近日，上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助(zhu)力浙江大(da)學(xué)研究人員在(zai)國際食品(pin)期刊《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(de)研究論(lun)文。

由3D打印(yin)食品技(ji)術(shù)制造的植(zhi)物基仿肉越(yue)來越(yue)受歡迎(ying)。在該研(yan)究中，研(yan)究人員使用大(da)豆分(fen)離蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(jiao)(XG)和大米淀粉(RS)作(zuo)為食品(pin)油墨用于3D打印(yin)仿魚；研究人(ren)員評(ping)估了不同濃(nong)度比率(lv)下SPI/XG/RS食品(pin)油墨的可打(da)印性(xing)。通過調(diào)整(zheng)打印(yin)參數(shù)，研(yan)究人員成功(gong)獲得真實魚(yu)肌纖維(wei)范圍內(nèi)細(xì)(xi)絲(寬(kuan)度97.36μm)的(de)高打印(yin)分辨率。通(tong)過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(gou)幾何形(xing)狀，研究人員(yuan)獲得具有類似(shi)真實(shi)魚肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚，這揭(jie)示了3D打印可(ke)以將仿肉(rou)調(diào)節(jié)(jie)出類(lei)似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)的能(neng)力。研究(jiu)證實微(wei)尺度上高(gao)精度(du)3D打印可(ke)以產(chǎn)生(sheng)植物基(ji)類似魚肉的(de)結(jié)構(gòu)，為(wei)3D打印出具有令(ling)人愉悅口感(gan)的仿肉提供了(le)一個系統(tǒng)方(fang)法。

在該研究中，研(yan)究人員使(shi)用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了(le)真實黃花(hua)魚和仿魚的硬(ying)度、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼(jue)性和膠粘(zhan)性指標(biāo)。使用(yong)200 μm或600 μm錐(zhui)形針3D打印的不(bu)同孔(kong)隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架結(jié)(jie)構(gòu)(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36mm柱(zhu)形探頭(tou)對其進(jin)行測試。樣(yang)品在85℃下蒸制(zhi)5分鐘，然后將(jiang)蒸制好的樣(yang)品放在(zai)質(zhì)構(gòu)儀(yi)測試平(ping)臺上，用柱形(xing)探頭以1mm/s的速度(du)下壓樣品30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)顯著受其(qi)結(jié)構(gòu)、力學(xué)和(he)表面性質(zhì)(zhi)所決定。一(yi)些質(zhì)(zhi)構(gòu)指(zhi)標(biāo)可以(yi)通過全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來測定(ding)，包括(kuo)硬度、彈(dan)性、粘附力、咀(ju)嚼性和膠粘(zhan)性。前三者為(wei)初級質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)，后兩(liang)者為(wei)次級全(quan)質(zhì)構(gòu)(gou)分析變(bian)量。在(zai)該研究中，研究(jiu)人員使用200 μm或600 μm噴嘴制造的(de)不同孔(kong)隙率打印樣品(pin)，將其(qi)蒸制，然后探(tan)究其質(zhì)構(gòu)(gou)特性，并將其與(yu)黃花魚背部(bu)肌肉對比。為(wei)了說明打(da)印樣品(pin)與真實魚的相(xiang)似，我們(men)將黃花魚背(bei)部肌肉(rou)每個質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)的平均值(zhi)定義為(wei)10分。仿魚打(da)印樣品相應(yīng)的(de)平均(jun)值和(he)標(biāo)準(zhǔn)差根(gen)據(jù)比(bi)例也被(bei)計算。

硬度是阻(zu)止變(bian)形的(de)力。在上圖a中，當(dāng)孔(kong)隙率從15.86%增加到(dao)73.50%，樣品(pin)硬度逐漸下降(jiang)。對于(yu)200 μm噴嘴打印的(de)樣品，硬度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對于600 μm噴嘴打(da)印的樣(yang)品，樣品(pin)硬度從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到0.62 ± 0.15 N，這表面更(geng)小的孔隙率和(he)更細(xì)的(de)細(xì)絲能夠產(chǎn)(chan)生更大的硬度(du)。在打印期(qi)間，更小的(de)噴嘴帶(dai)來的更大(da)硬度導(dǎo)致(zhi)食品(pin)油墨中的原(yuan)料更(geng)緊湊，且在(zai)質(zhì)構(gòu)(gou)分析中(zhong)很難變形。因此，在相(xiang)同孔(kong)隙率下(xia)，200 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣(yang)品比600 μm細(xì)絲(si)制備的(de)樣品更(geng)硬?？?kong)隙率15.86%的(de)200μm細(xì)絲打印(yin)樣品硬度(du)(7.11 ± 0.87 N) 非常接(jie)近其真實(shi)對照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去(qu)除后(hou)物體恢復(fù)(fu)到其(qi)未變形(xing)狀態(tài)的(de)比率被定義為(wei)彈性。在(zai)上圖b中，不管精(jing)度和孔隙率(lv)，所有打印(yin)樣品(pin)的彈(dan)性大約為(wei)0.6。這說明SPI/XG/RS質(zhì)(zhi)地彈性取(qu)決于(yu)原料配(pei)方，而(er)很少受打(da)印參數(shù)的影(ying)響。蒸制S20 × 3R15食(shi)品油墨材料(liao)彈性媲美真實(shi)黃花魚(yu)背部肌(ji)肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了(le)克服食物表面(mian)與與食物接觸(chu)的材(cai)料表面之(zhi)間的吸附力，需(xu)要一個反(fan)作用力，并將(jiang)其定義(yi)為粘附(fu)力。在上圖c中，不(bu)管孔隙率(lv)和打印(yin)精度(du)，所有(you)打印樣品(pin)的粘(zhan)附力(li)大約(yue)為2.5，這可能也與(yu)材料本身有關(guān)(guan)。打印(yin)樣品的粘附(fu)力接近真實魚(yu)的粘附(fu)力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼(jue)性被定義(yi)為咀嚼固(gu)體樣(yang)品到(dao)吞咽狀(zhuang)態(tài)所(suo)需的能(neng)量，它被定(ding)義為是(shi)硬度*內(nèi)聚性*彈(dan)性。在上圖(tu)d中，打印(yin)樣品(pin)的咀(ju)嚼性隨孔隙率(lv)和打(da)印精(jing)度變(bian)化。隨著孔隙率從15.86%變(bian)化到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(dui)于600 μm細(xì)(xi)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變(bian)化到23.28 ± 4.83。黃花(hua)魚真實背(bei)部肌(ji)肉的咀(ju)嚼性為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。

膠粘性是瓦解(jie)一個半(ban)固體食品(pin)到利于(yu)吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的能量(liang)，被定義為是(shi)硬度(du)*內(nèi)聚性(xing)。上圖(tu)e顯示了不(bu)同孔(kong)隙率和(he)細(xì)絲對打印樣(yang)品膠(jiao)粘性的影(ying)響。隨著孔隙(xi)率的(de)增加，打印樣(yang)品膠粘性發(fā)生(sheng)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(jiang)到116.14 ± 9.94；然而，對于600 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃花魚背(bei)部肌肉真實膠(jiao)粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品膠(jiao)粘性值(zhi)(436.36 ± 51.42)相似(shi)。

總之(zhi)，研究人(ren)員通過不同(tong)的孔(kong)隙率(lv)和噴嘴大小來(lai)調(diào)節(jié)(jie)3D食品(pin)質(zhì)構(gòu)特性(xing)。通過(guo)控制食品油(you)墨配方和設(shè)計(ji)模型，我們(men)可能創(chuàng)(chuang)造具有特定質(zhì)(zhi)構(gòu)的個(ge)性化(hua)食品。在此(ci)，研究(jiu)人員生產(chǎn)出孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，被叫做“仿魚(yu)"，其具有(you)黃花魚真實(shi)背部肌肉一(yi)樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別是(shi)硬度和彈性(xing)。

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