近日，上(shang)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)食品期刊(kan)《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(da)印食(shi)品技術(shù)(shu)制造(zao)的植物基仿(fang)肉越來(lai)越受歡迎(ying)。在該研究中，研(yan)究人員使(shi)用大(da)豆分離蛋白(bai)(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和大米淀粉(fen)(RS)作為食(shi)品油墨(mo)用于(yu)3D打印仿(fang)魚；研(yan)究人員評(píng)(ping)估了不同(tong)濃度比率下SPI/XG/RS食(shi)品油墨(mo)的可(ke)打印(yin)性。通過(guo)調(diào)整打印參(can)數(shù)，研究人員成(cheng)功獲得(de)真實(shí)魚(yu)肌纖維范圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的(de)高打印(yin)分辨率(lv)。通過(guo)調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾何形狀(zhuang)，研究(jiu)人員獲得(de)具有(you)類似真(zhen)實(shí)魚肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚(yu)，這揭示了3D打(da)印可以(yi)將仿(fang)肉調(diào)節(jié)(jie)出類似肌纖維(wei)質(zhì)構(gòu)的能力。研(yan)究證實(shí)微尺(chi)度上高精(jing)度3D打印(yin)可以(yi)產(chǎn)生植物基(ji)類似魚肉的結(jié)(jie)構(gòu)，為3D打印出(chu)具有令人(ren)愉悅口感的(de)仿肉提(ti)供了一個(gè)系(xi)統(tǒng)方法(fa)。

在該(gai)研究中(zhong)，研究(jiu)人員使(shi)用上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)定了(le)真實(shí)黃(huang)花魚和仿(fang)魚的硬(ying)度、彈性、粘附力(li)、咀嚼性(xing)和膠粘性(xing)指標(biāo)。使用200 μm或600 μm錐(zhui)形針3D打印(yin)的不同孔隙(xi)率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架結(jié)(jie)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀配(pei)置直徑36mm柱形(xing)探頭對(duì)其進(jìn)行(xing)測(cè)試。樣品在(zai)85℃下蒸制(zhi)5分鐘(zhong)，然后將蒸制好(hao)的樣品放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)測(cè)試平臺(tái)上，用(yong)柱形(xing)探頭以1mm/s的速度(du)下壓樣品(pin)30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)顯著受其(qi)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)(gou)指標(biāo)(biao)可以通(tong)過全質(zhì)構(gòu)(gou)分析來測(cè)定，包(bao)括硬(ying)度、彈性、粘附力(li)、咀嚼(jue)性和膠粘性。前(qian)三者為初級(jí)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)，后兩(liang)者為次級(jí)(ji)全質(zhì)構(gòu)分析(xi)變量。在該研(yan)究中，研究(jiu)人員使用200 μm或600 μm噴嘴制(zhi)造的不同(tong)孔隙率打印(yin)樣品，將其(qi)蒸制，然后探(tan)究其(qi)質(zhì)構(gòu)(gou)特性，并將(jiang)其與黃花(hua)魚背部肌肉(rou)對(duì)比(bi)。為了說(shuo)明打(da)印樣品(pin)與真實(shí)魚(yu)的相似(shi)，我們將黃(huang)花魚背部肌(ji)肉每個(gè)(ge)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)的平均(jun)值定(ding)義為10分。仿魚打(da)印樣(yang)品相(xiang)應(yīng)的平(ping)均值(zhi)和標(biāo)準(zhǔn)(zhun)差根據(jù)比例(li)也被計(jì)(ji)算。

硬度是(shi)阻止變形的(de)力。在上圖a中(zhong)，當(dāng)孔隙(xi)率從15.86%增(zeng)加到73.50%，樣品硬度(du)逐漸下降。對(duì)于(yu)200 μm噴嘴打印(yin)的樣品，硬(ying)度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于(yu)600 μm噴嘴打印的(de)樣品，樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降到(dao)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)絲能夠(gou)產(chǎn)生更大的(de)硬度。在打印(yin)期間，更小的(de)噴嘴帶(dai)來的更大(da)硬度導(dǎo)(dao)致食品(pin)油墨中(zhong)的原料更緊湊(cou)，且在質(zhì)構(gòu)(gou)分析中很難(nan)變形。因此，在相(xiang)同孔隙率(lv)下，200 μm細(xì)絲制備(bei)的樣品比600 μm細(xì)絲(si)制備的樣(yang)品更硬?？紫?xi)率15.86%的200μm細(xì)絲打印樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接近其真實(shí)(shi)對(duì)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去除(chu)后物體恢復(fù)(fu)到其未(wei)變形狀(zhuang)態(tài)的比(bi)率被定義為彈(dan)性。在(zai)上圖b中，不(bu)管精度(du)和孔隙率(lv)，所有打印樣(yang)品的彈性大(da)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，而很少受打(da)印參數(shù)的影(ying)響。蒸制S20 × 3R15食品(pin)油墨材料彈性(xing)媲美真(zhen)實(shí)黃花魚背部(bu)肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食(shi)物表面與與(yu)食物接觸的(de)材料表面之(zhi)間的吸附力(li)，需要一個(gè)(ge)反作用力，并將(jiang)其定(ding)義為粘附力(li)。在上圖c中(zhong)，不管孔隙率(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(ke)能也與材料本(ben)身有關(guān)。打印樣(yang)品的粘附力(li)接近真實(shí)魚(yu)的粘附(fu)力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼(jue)性被定義為咀(ju)嚼固體樣品(pin)到吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的能(neng)量，它被定(ding)義為是硬度(du)*內(nèi)聚性*彈(dan)性。在上(shang)圖d中，打印(yin)樣品的咀嚼(jue)性隨孔隙率(lv)和打印精(jing)度變化。隨著孔(kong)隙率從(cong)15.86%變化到73.50%，對(duì)(dui)于200 μm細(xì)絲，咀嚼(jue)性從(cong)248.72 ± 38.18變化到80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)(xi)絲，咀嚼性(xing)從154.28 ± 21.33 變(bian)化到23.28 ± 4.83。黃(huang)花魚真實(shí)背(bei)部肌(ji)肉的咀嚼性為(wei)185.76 ± 74.79，這與(yu)孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品咀(ju)嚼性(xing) (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性(xing)是瓦(wa)解一(yi)個(gè)半固體食(shi)品到利于吞咽(yan)狀態(tài)(tai)所需的能量(liang)，被定義(yi)為是硬度*內(nèi)(nei)聚性(xing)。上圖e顯示了不(bu)同孔(kong)隙率和細(xì)絲對(duì)(dui)打印樣(yang)品膠粘性的(de)影響。隨著(zhe)孔隙率(lv)的增加，打印(yin)樣品膠粘(zhan)性發(fā)生(sheng)下降。對(duì)于200 μm細(xì)絲(si)打印樣(yang)品，膠粘性從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于(yu)600 μm細(xì)絲打印樣品(pin)，膠粘性從246.48 ± 24.74下降(jiang)到35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚背部肌(ji)肉真(zhen)實(shí)膠(jiao)粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為(wei)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。

總之，研究(jiu)人員通過(guo)不同的孔隙率(lv)和噴嘴大小(xiao)來調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。通過(guo)控制食品油墨(mo)配方(fang)和設(shè)計(jì)(ji)模型(xing)，我們可(ke)能創(chuàng)造具有特(te)定質(zhì)構(gòu)(gou)的個(gè)性化(hua)食品。在此，研究(jiu)人員生(sheng)產(chǎn)出孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，被叫(jiao)做“仿魚"，其具有(you)黃花魚(yu)真實(shí)背部肌肉(rou)一樣的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性，特別是(shi)硬度(du)和彈性。

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