近日，上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀助力(li)浙江(jiang)大學(xué)研(yan)究人員在國(guo)際食品期刊《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(jiu)論文。

由3D打印(yin)食品技術(shù)(shu)制造(zao)的植物(wu)基仿肉(rou)越來越受歡迎(ying)。在該研究中(zhong)，研究人員使(shi)用大豆分離蛋(dan)白(SPI)、黃原膠(jiao)(XG)和大米淀粉(RS)作(zuo)為食品(pin)油墨用于3D打印(yin)仿魚；研究人員(yuan)評(píng)估了不同濃(nong)度比(bi)率下(xia)SPI/XG/RS食品油墨的可(ke)打印(yin)性。通(tong)過調(diào)整打(da)印參(can)數(shù)，研究人員成(cheng)功獲得(de)真實(shí)魚(yu)肌纖維范(fan)圍內(nèi)細(xì)絲(寬度(du)97.36μm)的高(gao)打印分辨(bian)率。通過調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾何形狀，研(yan)究人員獲得(de)具有類(lei)似真實(shí)魚肉質(zhì)(zhi)構(gòu)的仿魚(yu)，這揭示了3D打(da)印可以將(jiang)仿肉調(diào)節(jié)(jie)出類似(shi)肌纖維質(zhì)構(gòu)的(de)能力。研(yan)究證實(shí)(shi)微尺度上高精(jing)度3D打印可以(yi)產(chǎn)生植(zhi)物基類似(shi)魚肉的結(jié)構(gòu)，為(wei)3D打印出具有令(ling)人愉悅口(kou)感的仿肉(rou)提供了一個(gè)(ge)系統(tǒng)方法(fa)。

在該研究中(zhong)，研究人(ren)員使(shi)用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測定了真(zhen)實(shí)黃花魚和仿(fang)魚的硬度、彈(dan)性、粘附(fu)力、咀(ju)嚼性和膠粘性(xing)指標(biāo)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形針3D打(da)印的不同孔(kong)隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架(jia)結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀配置(zhi)直徑36mm柱形探頭(tou)對(duì)其進(jìn)(jin)行測試。樣品在(zai)85℃下蒸(zheng)制5分鐘，然后將(jiang)蒸制好的樣品(pin)放在質(zhì)構(gòu)儀測(ce)試平臺(tái)(tai)上，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(qi)結(jié)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)(biao)可以通過(guo)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來測定(ding)，包括硬度、彈性(xing)、粘附力(li)、咀嚼性和膠(jiao)粘性。前三(san)者為初級(jí)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)，后兩者(zhe)為次級(jí)全質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)變量(liang)。在該研(yan)究中，研究人員(yuan)使用200 μm或600 μm噴嘴制(zhi)造的不同孔(kong)隙率打(da)印樣(yang)品，將其蒸制，然(ran)后探(tan)究其質(zhì)構(gòu)特性(xing)，并將其(qi)與黃花(hua)魚背(bei)部肌(ji)肉對(duì)比。為(wei)了說明(ming)打印(yin)樣品與真實(shí)魚(yu)的相似，我們(men)將黃花魚(yu)背部(bu)肌肉每(mei)個(gè)質(zhì)(zhi)構(gòu)指(zhi)標(biāo)的(de)平均值定義(yi)為10分。仿魚打印(yin)樣品相應(yīng)(ying)的平(ping)均值(zhi)和標(biāo)準(zhǔn)差根(gen)據(jù)比例(li)也被(bei)計(jì)算。

硬度是(shi)阻止變形的(de)力。在上圖a中，當(dāng)孔(kong)隙率從15.86%增(zeng)加到(dao)73.50%，樣品硬度逐漸(jian)下降。對(duì)于200 μm噴嘴(zui)打印的樣品，硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)(dui)于600 μm噴嘴(zui)打印的樣(yang)品，樣(yang)品硬度從(cong)3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面更小的(de)孔隙率(lv)和更細(xì)的(de)細(xì)絲能(neng)夠產(chǎn)(chan)生更大(da)的硬度。在(zai)打印期(qi)間，更小的(de)噴嘴帶(dai)來的(de)更大硬(ying)度導(dǎo)(dao)致食(shi)品油墨中(zhong)的原料(liao)更緊湊，且在(zai)質(zhì)構(gòu)分析中(zhong)很難變形。因此，在相同孔(kong)隙率下(xia)，200 μm細(xì)絲制備的(de)樣品比(bi)600 μm細(xì)絲制備(bei)的樣品更(geng)硬。孔隙率(lv)15.86%的200μm細(xì)絲打印樣(yang)品硬(ying)度(7.11 ± 0.87 N) 非常(chang)接近其真實(shí)對(duì)(dui)照物(wu)(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力(li)去除后(hou)物體恢(hui)復(fù)到其未(wei)變形狀態(tài)(tai)的比率被定(ding)義為彈性。在上(shang)圖b中，不管精(jing)度和孔隙(xi)率，所有打印(yin)樣品的彈性大(da)約為0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈性(xing)取決于原料(liao)配方，而很少受(shou)打印參數(shù)的(de)影響。蒸制(zhi)S20 × 3R15食品油墨(mo)材料彈(dan)性媲(pi)美真(zhen)實(shí)黃花魚背(bei)部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克(ke)服食物表面與(yu)與食(shi)物接觸(chu)的材(cai)料表面(mian)之間的(de)吸附力，需要一(yi)個(gè)反作用力(li)，并將(jiang)其定義為(wei)粘附(fu)力。在上圖c中(zhong)，不管孔隙率(lv)和打印精度(du)，所有打(da)印樣(yang)品的粘(zhan)附力(li)大約(yue)為2.5，這(zhe)可能也與(yu)材料本身有關(guān)(guan)。打印樣品(pin)的粘附(fu)力接近真實(shí)魚(yu)的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定(ding)義為咀嚼固(gu)體樣品到吞咽(yan)狀態(tài)所(suo)需的能量(liang)，它被定義為(wei)是硬度*內(nèi)聚(ju)性*彈性。在(zai)上圖(tu)d中，打印樣品的(de)咀嚼性隨孔隙(xi)率和打印精度(du)變化。隨著孔(kong)隙率從15.86%變(bian)化到(dao)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)于600 μm細(xì)絲(si)，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變(bian)化到(dao)23.28 ± 4.83。黃花魚真(zhen)實(shí)背(bei)部肌肉的咀(ju)嚼性為185.76 ± 74.79，這與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣品咀(ju)嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是瓦解(jie)一個(gè)半固體食(shi)品到利于吞咽(yan)狀態(tài)所需(xu)的能量，被(bei)定義(yi)為是硬(ying)度*內(nèi)(nei)聚性。上(shang)圖e顯(xian)示了不同孔隙(xi)率和細(xì)(xi)絲對(duì)(dui)打印樣品膠粘(zhan)性的影(ying)響。隨著孔隙(xi)率的(de)增加(jia)，打印樣(yang)品膠粘性發(fā)(fa)生下降。對(duì)于200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)，膠粘性(xing)從436.36 ± 51.42下降到116.14 ± 9.94；然(ran)而，對(duì)于600 μm細(xì)(xi)絲打印(yin)樣品，膠粘(zhan)性從(cong)246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃(huang)花魚背部肌(ji)肉真實(shí)(shi)膠粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印樣(yang)品膠粘(zhan)性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研(yan)究人員通過(guo)不同(tong)的孔(kong)隙率和噴(pen)嘴大小來調(diào)(diao)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過控(kong)制食品油墨配(pei)方和設(shè)計(jì)模型(xing)，我們可(ke)能創(chuàng)造具有特(te)定質(zhì)構(gòu)的個(gè)(ge)性化(hua)食品。在(zai)此，研(yan)究人(ren)員生產(chǎn)出孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做“仿魚"，其(qi)具有黃花魚(yu)真實(shí)(shi)背部肌肉(rou)一樣(yang)的質(zhì)構(gòu)特(te)性，特別是硬度(du)和彈(dan)性。

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