近日(ri)，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力(li)浙江大學研究人員在國際(ji)食品期刊(kan)《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"的研究論文(wen)。

由3D打(da)印食(shi)品技術(shù)制造(zao)的植物基(ji)仿肉越(yue)來越受歡迎。在(zai)該研究中，研(yan)究人員使用大(da)豆分離蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(jiao)(XG)和大米淀粉(fen)(RS)作為食品(pin)油墨用于3D打印(yin)仿魚；研究人(ren)員評估(gu)了不同濃(nong)度比率(lv)下SPI/XG/RS食品油墨的(de)可打印(yin)性。通過(guo)調(diào)整(zheng)打印(yin)參數(shù)，研(yan)究人員成(cheng)功獲得真(zhen)實魚肌纖(xian)維范圍(wei)內(nèi)細絲(寬度(du)97.36μm)的高(gao)打印分辨率。通(tong)過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(gou)幾何形狀(zhuang)，研究(jiu)人員獲得具有(you)類似真實魚(yu)肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚，這揭(jie)示了(le)3D打印可以將仿(fang)肉調(diào)節(jié)出類似(shi)肌纖維(wei)質(zhì)構(gòu)的能(neng)力。研(yan)究證實微尺度(du)上高精度(du)3D打印可以(yi)產(chǎn)生植(zhi)物基類似魚(yu)肉的結(jié)構(gòu)(gou)，為3D打印出(chu)具有令人(ren)愉悅(yue)口感的(de)仿肉提供(gong)了一個系統(tǒng)(tong)方法(fa)。

在該(gai)研究中(zhong)，研究人員(yuan)使用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(ce)定了(le)真實黃(huang)花魚和仿魚的(de)硬度、彈(dan)性、粘附力、咀(ju)嚼性和膠粘(zhan)性指標。使用200 μm或(huo)600 μm錐形針3D打(da)印的不同孔隙(xi)率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)(jie)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀配(pei)置直徑(jing)36mm柱形探頭對(dui)其進(jin)行測試。樣(yang)品在85℃下蒸制5分(fen)鐘，然后將蒸制(zhi)好的(de)樣品放在質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(ce)試平臺上，用(yong)柱形探頭以1mm/s的(de)速度下壓樣(yang)品30%。

仿肉和仿(fang)魚的質(zhì)(zhi)構(gòu)顯著(zhu)受其結(jié)構(gòu)、力學(xue)和表面性(xing)質(zhì)所決定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)(gou)指標可以通(tong)過全質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)來測(ce)定，包括硬度、彈(dan)性、粘附力、咀嚼(jue)性和膠粘性(xing)。前三者為(wei)初級質(zhì)構(gòu)指標(biao)，后兩(liang)者為次級全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析變(bian)量。在該研(yan)究中(zhong)，研究(jiu)人員(yuan)使用(yong)200 μm或600 μm噴(pen)嘴制造的不同(tong)孔隙(xi)率打印樣品(pin)，將其(qi)蒸制，然后探究(jiu)其質(zhì)(zhi)構(gòu)特性，并將(jiang)其與(yu)黃花魚背部(bu)肌肉對比。為了(le)說明打印樣品(pin)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)指標的平均(jun)值定(ding)義為(wei)10分。仿魚打(da)印樣品相應的(de)平均(jun)值和標準(zhun)差根據(jù)比(bi)例也被計算(suan)。

硬度(du)是阻止變形的(de)力。在上圖a中，當孔(kong)隙率從(cong)15.86%增加到73.50%，樣(yang)品硬度逐漸下(xia)降。對(dui)于200 μm噴嘴打印(yin)的樣品，硬度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對于600 μm噴(pen)嘴打印的樣(yang)品，樣品硬(ying)度從3.82 ± 0.46 N下降(jiang)到0.62 ± 0.15 N，這表面(mian)更小的(de)孔隙率和(he)更細的細絲(si)能夠產(chǎn)生(sheng)更大(da)的硬度。在(zai)打印期間，更小(xiao)的噴嘴帶來的(de)更大硬度導(dao)致食品(pin)油墨中的(de)原料更(geng)緊湊，且在質(zhì)構(gòu)(gou)分析中很難變(bian)形。因此，在相(xiang)同孔隙率下，200 μm細(xi)絲制備的樣(yang)品比600 μm細(xi)絲制備(bei)的樣品(pin)更硬?？紫堵?5.86%的(de)200μm細絲打印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接(jie)近其真實(shi)對照物(7.04 ± 1.77 N)。

當變形(xing)力去除后物(wu)體恢(hui)復到其未變(bian)形狀(zhuang)態(tài)的比(bi)率被定義(yi)為彈性。在(zai)上圖b中，不管(guan)精度(du)和孔隙率，所有(you)打印樣品的彈(dan)性大約為(wei)0.6。這說明SPI/XG/RS質(zhì)地(di)彈性取決(jue)于原料配(pei)方，而(er)很少受(shou)打印(yin)參數(shù)(shu)的影響。蒸制S20 × 3R15食品油墨(mo)材料彈性媲美(mei)真實黃花魚背(bei)部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了(le)克服食物表面(mian)與與食物接(jie)觸的(de)材料(liao)表面之(zhi)間的吸附力，需(xu)要一(yi)個反作用(yong)力，并將其定(ding)義為粘附(fu)力。在上圖(tu)c中，不(bu)管孔隙率和(he)打印精度，所有(you)打印(yin)樣品(pin)的粘附力(li)大約為2.5，這可(ke)能也(ye)與材料本身(shen)有關(guān)。打印樣品的(de)粘附力(li)接近(jin)真實魚的(de)粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼(jue)性被定義為(wei)咀嚼固體樣(yang)品到吞(tun)咽狀態(tài)所需(xu)的能量(liang)，它被定義為是(shi)硬度(du)*內(nèi)聚(ju)性*彈性。在上圖(tu)d中，打印(yin)樣品的咀(ju)嚼性隨(sui)孔隙率和(he)打印精度變化(hua)。隨著(zhe)孔隙率從(cong)15.86%變化(hua)到73.50%，對于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(xi)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花(hua)魚真實背(bei)部肌肉的咀嚼(jue)性為(wei)185.76 ± 74.79，這與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細絲打印樣品咀(ju)嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘(zhan)性是(shi)瓦解一個(ge)半固(gu)體食品到利于(yu)吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的能(neng)量，被定義為是(shi)硬度*內(nèi)聚性(xing)。上圖e顯示了不(bu)同孔隙(xi)率和(he)細絲對(dui)打印樣品膠粘(zhan)性的(de)影響。隨著(zhe)孔隙率的增加(jia)，打印樣品(pin)膠粘(zhan)性發(fā)生下降。對(dui)于200 μm細絲打印樣品(pin)，膠粘性從436.36 ± 51.42下降(jiang)到116.14 ± 9.94；然而，對于600 μm細絲打(da)印樣品(pin)，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下降到(dao)35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚背部肌肉(rou)真實(shi)膠粘(zhan)性為321.85 ± 113.66，與孔(kong)隙率為15.86%的200 μm細絲(si)打印樣(yang)品膠粘(zhan)性值(436.36 ± 51.42)相似(shi)。

總之，研究人員(yuan)通過(guo)不同(tong)的孔隙(xi)率和噴(pen)嘴大(da)小來調(diào)節(jié)(jie)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(xing)，我們可能創(chuàng)(chuang)造具有特定質(zhì)(zhi)構(gòu)的個性化(hua)食品。在此，研(yan)究人員生(sheng)產(chǎn)出孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細絲打印樣品，被叫做(zuo)“仿魚"，其具有(you)黃花魚真(zhen)實背部肌(ji)肉一樣的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別(bie)是硬度和(he)彈性。

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