近日，上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力浙江(jiang)大學(xué)研究人(ren)員在國(guó)(guo)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(yan)究論文。

由3D打印(yin)食品技術(shù)制造(zao)的植物基仿肉(rou)越來(lái)(lai)越受歡迎。在(zai)該研究中(zhong)，研究人員(yuan)使用大豆分(fen)離蛋白(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作(zuo)為食品(pin)油墨用于3D打印(yin)仿魚(yú)；研(yan)究人(ren)員評(píng)估(gu)了不同濃度(du)比率下SPI/XG/RS食品(pin)油墨的可(ke)打印性。通過(guò)(guo)調(diào)整打印參(can)數(shù)，研究人(ren)員成功(gong)獲得真實(shí)(shi)魚(yú)肌纖維范(fan)圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬度97.36μm)的高(gao)打印分辨率。通(tong)過(guò)調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)(gou)幾何形狀，研(yan)究人員獲(huo)得具有類(lèi)似(shi)真實(shí)(shi)魚(yú)肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚(yú)(yu)，這揭示了(le)3D打印可以(yi)將仿肉調(diào)節(jié)(jie)出類(lèi)似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)的能力(li)。研究證實(shí)微(wei)尺度上高精(jing)度3D打印可(ke)以產(chǎn)生植物(wu)基類(lèi)似(shi)魚(yú)肉(rou)的結(jié)構(gòu)，為3D打(da)印出具有令(ling)人愉(yu)悅口感(gan)的仿肉(rou)提供了一個(gè)系(xi)統(tǒng)方法(fa)。

在該研究中(zhong)，研究人員使(shi)用上(shang)海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(cè)(ce)定了(le)真實(shí)(shi)黃花魚(yú)和仿(fang)魚(yú)的硬度(du)、彈性、粘附(fu)力、咀嚼性和(he)膠粘(zhan)性指標(biāo)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形針(zhen)3D打印的不(bu)同孔隙率(lv)(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架(jia)結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后(hou)用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)配置直(zhi)徑36mm柱形探頭(tou)對(duì)其進(jìn)行測(cè)(ce)試。樣品(pin)在85℃下蒸制5分(fen)鐘，然后將蒸(zheng)制好的樣品(pin)放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)試平臺(tái)(tai)上，用柱(zhu)形探頭(tou)以1mm/s的速(su)度下壓樣(yang)品30%。

仿肉和(he)仿魚(yú)的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)顯著(zhu)受其結(jié)構(gòu)、力學(xué)(xue)和表面性(xing)質(zhì)所決定。一些(xie)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)可以(yi)通過(guò)全質(zhì)構(gòu)(gou)分析來(lái)測(cè)定，包(bao)括硬度、彈性、粘(zhan)附力(li)、咀嚼性和膠(jiao)粘性。前三者(zhe)為初級(jí)質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)，后兩者為(wei)次級(jí)全(quan)質(zhì)構(gòu)分析變量(liang)。在該研究(jiu)中，研究人員(yuan)使用200 μm或600 μm噴嘴制造的(de)不同孔隙率打(da)印樣(yang)品，將其蒸制(zhi)，然后探究(jiu)其質(zhì)構(gòu)特(te)性，并將(jiang)其與黃花魚(yú)(yu)背部肌(ji)肉對(duì)比。為了(le)說(shuō)明(ming)打印樣(yang)品與真實(shí)(shi)魚(yú)的相似，我們(men)將黃(huang)花魚(yú)背(bei)部肌肉每(mei)個(gè)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)的平均(jun)值定義為(wei)10分。仿魚(yú)打印樣(yang)品相應(yīng)(ying)的平(ping)均值和(he)標(biāo)準(zhǔn)差根據(jù)(ju)比例也被計(jì)(ji)算。

硬度是阻(zu)止變形(xing)的力。在上圖(tu)a中，當(dāng)孔隙率從(cong)15.86%增加到(dao)73.50%，樣品(pin)硬度逐漸下降(jiang)。對(duì)于(yu)200 μm噴嘴(zui)打印的樣(yang)品，硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴(pen)嘴打印的樣(yang)品，樣品硬度從(cong)3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更小(xiao)的孔隙率(lv)和更細(xì)的細(xì)(xi)絲能夠產(chǎn)(chan)生更(geng)大的(de)硬度。在打(da)印期間，更(geng)小的噴嘴(zui)帶來(lái)的(de)更大(da)硬度導(dǎo)致食(shi)品油墨中的原(yuan)料更緊(jin)湊，且在質(zhì)(zhi)構(gòu)分(fen)析中很難變形(xing)。因此(ci)，在相同孔(kong)隙率(lv)下，200 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣品比(bi)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(fei)常接近其(qi)真實(shí)對(duì)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形(xing)力去除后(hou)物體恢復(fù)到(dao)其未變形狀(zhuang)態(tài)的比(bi)率被(bei)定義為(wei)彈性。在上(shang)圖b中，不管精度(du)和孔隙率，所有打(da)印樣品(pin)的彈性大約(yue)為0.6。這說(shuō)明SPI/XG/RS質(zhì)(zhi)地彈性(xing)取決(jue)于原料配(pei)方，而很(hen)少受打印參數(shù)(shu)的影響(xiang)。蒸制S20 × 3R15食品油墨(mo)材料彈性媲(pi)美真實(shí)黃花魚(yú)(yu)背部肌肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了克服(fu)食物表(biao)面與與(yu)食物接(jie)觸的材料(liao)表面之間的吸(xi)附力，需要一個(gè)(ge)反作用力(li)，并將其定(ding)義為粘(zhan)附力。在上圖c中(zhong)，不管孔隙(xi)率和打印(yin)精度，所(suo)有打印樣品的(de)粘附力大約為(wei)2.5，這可能也與(yu)材料本身(shen)有關(guān)。打印樣(yang)品的粘附(fu)力接近(jin)真實(shí)魚(yú)的粘(zhan)附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼(jue)性被定(ding)義為咀嚼(jue)固體樣品(pin)到吞咽狀態(tài)所(suo)需的能(neng)量，它被定(ding)義為是硬度*內(nèi)(nei)聚性(xing)*彈性。在上圖(tu)d中，打(da)印樣(yang)品的(de)咀嚼性隨孔隙(xi)率和打印精(jing)度變化(hua)。隨著孔隙率從15.86%變(bian)化到(dao)73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變化(hua)到80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)(xi)絲，咀嚼(jue)性從154.28 ± 21.33 變(bian)化到23.28 ± 4.83。黃花魚(yú)真實(shí)(shi)背部(bu)肌肉的(de)咀嚼性(xing)為185.76 ± 74.79，這與孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是瓦解(jie)一個(gè)半(ban)固體食品到(dao)利于吞咽狀(zhuang)態(tài)所(suo)需的能量，被定(ding)義為是(shi)硬度*內(nèi)聚性(xing)。上圖e顯示了(le)不同孔隙率和(he)細(xì)絲對(duì)打印樣(yang)品膠粘性的影(ying)響。隨著孔隙(xi)率的增加，打(da)印樣(yang)品膠(jiao)粘性發(fā)生下降(jiang)。對(duì)于200 μm細(xì)絲(si)打印樣品，膠(jiao)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(dao)35.37 ± 8.72。黃花魚(yú)背(bei)部肌肉真實(shí)膠(jiao)粘性(xing)為321.85 ± 113.66，與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)(xi)絲打印(yin)樣品膠粘性(xing)值(436.36 ± 51.42)相似(shi)。

總之，研究人員(yuan)通過(guò)不(bu)同的(de)孔隙率(lv)和噴嘴大小(xiao)來(lái)調(diào)(diao)節(jié)3D食(shi)品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過(guò)控(kong)制食(shi)品油墨配方(fang)和設(shè)計(jì)模型(xing)，我們可能(neng)創(chuàng)造(zao)具有(you)特定質(zhì)構(gòu)的(de)個(gè)性(xing)化食品。在(zai)此，研究人員生(sheng)產(chǎn)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，被叫做“仿魚(yú)(yu)"，其具有黃(huang)花魚(yú)真實(shí)背部(bu)肌肉一樣(yang)的質(zhì)構(gòu)特(te)性，特別是(shi)硬度和(he)彈性。

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