近日，上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助(zhu)力浙江(jiang)大學(xué)研究人員在國際(ji)食品(pin)期刊《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表了(le)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(pin)技術(shù)制造(zao)的植物基(ji)仿肉越來越(yue)受歡(huan)迎。在該(gai)研究中，研(yan)究人(ren)員使用大豆(dou)分離(li)蛋白(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作(zuo)為食品油墨(mo)用于3D打印仿魚(yu)；研究人員(yuan)評估(gu)了不同濃度比(bi)率下SPI/XG/RS食品油墨(mo)的可打印性。通(tong)過調(diào)整打印(yin)參數(shù)(shu)，研究(jiu)人員(yuan)成功(gong)獲得(de)真實(shí)魚肌(ji)纖維范圍內(nèi)細(xì)(xi)絲(寬度(du)97.36μm)的高(gao)打印分(fen)辨率。通(tong)過調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾何形狀(zhuang)，研究人員(yuan)獲得(de)具有類(lei)似真實(shí)魚肉質(zhì)(zhi)構(gòu)的仿(fang)魚，這揭示了(le)3D打印可以將仿(fang)肉調(diào)節(jié)出(chu)類似(shi)肌纖維質(zhì)構(gòu)(gou)的能力(li)。研究(jiu)證實(shí)微(wei)尺度上(shang)高精(jing)度3D打印可以(yi)產(chǎn)生(sheng)植物(wu)基類(lei)似魚肉的結(jié)(jie)構(gòu)，為3D打(da)印出(chu)具有令(ling)人愉悅口感的(de)仿肉提供了(le)一個系(xi)統(tǒng)方法。

在該研究(jiu)中，研(yan)究人員使用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測定了(le)真實(shí)黃花魚(yu)和仿魚(yu)的硬度、彈(dan)性、粘附(fu)力、咀嚼(jue)性和膠粘(zhan)性指標(biāo)(biao)。使用200 μm或600 μm錐形(xing)針3D打(da)印的(de)不同孔(kong)隙率(15.86%、35.64%、56.69%和(he)73.59%)網(wǎng)架結(jié)(jie)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀配置直(zhi)徑36mm柱形探頭(tou)對其進(jìn)行測(ce)試。樣品在85℃下蒸(zheng)制5分鐘(zhong)，然后將蒸制好(hao)的樣品放(fang)在質(zhì)構(gòu)儀(yi)測試平臺上，用(yong)柱形探(tan)頭以1mm/s的速度(du)下壓(ya)樣品30%。

仿肉和(he)仿魚(yu)的質(zhì)構(gòu)顯著(zhu)受其結(jié)構(gòu)、力(li)學(xué)和表面性(xing)質(zhì)所決(jue)定。一些(xie)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)可以(yi)通過全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來(lai)測定，包(bao)括硬(ying)度、彈性、粘附(fu)力、咀嚼性和(he)膠粘(zhan)性。前(qian)三者(zhe)為初級質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)，后兩(liang)者為次級全(quan)質(zhì)構(gòu)分析(xi)變量(liang)。在該研究中，研(yan)究人員(yuan)使用200 μm或600 μm噴嘴制造(zao)的不同孔(kong)隙率打(da)印樣品，將(jiang)其蒸制，然(ran)后探究其質(zhì)構(gòu)(gou)特性，并(bing)將其與黃花(hua)魚背部肌肉(rou)對比。為了說明(ming)打印(yin)樣品與真(zhen)實(shí)魚的相(xiang)似，我們將黃(huang)花魚背部(bu)肌肉(rou)每個質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)的平均(jun)值定義(yi)為10分。仿魚(yu)打印樣品相應(yīng)(ying)的平(ping)均值和標(biāo)準(zhǔn)差(cha)根據(jù)比例也(ye)被計算。

硬度是阻止(zhi)變形的力。在上圖a中，當(dāng)孔(kong)隙率從15.86%增(zeng)加到(dao)73.50%，樣品硬度逐(zhu)漸下降。對于(yu)200 μm噴嘴打印(yin)的樣品，硬度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對于600 μm噴嘴(zui)打印的(de)樣品，樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降到(dao)0.62 ± 0.15 N，這表面(mian)更小的孔(kong)隙率和(he)更細(xì)的細(xì)絲(si)能夠產(chǎn)生(sheng)更大(da)的硬度。在(zai)打印期(qi)間，更小的噴(pen)嘴帶來的(de)更大(da)硬度導(dǎo)致食(shi)品油墨中的(de)原料更(geng)緊湊，且在(zai)質(zhì)構(gòu)分析中(zhong)很難變形(xing)。因此，在相同(tong)孔隙率下，200 μm細(xì)絲(si)制備的樣品比(bi)600 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣品更(geng)硬。孔隙(xi)率15.86%的200μm細(xì)絲(si)打印(yin)樣品硬(ying)度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接近其真實(shí)(shi)對照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去(qu)除后(hou)物體(ti)恢復(fù)(fu)到其未變形(xing)狀態(tài)的比(bi)率被定(ding)義為彈性(xing)。在上(shang)圖b中，不管(guan)精度(du)和孔隙率，所有(you)打印樣品的(de)彈性(xing)大約為(wei)0.6。這說明SPI/XG/RS質(zhì)地彈(dan)性取決于(yu)原料配方，而(er)很少受打(da)印參數(shù)的(de)影響。蒸制S20 × 3R15食(shi)品油墨材料彈(dan)性媲美真實(shí)(shi)黃花魚背(bei)部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食物(wu)表面與(yu)與食物接觸的(de)材料(liao)表面之間的(de)吸附力，需要(yao)一個反作(zuo)用力，并將其定(ding)義為粘(zhan)附力。在上圖c中(zhong)，不管孔隙率和(he)打印精度，所有(you)打印樣品(pin)的粘附(fu)力大約(yue)為2.5，這可(ke)能也與(yu)材料本身有關(guān)(guan)。打印樣品的粘(zhan)附力(li)接近(jin)真實(shí)魚(yu)的粘附力(li)(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性(xing)被定(ding)義為咀嚼固(gu)體樣品到吞(tun)咽狀態(tài)所(suo)需的(de)能量(liang)，它被定義為(wei)是硬度(du)*內(nèi)聚性*彈性。在(zai)上圖d中，打印樣(yang)品的咀(ju)嚼性隨孔(kong)隙率和打印精(jing)度變化。隨(sui)著孔隙率從15.86%變化(hua)到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(yu)600 μm細(xì)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃(huang)花魚真實(shí)(shi)背部肌肉的(de)咀嚼性為(wei)185.76 ± 74.79，這與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀(ju)嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是(shi)瓦解一個(ge)半固體食品到(dao)利于吞咽(yan)狀態(tài)(tai)所需的能量，被(bei)定義為(wei)是硬度*內(nèi)(nei)聚性。上圖(tu)e顯示了不(bu)同孔隙率和(he)細(xì)絲對打印(yin)樣品膠(jiao)粘性的影響(xiang)。隨著孔隙率(lv)的增加，打印樣(yang)品膠粘性發(fā)(fa)生下降。對于(yu)200 μm細(xì)絲(si)打印樣品，膠(jiao)粘性從436.36 ± 51.42下(xia)降到116.14 ± 9.94；然(ran)而，對于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。黃花魚背(bei)部肌肉(rou)真實(shí)(shi)膠粘性為(wei)321.85 ± 113.66，與孔隙率為15.86%的(de)200 μm細(xì)絲(si)打印樣(yang)品膠粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研(yan)究人(ren)員通過不同(tong)的孔隙率和噴(pen)嘴大小來(lai)調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通(tong)過控制食品油(you)墨配方(fang)和設(shè)計模(mo)型，我們可能創(chuàng)(chuang)造具有特(te)定質(zhì)構(gòu)的個(ge)性化(hua)食品。在(zai)此，研究人員(yuan)生產(chǎn)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品(pin)，被叫做“仿(fang)魚"，其具有黃(huang)花魚真實(shí)(shi)背部肌(ji)肉一樣的(de)質(zhì)構(gòu)特性，特別(bie)是硬度(du)和彈性。

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