近日(ri)，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力(li)浙江大(da)學(xué)研究人(ren)員在(zai)國際食品期刊(kan)《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表(biao)了題(ti)為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的研究論文(wen)。

由3D打(da)印食(shi)品技術(shù)制(zhi)造的(de)植物基(ji)仿肉越來越受(shou)歡迎。在該研(yan)究中，研(yan)究人員使用(yong)大豆分(fen)離蛋白(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和大米淀粉(fen)(RS)作為食品油墨(mo)用于(yu)3D打印仿魚；研(yan)究人員評估(gu)了不同濃度(du)比率下SPI/XG/RS食(shi)品油墨的可(ke)打印性。通(tong)過調(diào)整(zheng)打印參數(shù)(shu)，研究人(ren)員成功(gong)獲得真(zhen)實魚肌(ji)纖維范圍(wei)內(nèi)細(xì)絲(si)(寬度97.36μm)的高打(da)印分辨率。通過(guo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)幾何(he)形狀，研究人員(yuan)獲得具有(you)類似真實魚(yu)肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚(yu)，這揭示(shi)了3D打印可以將(jiang)仿肉調(diào)節(jié)出(chu)類似(shi)肌纖維(wei)質(zhì)構(gòu)的(de)能力。研(yan)究證實微尺(chi)度上高(gao)精度3D打印可以(yi)產(chǎn)生(sheng)植物基(ji)類似魚肉的(de)結(jié)構(gòu)，為3D打(da)印出具有令(ling)人愉悅口感(gan)的仿(fang)肉提供了(le)一個系統(tǒng)方(fang)法。

在該研究(jiu)中，研究人員使(shi)用上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測定了(le)真實黃(huang)花魚和(he)仿魚的(de)硬度(du)、彈性、粘(zhan)附力(li)、咀嚼(jue)性和膠粘性(xing)指標(biāo)。使(shi)用200 μm或600 μm錐形針3D打(da)印的不(bu)同孔隙率(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(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)配置(zhi)直徑36mm柱形探頭(tou)對其(qi)進(jìn)行(xing)測試。樣(yang)品在85℃下蒸(zheng)制5分鐘(zhong)，然后將蒸制好(hao)的樣品放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測試平(ping)臺上，用(yong)柱形探頭(tou)以1mm/s的(de)速度下壓(ya)樣品30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)顯著(zhu)受其結(jié)構(gòu)、力學(xué)(xue)和表面性質(zhì)所(suo)決定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)可以通過全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來測(ce)定，包括硬度(du)、彈性、粘附(fu)力、咀嚼性和(he)膠粘性。前三者(zhe)為初級質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)，后兩者(zhe)為次級全質(zhì)(zhi)構(gòu)分(fen)析變(bian)量。在該(gai)研究中，研究(jiu)人員使用(yong)200 μm或600 μm噴嘴制造的(de)不同孔(kong)隙率打印樣(yang)品，將其蒸制，然(ran)后探(tan)究其質(zhì)構(gòu)特(te)性，并將其與黃(huang)花魚背(bei)部肌肉對比。為(wei)了說明(ming)打印樣(yang)品與真實(shi)魚的相(xiang)似，我們將黃(huang)花魚背部肌肉(rou)每個質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)的平(ping)均值定義為10分(fen)。仿魚打印樣品(pin)相應(yīng)的平(ping)均值和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差根據(jù)(ju)比例也(ye)被計算。

硬度是(shi)阻止(zhi)變形的力。在上圖a中，當(dāng)孔(kong)隙率從15.86%增加(jia)到73.50%，樣品硬度(du)逐漸(jian)下降。對于200 μm噴嘴(zui)打印的樣品，硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到 1.90 ± 0.16 N；而對(dui)于600 μm噴嘴打印的(de)樣品，樣品(pin)硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降(jiang)到0.62 ± 0.15 N，這表面更小(xiao)的孔隙率和(he)更細(xì)的細(xì)絲(si)能夠(gou)產(chǎn)生更(geng)大的硬度(du)。在打印(yin)期間(jian)，更小的(de)噴嘴帶來(lai)的更大硬(ying)度導(dǎo)(dao)致食品(pin)油墨中的原料(liao)更緊湊(cou)，且在質(zhì)構(gòu)(gou)分析中很難變(bian)形。因此(ci)，在相同孔隙率(lv)下，200 μm細(xì)絲制備的(de)樣品比600 μm細(xì)絲制(zhi)備的(de)樣品更硬?？紫?xi)率15.86%的(de)200μm細(xì)絲打印(yin)樣品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接近其真實(shi)對照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力(li)去除后物(wu)體恢復(fù)到其未(wei)變形狀(zhuang)態(tài)的比率被定(ding)義為(wei)彈性。在上圖(tu)b中，不(bu)管精度和孔隙率，所有(you)打印(yin)樣品(pin)的彈性(xing)大約為0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈(dan)性取決于原(yuan)料配(pei)方，而很少(shao)受打印參數(shù)的(de)影響。蒸制S20 × 3R15食(shi)品油墨(mo)材料(liao)彈性媲(pi)美真實黃花(hua)魚背(bei)部肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克(ke)服食物表面(mian)與與食物接(jie)觸的(de)材料表面之間(jian)的吸附力，需(xu)要一(yi)個反作用力(li)，并將其定義(yi)為粘附力。在(zai)上圖c中，不管孔(kong)隙率(lv)和打印精度，所(suo)有打印樣品的(de)粘附力大約(yue)為2.5，這可能也與(yu)材料(liao)本身有(you)關(guān)。打印(yin)樣品的粘附(fu)力接(jie)近真實魚(yu)的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義為咀嚼固(gu)體樣品(pin)到吞咽(yan)狀態(tài)所需(xu)的能(neng)量，它被定(ding)義為(wei)是硬度*內(nèi)聚(ju)性*彈性。在(zai)上圖d中，打印(yin)樣品的咀嚼性(xing)隨孔隙率和打(da)印精度變化。隨(sui)著孔隙率從15.86%變化到(dao)73.50%，對于200 μm細(xì)絲，咀嚼性(xing)從248.72 ± 38.18變化到80.26 ± 7.82；對(dui)于600 μm細(xì)絲，咀嚼性從(cong)154.28 ± 21.33 變化到23.28 ± 4.83。黃花(hua)魚真實(shi)背部(bu)肌肉的咀(ju)嚼性為185.76 ± 74.79，這與孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印(yin)樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘(zhan)性是(shi)瓦解一個半(ban)固體食品到(dao)利于吞咽(yan)狀態(tài)所需的(de)能量，被(bei)定義為是硬(ying)度*內(nèi)聚性。上(shang)圖e顯示了不(bu)同孔(kong)隙率和細(xì)絲(si)對打印樣品(pin)膠粘性的影(ying)響。隨著孔隙(xi)率的增加(jia)，打印樣品(pin)膠粘性發(fā)(fa)生下降。對于(yu)200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，膠粘性從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而(er)，對于600 μm細(xì)絲(si)打印(yin)樣品，膠粘(zhan)性從(cong)246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃(huang)花魚(yu)背部肌肉真(zhen)實膠(jiao)粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打(da)印樣品膠(jiao)粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之(zhi)，研究人員通(tong)過不同的孔隙(xi)率和噴嘴大(da)小來調(diào)(diao)節(jié)3D食品(pin)質(zhì)構(gòu)特性。通過(guo)控制食(shi)品油墨配方(fang)和設(shè)計模型，我(wo)們可(ke)能創(chuàng)造具有特(te)定質(zhì)(zhi)構(gòu)的(de)個性化食(shi)品。在此，研究(jiu)人員生產(chǎn)(chan)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做“仿(fang)魚"，其(qi)具有黃花(hua)魚真(zhen)實背部肌肉(rou)一樣的質(zhì)構(gòu)特(te)性，特別是硬度(du)和彈(dan)性。

原文下載(zai)鏈接

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