近日(ri)，上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力浙江(jiang)大學(xué)研究人員(yuan)在國(guó)際食品期(qi)刊《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表了題為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的研究(jiu)論文。

由3D打印食品(pin)技術(shù)制造(zao)的植物(wu)基仿(fang)肉越來(lái)(lai)越受歡迎。在(zai)該研究中，研究(jiu)人員使用大(da)豆分(fen)離蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(XG)和大米(mi)淀粉(RS)作(zuo)為食品油墨用(yong)于3D打(da)印仿魚(yú)；研究人(ren)員評(píng)估(gu)了不(bu)同濃度比率下(xia)SPI/XG/RS食品油墨(mo)的可打印性。通(tong)過(guò)調(diào)整打(da)印參數(shù)，研究人(ren)員成功獲得真(zhen)實(shí)魚(yú)肌纖維(wei)范圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的高(gao)打印分辨(bian)率。通過(guò)調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)幾何形狀(zhuang)，研究人員獲得(de)具有類(lèi)似(shi)真實(shí)(shi)魚(yú)肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚(yú)，這揭示(shi)了3D打印可以(yi)將仿肉(rou)調(diào)節(jié)出類(lèi)似肌(ji)纖維質(zhì)(zhi)構(gòu)的能力。研究(jiu)證實(shí)(shi)微尺度上高精(jing)度3D打印(yin)可以產(chǎn)生植物(wu)基類(lèi)似魚(yú)肉的(de)結(jié)構(gòu)，為3D打印(yin)出具有令人愉(yu)悅口感(gan)的仿(fang)肉提供了一個(gè)(ge)系統(tǒng)方(fang)法。

在該研(yan)究中，研究(jiu)人員使用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)定了真(zhen)實(shí)黃(huang)花魚(yú)和仿(fang)魚(yú)的硬(ying)度、彈(dan)性、粘(zhan)附力、咀嚼(jue)性和(he)膠粘性指(zhi)標(biāo)。使用(yong)200 μm或600 μm錐(zhui)形針3D打印的(de)不同(tong)孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀配置(zhi)直徑36mm柱形(xing)探頭對(duì)(dui)其進(jìn)行測(cè)試(shi)。樣品在85℃下蒸(zheng)制5分鐘(zhong)，然后(hou)將蒸制好(hao)的樣(yang)品放在質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試平臺(tái)上，用(yong)柱形探頭以(yi)1mm/s的速度下(xia)壓樣(yang)品30%。

仿肉和仿(fang)魚(yú)的質(zhì)構(gòu)(gou)顯著(zhu)受其結(jié)(jie)構(gòu)、力(li)學(xué)和表面(mian)性質(zhì)所決定(ding)。一些質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)可以通(tong)過(guò)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來(lái)測(cè)定(ding)，包括(kuo)硬度(du)、彈性、粘附力、咀(ju)嚼性和膠粘性(xing)。前三者(zhe)為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)，后(hou)兩者為次級(jí)全(quan)質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)變量。在(zai)該研究中，研(yan)究人(ren)員使用200 μm或600 μm噴(pen)嘴制(zhi)造的不(bu)同孔隙率打(da)印樣品(pin)，將其蒸制(zhi)，然后探究其(qi)質(zhì)構(gòu)(gou)特性，并將其(qi)與黃花(hua)魚(yú)背部肌肉(rou)對(duì)比(bi)。為了說(shuō)明打(da)印樣(yang)品與真實(shí)(shi)魚(yú)的相似，我(wo)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)平均值定義為(wei)10分。仿魚(yú)打(da)印樣品相(xiang)應(yīng)的平均值和(he)標(biāo)準(zhǔn)差根(gen)據(jù)比例(li)也被計(jì)算。

硬度(du)是阻止變形(xing)的力。在上圖(tu)a中，當(dāng)孔(kong)隙率從(cong)15.86%增加(jia)到73.50%，樣(yang)品硬度逐(zhu)漸下降。對(duì)(dui)于200 μm噴(pen)嘴打印(yin)的樣品，硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于(yu)600 μm噴嘴打印的(de)樣品，樣品硬(ying)度從(cong)3.82 ± 0.46 N下降到(dao)0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更小的孔(kong)隙率和更細(xì)的(de)細(xì)絲能夠(gou)產(chǎn)生更(geng)大的硬(ying)度。在打印期間(jian)，更小的噴嘴(zui)帶來(lái)的更(geng)大硬度導(dǎo)致食(shi)品油墨中的(de)原料更緊湊，且(qie)在質(zhì)構(gòu)(gou)分析中很難變(bian)形。因此，在相(xiang)同孔隙率(lv)下，200 μm細(xì)(xi)絲制(zhi)備的(de)樣品比(bi)600 μm細(xì)絲制備的樣(yang)品更(geng)硬?？紫堵?lv)15.86%的200μm細(xì)絲打印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接(jie)近其真實(shí)對(duì)照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形(xing)力去除后(hou)物體恢(hui)復(fù)到其未變形(xing)狀態(tài)的(de)比率被定義(yi)為彈性。在上(shang)圖b中，不(bu)管精(jing)度和孔隙率(lv)，所有打印(yin)樣品的(de)彈性大約(yue)為0.6。這說(shuō)(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈性(xing)取決于(yu)原料(liao)配方，而很少(shao)受打印參數(shù)的(de)影響。蒸制(zhi)S20 × 3R15食品油墨材料(liao)彈性媲(pi)美真實(shí)(shi)黃花魚(yú)(yu)背部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食物(wu)表面(mian)與與(yu)食物接(jie)觸的材(cai)料表面之(zhi)間的吸(xi)附力(li)，需要一個(gè)反(fan)作用力，并(bing)將其定義為(wei)粘附力。在上圖(tu)c中，不管(guan)孔隙率和打(da)印精度，所(suo)有打(da)印樣品的粘附(fu)力大約為2.5，這(zhe)可能也與材料(liao)本身有(you)關(guān)。打印樣品的(de)粘附力(li)接近真(zhen)實(shí)魚(yú)的粘附力(li)(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性(xing)被定義為(wei)咀嚼固體樣(yang)品到(dao)吞咽狀態(tài)所需(xu)的能(neng)量，它被定(ding)義為是(shi)硬度*內(nèi)聚(ju)性*彈(dan)性。在上圖d中，打(da)印樣品的(de)咀嚼性(xing)隨孔(kong)隙率和打(da)印精度變化(hua)。隨著孔隙率從15.86%變(bian)化到73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變(bian)化到(dao)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)背部(bu)肌肉的咀嚼(jue)性為185.76 ± 74.79，這與孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)咀嚼性(xing) (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性(xing)是瓦解一個(gè)(ge)半固體食品(pin)到利于吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的能(neng)量，被定義(yi)為是(shi)硬度*內(nèi)聚性(xing)。上圖e顯示(shi)了不同孔隙(xi)率和細(xì)絲對(duì)(dui)打印(yin)樣品膠粘性的(de)影響(xiang)。隨著孔隙率的(de)增加，打印樣品(pin)膠粘性發(fā)生下(xia)降。對(duì)于200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，膠粘性從(cong)436.36 ± 51.42下降到116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于600 μm細(xì)絲(si)打印樣品，膠粘(zhan)性從246.48 ± 24.74下降(jiang)到35.37 ± 8.72。黃花魚(yú)背部(bu)肌肉真(zhen)實(shí)膠粘性為(wei)321.85 ± 113.66，與孔隙率為15.86%的(de)200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)膠粘(zhan)性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研(yan)究人員通(tong)過(guò)不同的(de)孔隙率(lv)和噴嘴(zui)大小來(lái)調(diào)節(jié)(jie)3D食品(pin)質(zhì)構(gòu)特性。通(tong)過(guò)控(kong)制食品油(you)墨配(pei)方和設(shè)計(jì)(ji)模型，我們(men)可能創(chuàng)造(zao)具有(you)特定(ding)質(zhì)構(gòu)的個(gè)性(xing)化食(shi)品。在此，研究人(ren)員生產(chǎn)(chan)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品(pin)，被叫做(zuo)“仿魚(yú)(yu)"，其具有黃花(hua)魚(yú)真(zhen)實(shí)背部肌肉(rou)一樣的質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別是硬(ying)度和彈性(xing)。

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