的咀(ju)嚼性為(wei)185.76 ± 74.79，這與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀(ju)嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是(shi)瓦解(jie)一個(ge)半固體食(shi)品到利(li)于吞(tun)咽狀態(tài)(tai)所需的能量，被(bei)定義為(wei)是硬度(du)*內(nèi)聚性。上圖(tu)e顯示(shi)了不(bu)同孔隙率和(he)細(xì)絲對打印樣(yang)品膠(jiao)粘性的影響(xiang)。隨著孔隙率(lv)的增加，打印樣(yang)品膠粘性(xing)發(fā)生下降。對(dui)于200 μm細(xì)絲(si)打印樣(yang)品，膠粘性(xing)從436.36 ± 51.42下降(jiang)到116.14 ± 9.94；然而(er)，對于600 μm細(xì)絲打(da)印樣(yang)品，膠粘性從(cong)246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃(huang)花魚背部肌肉(rou)真實膠(jiao)粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙(xi)率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)(xi)絲打印(yin)樣品膠粘性值(zhi)(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究(jiu)人員通(tong)過不同(tong)的孔(kong)隙率(lv)和噴嘴大小來(lai)調(diào)節(jié)(jie)3D食品質(zhì)構(gòu)特(te)性。通過(guo)控制食(shi)品油墨配方(fang)和設(shè)(she)計模型，我們(men)可能創(chuàng)造(zao)具有特(te)定質(zhì)構(gòu)(gou)的個(ge)性化食品(pin)。在此，研(yan)究人員生產(chǎn)(chan)出孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫(jiao)做“仿(fang)魚"，其具有(you)黃花魚真(zhen)實背部(bu)肌肉(rou)一樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)，特別是(shi)硬度和彈性。

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