近日(ri)，上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gou)儀助力(li)浙江大學研(yan)究人員在國際(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(lun)文。

由3D打印食品技(ji)術制造(zao)的植物基仿(fang)肉越來越受歡(huan)迎。在該研究中(zhong)，研究人員使用(yong)大豆(dou)分離蛋(dan)白(SPI)、黃原膠(XG)和大(da)米淀(dian)粉(RS)作(zuo)為食品油(you)墨用(yong)于3D打印仿(fang)魚；研究人(ren)員評估了(le)不同(tong)濃度(du)比率下SPI/XG/RS食(shi)品油墨的可(ke)打印性。通過(guo)調(diào)整打印參(can)數(shù)，研(yan)究人員成(cheng)功獲得(de)真實魚肌纖(xian)維范圍內(nèi)細(xi)絲(寬度97.36μm)的高打(da)印分(fen)辨率。通(tong)過調(diào)節(jié)結(jié)構(gou)幾何形狀，研(yan)究人員獲得具(ju)有類似(shi)真實魚(yu)肉質(zhì)(zhi)構的仿魚(yu)，這揭示了3D打印(yin)可以將仿肉(rou)調(diào)節(jié)出類(lei)似肌纖維質(zhì)構(gou)的能力(li)。研究(jiu)證實微尺(chi)度上高精度3D打(da)印可以產(chǎn)生植(zhi)物基類似(shi)魚肉的結(jié)(jie)構，為3D打印(yin)出具有令人(ren)愉悅口感的仿(fang)肉提供了(le)一個系統(tǒng)方法(fa)。

在該研究(jiu)中，研究(jiu)人員使(shi)用上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構儀測(ce)定了真實黃(huang)花魚(yu)和仿(fang)魚的硬度、彈(dan)性、粘附(fu)力、咀(ju)嚼性和膠(jiao)粘性指標(biao)。使用200 μm或600 μm錐(zhui)形針3D打印的不(bu)同孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)(jie)構(2 × 2 × 1 cm³)，然后用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構儀(yi)配置直(zhi)徑36mm柱形探(tan)頭對其(qi)進行測試(shi)。樣品在85℃下蒸(zheng)制5分鐘(zhong)，然后將蒸制(zhi)好的樣品(pin)放在質(zhì)構(gou)儀測試平(ping)臺上，用柱(zhu)形探頭以1mm/s的(de)速度(du)下壓樣品(pin)30%。

仿肉和(he)仿魚的質(zhì)構(gou)顯著受其(qi)結(jié)構(gou)、力學和(he)表面性質(zhì)所決(jue)定。一(yi)些質(zhì)構(gou)指標可以通(tong)過全質(zhì)構分析(xi)來測定，包括硬(ying)度、彈(dan)性、粘附力、咀(ju)嚼性和膠粘性(xing)。前三者為初級(ji)質(zhì)構指標(biao)，后兩者為次(ci)級全質(zhì)構分(fen)析變量(liang)。在該研究(jiu)中，研究人(ren)員使用200 μm或600 μm噴嘴制造的(de)不同孔隙率打(da)印樣品(pin)，將其蒸(zheng)制，然后探究其(qi)質(zhì)構(gou)特性，并(bing)將其與黃(huang)花魚背部肌(ji)肉對(dui)比。為了說明打(da)印樣(yang)品與真實魚的(de)相似，我們將黃(huang)花魚背部肌肉(rou)每個質(zhì)(zhi)構指標(biao)的平(ping)均值定義為10分(fen)。仿魚打印樣(yang)品相應的平均(jun)值和標準差根(gen)據(jù)比例也被(bei)計算。

硬度是阻(zu)止變形的(de)力。在上圖a中(zhong)，當孔隙(xi)率從15.86%增加到73.50%，樣(yang)品硬度逐(zhu)漸下降(jiang)。對于(yu)200 μm噴嘴(zui)打印(yin)的樣品，硬(ying)度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對于(yu)600 μm噴嘴打印的(de)樣品(pin)，樣品(pin)硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面(mian)更小的孔隙(xi)率和更細的細(xi)絲能夠(gou)產(chǎn)生更大的(de)硬度。在打(da)印期間，更小的(de)噴嘴帶來的更(geng)大硬度導致食(shi)品油墨中的原(yuan)料更緊湊(cou)，且在(zai)質(zhì)構分析(xi)中很難變(bian)形。因此，在相同(tong)孔隙率(lv)下，200 μm細絲制(zhi)備的樣品(pin)比600 μm細絲制(zhi)備的樣品(pin)更硬。孔(kong)隙率15.86%的(de)200μm細絲打(da)印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接(jie)近其真實對照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當變形(xing)力去除(chu)后物體恢(hui)復到(dao)其未(wei)變形狀態(tài)的比(bi)率被定義(yi)為彈性。在上圖(tu)b中，不管精度和(he)孔隙率，所(suo)有打印樣品(pin)的彈(dan)性大約為0.6。這(zhe)說明SPI/XG/RS質(zhì)地彈性(xing)取決于原料配(pei)方，而很(hen)少受打印參(can)數(shù)的影響。蒸制S20 × 3R15食品(pin)油墨(mo)材料彈(dan)性媲美真實黃(huang)花魚背(bei)部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服(fu)食物表(biao)面與與食物(wu)接觸的(de)材料(liao)表面之間(jian)的吸附力，需要(yao)一個反(fan)作用力(li)，并將其定(ding)義為粘(zhan)附力。在上圖c中(zhong)，不管孔(kong)隙率和打印精(jing)度，所(suo)有打印(yin)樣品(pin)的粘(zhan)附力大約為2.5，這(zhe)可能也與材料(liao)本身有關。打印樣(yang)品的粘附力(li)接近真實(shi)魚的粘附(fu)力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義為咀(ju)嚼固體樣品(pin)到吞咽(yan)狀態(tài)(tai)所需的能量，它(ta)被定義為是硬(ying)度*內(nèi)聚(ju)性*彈性。在上(shang)圖d中，打印樣品(pin)的咀嚼性隨(sui)孔隙率和(he)打印精度(du)變化。隨著孔(kong)隙率(lv)從15.86%變化(hua)到73.50%，對于(yu)200 μm細絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變(bian)化到80.26 ± 7.82；對(dui)于600 μm細絲(si)，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變(bian)化到(dao)23.28 ± 4.83。黃花魚真實(shi)背部肌肉(rou)的咀嚼性為(wei)185.76 ± 74.79，這與孔隙率為15.86%的200 μm細絲(si)打印樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致(zhi)。

膠粘性是瓦(wa)解一(yi)個半固體食品(pin)到利于吞(tun)咽狀態(tài)所(suo)需的能量(liang)，被定義為是硬(ying)度*內(nèi)聚性(xing)。上圖(tu)e顯示了(le)不同孔(kong)隙率(lv)和細絲對打(da)印樣品膠粘(zhan)性的影響。隨著(zhe)孔隙率(lv)的增加(jia)，打印樣(yang)品膠粘性(xing)發(fā)生下降(jiang)。對于(yu)200 μm細絲(si)打印樣品，膠(jiao)粘性(xing)從436.36 ± 51.42下降到116.14 ± 9.94；然而(er)，對于(yu)600 μm細絲打印樣品(pin)，膠粘性從246.48 ± 24.74下降(jiang)到35.37 ± 8.72。黃花魚(yu)背部肌(ji)肉真實膠(jiao)粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細絲打印(yin)樣品膠粘(zhan)性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之(zhi)，研究人員(yuan)通過不同的孔(kong)隙率(lv)和噴嘴大小(xiao)來調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)(zhi)構特性。通(tong)過控制食品油(you)墨配(pei)方和(he)設計模型(xing)，我們可能創(chuàng)造(zao)具有特定(ding)質(zhì)構的個性(xing)化食品。在此，研(yan)究人員生產(chǎn)(chan)出孔隙率為15.86%的200 μm細絲打印樣品(pin)，被叫做“仿魚(yu)"，其具有黃花(hua)魚真實(shi)背部肌肉一(yi)樣的(de)質(zhì)構(gou)特性，特別是(shi)硬度和彈性(xing)。

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