近日，上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力浙(zhe)江大學(xué)研究人員在(zai)國際食(shi)品期(qi)刊《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(de)研究論文。

由3D打印(yin)食品技術(shù)制(zhi)造的(de)植物基仿肉(rou)越來(lai)越受(shou)歡迎。在該研究(jiu)中，研究(jiu)人員使用大豆(dou)分離蛋白(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和大米淀(dian)粉(RS)作為食品油(you)墨用于3D打印仿(fang)魚；研究人員評(píng)(ping)估了不同濃度(du)比率下SPI/XG/RS食(shi)品油墨的可(ke)打印性。通過調(diào)(diao)整打印(yin)參數(shù)(shu)，研究人員成功(gong)獲得真實(shí)(shi)魚肌纖(xian)維范(fan)圍內(nèi)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的(de)高打印分辨(bian)率。通(tong)過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)幾(ji)何形狀，研(yan)究人員獲得具(ju)有類似真實(shí)魚(yu)肉質(zhì)(zhi)構(gòu)的(de)仿魚，這揭示(shi)了3D打印可以(yi)將仿肉(rou)調(diào)節(jié)出類似肌(ji)纖維質(zhì)(zhi)構(gòu)的能力(li)。研究(jiu)證實(shí)(shi)微尺度上高(gao)精度3D打(da)印可以產(chǎn)(chan)生植物基(ji)類似魚(yu)肉的(de)結(jié)構(gòu)，為3D打印出(chu)具有令人愉(yu)悅口(kou)感的(de)仿肉提供(gong)了一個(gè)(ge)系統(tǒng)方法(fa)。

在該研究(jiu)中，研(yan)究人員使用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(ce)定了真實(shí)黃(huang)花魚和仿魚的(de)硬度、彈(dan)性、粘附(fu)力、咀嚼性(xing)和膠粘性指(zhi)標(biāo)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形針3D打(da)印的不(bu)同孔(kong)隙率(15.86%、35.64%、56.69%和(he)73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后(hou)用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)配置直徑36mm柱形(xing)探頭對(duì)其進(jìn)行(xing)測試。樣品在85℃下(xia)蒸制(zhi)5分鐘，然(ran)后將蒸制(zhi)好的樣品(pin)放在(zai)質(zhì)構(gòu)儀測試(shi)平臺(tái)上(shang)，用柱(zhu)形探(tan)頭以1mm/s的速度下(xia)壓樣品30%。

仿肉和仿(fang)魚的質(zhì)構(gòu)顯(xian)著受其結(jié)構(gòu)(gou)、力學(xué)和(he)表面(mian)性質(zhì)所(suo)決定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)可以通(tong)過全質(zhì)構(gòu)分析(xi)來測定(ding)，包括(kuo)硬度、彈性、粘附(fu)力、咀嚼(jue)性和膠粘性(xing)。前三(san)者為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)，后(hou)兩者為次級(jí)全(quan)質(zhì)構(gòu)(gou)分析變量。在(zai)該研究中(zhong)，研究(jiu)人員使用200 μm或600 μm噴嘴制(zhi)造的不同孔隙(xi)率打印樣品(pin)，將其蒸(zheng)制，然后探究(jiu)其質(zhì)構(gòu)特性，并(bing)將其與黃花(hua)魚背部肌肉對(duì)(dui)比。為(wei)了說明(ming)打印樣品與(yu)真實(shí)魚的相(xiang)似，我們將黃花(hua)魚背部肌(ji)肉每(mei)個(gè)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)(biao)的平均(jun)值定義為10分。仿(fang)魚打(da)印樣品相(xiang)應(yīng)的平均值(zhi)和標(biāo)準(zhǔn)差(cha)根據(jù)比例也被(bei)計(jì)算。

硬度是阻止變(bian)形的力。在上圖(tu)a中，當(dāng)(dang)孔隙率從15.86%增(zeng)加到73.50%，樣品硬度(du)逐漸下降。對(duì)于(yu)200 μm噴嘴打印的(de)樣品，硬(ying)度從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(biao)面更小的孔隙(xi)率和更(geng)細(xì)的細(xì)絲能(neng)夠產(chǎn)生更(geng)大的硬度(du)。在打印期間，更(geng)小的噴(pen)嘴帶來的(de)更大硬度(du)導(dǎo)致食品(pin)油墨中的原料(liao)更緊(jin)湊，且在質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)中很(hen)難變形。因此，在相同孔(kong)隙率下，200 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣(yang)品比(bi)600 μm細(xì)絲制備的(de)樣品更(geng)硬。孔隙率15.86%的200μm細(xì)絲打印樣品(pin)硬度(du)(7.11 ± 0.87 N) 非常(chang)接近其真實(shí)(shi)對(duì)照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去(qu)除后物(wu)體恢(hui)復(fù)到其(qi)未變形狀(zhuang)態(tài)的比(bi)率被定義為(wei)彈性。在上圖b中(zhong)，不管精(jing)度和(he)孔隙率，所有(you)打印樣品的(de)彈性大約(yue)為0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)(zhi)地彈(dan)性取決于原(yuan)料配方，而很少(shao)受打(da)印參數(shù)的(de)影響。蒸制S20 × 3R15食品油墨(mo)材料(liao)彈性媲美真(zhen)實(shí)黃花魚(yu)背部肌肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食物(wu)表面與與(yu)食物(wu)接觸的材料表(biao)面之間(jian)的吸附力，需(xu)要一個(gè)反作用(yong)力，并將其定(ding)義為粘附(fu)力。在上圖(tu)c中，不管孔隙(xi)率和打印精(jing)度，所有打印(yin)樣品的粘(zhan)附力(li)大約為2.5，這(zhe)可能(neng)也與材料(liao)本身有關(guān)(guan)。打印樣品的(de)粘附力接近真(zhen)實(shí)魚的粘(zhan)附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性(xing)被定義為咀嚼(jue)固體樣(yang)品到吞咽狀態(tài)(tai)所需的(de)能量，它(ta)被定義(yi)為是硬度(du)*內(nèi)聚性*彈(dan)性。在(zai)上圖d中，打印(yin)樣品的咀嚼(jue)性隨孔(kong)隙率和打(da)印精度變化。隨(sui)著孔隙率從15.86%變化(hua)到73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變化(hua)到80.26 ± 7.82；對(duì)(dui)于600 μm細(xì)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變(bian)化到23.28 ± 4.83。黃花魚真實(shí)背部肌(ji)肉的咀(ju)嚼性(xing)為185.76 ± 74.79，這與孔隙(xi)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。

膠粘性(xing)是瓦解一(yi)個(gè)半固體食(shi)品到(dao)利于吞(tun)咽狀態(tài)所需(xu)的能量(liang)，被定(ding)義為是硬(ying)度*內(nèi)聚性。上圖(tu)e顯示了(le)不同孔隙率(lv)和細(xì)絲對(duì)打(da)印樣品膠粘(zhan)性的(de)影響。隨著(zhe)孔隙率的(de)增加，打印樣(yang)品膠粘(zhan)性發(fā)生下降(jiang)。對(duì)于200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，膠粘性(xing)從436.36 ± 51.42下降到116.14 ± 9.94；然而(er)，對(duì)于(yu)600 μm細(xì)絲打印(yin)樣品，膠(jiao)粘性從246.48 ± 24.74下降到(dao)35.37 ± 8.72。黃花魚背(bei)部肌肉真實(shí)膠(jiao)粘性為(wei)321.85 ± 113.66，與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打(da)印樣品膠粘性(xing)值(436.36 ± 51.42)相似(shi)。

總之(zhi)，研究人(ren)員通過不同的(de)孔隙率(lv)和噴嘴(zui)大小來(lai)調(diào)節(jié)3D食品(pin)質(zhì)構(gòu)特性(xing)。通過控制(zhi)食品油墨配(pei)方和設(shè)計(jì)模(mo)型，我們可能創(chuàng)(chuang)造具(ju)有特(te)定質(zhì)(zhi)構(gòu)的個(gè)性(xing)化食(shi)品。在此，研究人(ren)員生產(chǎn)出(chu)孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做(zuo)“仿魚"，其具有黃(huang)花魚真實(shí)背(bei)部肌肉(rou)一樣(yang)的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性，特別是(shi)硬度和彈性。

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