近日，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力(li)浙江大學(xué)研(yan)究人員在國(guó)際(ji)食品期(qi)刊《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表(biao)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(pin)技術(shù)制造的植(zhi)物基仿肉(rou)越來(lái)越受歡迎(ying)。在該研究(jiu)中，研究(jiu)人員使用大(da)豆分離蛋(dan)白(SPI)、黃原膠(jiao)(XG)和大米淀(dian)粉(RS)作為(wei)食品油墨(mo)用于3D打印(yin)仿魚(yú)(yu)；研究人員評(píng)估(gu)了不同濃度比(bi)率下SPI/XG/RS食品(pin)油墨的可打(da)印性。通過(guò)調(diào)整(zheng)打印參數(shù)，研(yan)究人員成(cheng)功獲得真實(shí)(shi)魚(yú)肌纖維范圍(wei)內(nèi)細(xì)(xi)絲(寬度97.36μm)的高打(da)印分辨率(lv)。通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(gou)幾何形狀，研究(jiu)人員獲(huo)得具有類(lèi)(lei)似真實(shí)魚(yú)(yu)肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚(yú)，這(zhe)揭示了3D打印(yin)可以(yi)將仿肉(rou)調(diào)節(jié)(jie)出類(lèi)(lei)似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)的能力(li)。研究(jiu)證實(shí)微尺(chi)度上高精度(du)3D打印可(ke)以產(chǎn)生(sheng)植物基類(lèi)(lei)似魚(yú)肉的結(jié)(jie)構(gòu)，為(wei)3D打印(yin)出具有(you)令人愉悅口(kou)感的仿(fang)肉提供了(le)一個(gè)系統(tǒng)(tong)方法。

在該(gai)研究中，研(yan)究人員使用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)測(cè)定了(le)真實(shí)黃花魚(yú)和(he)仿魚(yú)的硬度、彈(dan)性、粘附力、咀嚼(jue)性和(he)膠粘性指標(biāo)(biao)。使用(yong)200 μm或600 μm錐形針(zhen)3D打印的不(bu)同孔隙(xi)率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(gou)(2 × 2 × 1 cm³)，然后(hou)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀配(pei)置直徑(jing)36mm柱形探頭(tou)對(duì)其(qi)進(jìn)行(xing)測(cè)試。樣品在(zai)85℃下蒸制(zhi)5分鐘(zhong)，然后(hou)將蒸制(zhi)好的樣(yang)品放(fang)在質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試平臺(tái)上(shang)，用柱形探頭以(yi)1mm/s的速度下(xia)壓樣品30%。

仿肉和(he)仿魚(yú)(yu)的質(zhì)構(gòu)(gou)顯著(zhu)受其(qi)結(jié)構(gòu)(gou)、力學(xué)和(he)表面性質(zhì)所決(jue)定。一些質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)可以通(tong)過(guò)全質(zhì)構(gòu)(gou)分析來(lái)測(cè)(ce)定，包括(kuo)硬度、彈性、粘附(fu)力、咀嚼(jue)性和膠粘性。前(qian)三者(zhe)為初級(jí)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)，后兩者為(wei)次級(jí)全質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)變量。在該研(yan)究中，研究人(ren)員使用200 μm或600 μm噴嘴制造的(de)不同孔(kong)隙率打印樣品(pin)，將其蒸制(zhi)，然后(hou)探究(jiu)其質(zhì)構(gòu)特性，并(bing)將其(qi)與黃花魚(yú)背(bei)部肌(ji)肉對(duì)比。為(wei)了說(shuō)明打印樣(yang)品與(yu)真實(shí)魚(yú)(yu)的相似，我們將(jiang)黃花魚(yú)背部肌(ji)肉每個(gè)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)的(de)平均值定義(yi)為10分。仿魚(yú)打印(yin)樣品(pin)相應(yīng)的平(ping)均值和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差(cha)根據(jù)比例也被(bei)計(jì)算(suan)。

硬度是阻止變(bian)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(pin)硬度逐漸(jian)下降。對(duì)于200 μm噴(pen)嘴打印的(de)樣品，硬度從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴嘴打(da)印的樣品，樣(yang)品硬度從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更小(xiao)的孔(kong)隙率和更(geng)細(xì)的細(xì)絲能(neng)夠產(chǎn)生(sheng)更大的硬(ying)度。在打(da)印期間(jian)，更小的(de)噴嘴帶來(lái)的(de)更大硬(ying)度導(dǎo)致食品油(you)墨中的原料(liao)更緊湊，且在(zai)質(zhì)構(gòu)分析中很(hen)難變形。因此，在(zai)相同(tong)孔隙率下，200 μm細(xì)(xi)絲制備的樣品(pin)比600 μm細(xì)(xi)絲制備(bei)的樣品更(geng)硬?？紫堵?5.86%的(de)200μm細(xì)絲打印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常(chang)接近其(qi)真實(shí)對(duì)照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變(bian)形力去除后物(wu)體恢(hui)復(fù)到其未(wei)變形狀態(tài)的(de)比率被定義(yi)為彈性(xing)。在上(shang)圖b中，不(bu)管精度和孔隙(xi)率，所有打印(yin)樣品(pin)的彈性大約為(wei)0.6。這說(shuō)明SPI/XG/RS質(zhì)地(di)彈性取決于原(yuan)料配方，而很少(shao)受打(da)印參數(shù)(shu)的影響。蒸制S20 × 3R15食品油(you)墨材料彈性(xing)媲美真(zhen)實(shí)黃花魚(yú)背(bei)部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食(shi)物表面與(yu)與食物接觸的(de)材料表面之間(jian)的吸附(fu)力，需要一個(gè)反(fan)作用(yong)力，并將其定(ding)義為粘附力(li)。在上圖c中，不(bu)管孔隙率和打(da)印精度(du)，所有打印樣(yang)品的粘附(fu)力大(da)約為2.5，這可(ke)能也與材(cai)料本身有(you)關(guān)。打印(yin)樣品的粘附力(li)接近真實(shí)(shi)魚(yú)的粘附(fu)力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼(jue)性被定(ding)義為咀嚼固體(ti)樣品到吞(tun)咽狀(zhuang)態(tài)所需(xu)的能量，它被(bei)定義為是(shi)硬度*內(nèi)聚性*彈(dan)性。在(zai)上圖d中，打印樣(yang)品的咀(ju)嚼性隨孔隙率(lv)和打印精度變(bian)化。隨著孔(kong)隙率(lv)從15.86%變化到73.50%，對(duì)(dui)于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(jue)性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚(yú)真實(shí)(shi)背部(bu)肌肉的(de)咀嚼(jue)性為185.76 ± 74.79，這與(yu)孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品咀(ju)嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘(zhan)性是瓦解一(yi)個(gè)半固體食品(pin)到利于吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的能(neng)量，被定義為是(shi)硬度*內(nèi)(nei)聚性。上圖e顯(xian)示了不(bu)同孔(kong)隙率和細(xì)(xi)絲對(duì)打印(yin)樣品膠粘性的(de)影響。隨著(zhe)孔隙(xi)率的增加(jia)，打印樣(yang)品膠粘性發(fā)(fa)生下降。對(duì)于200 μm細(xì)絲(si)打印樣品，膠(jiao)粘性(xing)從436.36 ± 51.42下(xia)降到116.14 ± 9.94；然而(er)，對(duì)于600 μm細(xì)絲打印(yin)樣品，膠(jiao)粘性從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃花魚(yú)(yu)背部肌肉真實(shí)(shi)膠粘性為(wei)321.85 ± 113.66，與孔(kong)隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品膠粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之(zhi)，研究(jiu)人員(yuan)通過(guò)不同(tong)的孔隙率和(he)噴嘴大小來(lái)(lai)調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過(guò)控制(zhi)食品油墨(mo)配方和設(shè)(she)計(jì)模(mo)型，我們可能創(chuàng)(chuang)造具有(you)特定質(zhì)構(gòu)的個(gè)(ge)性化食品。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(zuo)“仿魚(yú)(yu)"，其具有(you)黃花魚(yú)真實(shí)背(bei)部肌肉(rou)一樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別(bie)是硬度和彈(dan)性。

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