近日，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力浙(zhe)江大(da)學(xué)研究人員在國(guó)(guo)際食品期刊《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"的研(yan)究論文。

由3D打印食品技(ji)術(shù)制造的植物(wu)基仿肉越來(lái)(lai)越受歡迎(ying)。在該研(yan)究中，研究人員(yuan)使用大(da)豆分離蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(XG)和大(da)米淀粉(RS)作為(wei)食品油墨用于(yu)3D打印仿魚；研究(jiu)人員(yuan)評(píng)估了不同(tong)濃度比率下SPI/XG/RS食(shi)品油(you)墨的可打印(yin)性。通過(guò)調(diào)整打(da)印參數(shù)(shu)，研究人員成(cheng)功獲(huo)得真實(shí)魚肌(ji)纖維范(fan)圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的高打(da)印分辨率。通過(guò)(guo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)幾何(he)形狀(zhuang)，研究(jiu)人員獲得具有(you)類似真實(shí)(shi)魚肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚(yu)，這揭示了3D打(da)印可以將仿(fang)肉調(diào)節(jié)出(chu)類似肌纖維(wei)質(zhì)構(gòu)的能力(li)。研究證實(shí)微尺(chi)度上高精度3D打(da)印可以(yi)產(chǎn)生植物(wu)基類似(shi)魚肉的結(jié)構(gòu)(gou)，為3D打印出具有(you)令人愉悅口感(gan)的仿(fang)肉提供了一(yi)個(gè)系統(tǒng)方(fang)法。

在該研究(jiu)中，研究人員(yuan)使用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)定(ding)了真實(shí)黃花魚(yu)和仿(fang)魚的硬度(du)、彈性、粘附(fu)力、咀嚼性(xing)和膠粘性(xing)指標(biāo)。使用200 μm或600 μm錐(zhui)形針(zhen)3D打印的(de)不同孔隙(xi)率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)配置直徑(jing)36mm柱形探頭(tou)對(duì)其進(jìn)(jin)行測(cè)(ce)試。樣品在85℃下(xia)蒸制5分鐘，然后(hou)將蒸(zheng)制好(hao)的樣(yang)品放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)試平(ping)臺(tái)上，用柱形探(tan)頭以1mm/s的速(su)度下壓樣品30%。

仿肉和仿魚的(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(xie)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)可(ke)以通過(guò)全(quan)質(zhì)構(gòu)分(fen)析來(lái)(lai)測(cè)定，包括硬度(du)、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼(jue)性和膠(jiao)粘性。前三(san)者為(wei)初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)(biao)，后兩者為次(ci)級(jí)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析變量(liang)。在該研究中(zhong)，研究人員使(shi)用200 μm或600 μm噴嘴制造(zao)的不同孔隙率(lv)打印樣品，將其(qi)蒸制，然(ran)后探(tan)究其質(zhì)(zhi)構(gòu)特性，并將(jiang)其與黃(huang)花魚背(bei)部肌肉對(duì)(dui)比。為了說(shuō)明(ming)打印(yin)樣品(pin)與真(zhen)實(shí)魚的相似，我(wo)們將黃花(hua)魚背部肌肉每(mei)個(gè)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)的(de)平均值定義(yi)為10分。仿(fang)魚打(da)印樣品(pin)相應(yīng)的平均值(zhi)和標(biāo)準(zhǔn)差根(gen)據(jù)比例也被計(jì)(ji)算。

硬度是阻止(zhi)變形的力。在上圖(tu)a中，當(dāng)(dang)孔隙率從15.86%增(zeng)加到73.50%，樣品(pin)硬度逐(zhu)漸下(xia)降。對(duì)于(yu)200 μm噴嘴(zui)打印的樣品(pin)，硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴嘴(zui)打印的樣(yang)品，樣品硬度從(cong)3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面(mian)更小的(de)孔隙率和(he)更細(xì)的細(xì)(xi)絲能夠產(chǎn)生(sheng)更大的(de)硬度。在(zai)打印期間，更小(xiao)的噴(pen)嘴帶(dai)來(lái)的更大硬度(du)導(dǎo)致(zhi)食品油墨(mo)中的(de)原料更(geng)緊湊，且在質(zhì)構(gòu)(gou)分析中很(hen)難變(bian)形。因此，在相(xiang)同孔隙率(lv)下，200 μm細(xì)絲(si)制備的樣品(pin)比600 μm細(xì)絲(si)制備的樣品(pin)更硬?？?kong)隙率15.86%的200μm細(xì)絲打印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接(jie)近其真(zhen)實(shí)對(duì)照物(wu)(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去(qu)除后物體(ti)恢復(fù)(fu)到其(qi)未變形狀(zhuang)態(tài)的比率被(bei)定義為彈性(xing)。在上圖b中(zhong)，不管精度(du)和孔隙率(lv)，所有打印樣品(pin)的彈性(xing)大約為0.6。這說(shuō)(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈性(xing)取決于原(yuan)料配方(fang)，而很少受(shou)打印(yin)參數(shù)(shu)的影響。蒸制S20 × 3R15食(shi)品油墨(mo)材料(liao)彈性媲(pi)美真實(shí)黃花(hua)魚背部肌肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了克(ke)服食物表面與(yu)與食(shi)物接觸的(de)材料表(biao)面之間的吸附(fu)力，需要一個(gè)(ge)反作用力，并(bing)將其定義為粘(zhan)附力(li)。在上(shang)圖c中(zhong)，不管孔(kong)隙率和打(da)印精度，所有打(da)印樣品的(de)粘附(fu)力大約為2.5，這(zhe)可能(neng)也與材料本(ben)身有關(guān)。打印樣品的(de)粘附力(li)接近(jin)真實(shí)魚的(de)粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定(ding)義為咀嚼(jue)固體樣品(pin)到吞(tun)咽狀態(tài)(tai)所需(xu)的能(neng)量，它被定義(yi)為是硬度(du)*內(nèi)聚性*彈性。在(zai)上圖d中(zhong)，打印(yin)樣品的咀嚼(jue)性隨孔隙(xi)率和打印精度(du)變化(hua)。隨著孔隙率從(cong)15.86%變化到73.50%，對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變(bian)化到80.26 ± 7.82；對(duì)于(yu)600 μm細(xì)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變(bian)化到23.28 ± 4.83。黃花(hua)魚真實(shí)背(bei)部肌肉的咀(ju)嚼性為(wei)185.76 ± 74.79，這與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品咀(ju)嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性(xing)是瓦解一個(gè)(ge)半固體(ti)食品到利于吞(tun)咽狀態(tài)所需的(de)能量，被定義為(wei)是硬(ying)度*內(nèi)聚性(xing)。上圖e顯示了不(bu)同孔(kong)隙率和細(xì)絲對(duì)(dui)打印樣品膠粘(zhan)性的(de)影響。隨(sui)著孔(kong)隙率的增(zeng)加，打印樣(yang)品膠粘(zhan)性發(fā)生(sheng)下降。對(duì)于200 μm細(xì)絲打(da)印樣品(pin)，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)(xi)絲打印樣品，膠(jiao)粘性從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃花魚(yu)背部肌肉真實(shí)(shi)膠粘(zhan)性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為15.86%的(de)200 μm細(xì)絲(si)打印樣(yang)品膠(jiao)粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研(yan)究人員通過(guò)(guo)不同(tong)的孔隙率(lv)和噴嘴大(da)小來(lái)調(diào)節(jié)(jie)3D食品質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。通過(guò)(guo)控制食品油墨(mo)配方和(he)設(shè)計(jì)模(mo)型，我(wo)們可能創(chuàng)(chuang)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)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做“仿(fang)魚"，其具有(you)黃花魚(yu)真實(shí)背部肌(ji)肉一樣(yang)的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性，特別(bie)是硬度(du)和彈(dan)性。

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