技術(shù)文(wen)章
Technical articles近日,上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀助力浙(zhe)江大學(xué)(xue)研究人(ren)員在國際食品(pin)期刊《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"的研究論(lun)文。
由3D打印食(shi)品技術(shù)制造的(de)植物基仿肉越(yue)來越(yue)受歡迎。在該(gai)研究中(zhong),研究人員(yuan)使用大(da)豆分離(li)蛋白(bai)(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米淀(dian)粉(RS)作為食品(pin)油墨用(yong)于3D打印仿(fang)魚;研究人員評(ping)估了不同濃(nong)度比(bi)率下SPI/XG/RS食品油墨(mo)的可打(da)印性。通(tong)過調(diào)整打印(yin)參數(shù),研究(jiu)人員成(cheng)功獲得真實(shi)魚肌(ji)纖維范圍(wei)內(nèi)細(xì)絲(寬度97.36μm)的(de)高打印分(fen)辨率。通過(guo)調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾何形狀(zhuang),研究人員獲(huo)得具有類似(shi)真實魚肉(rou)質(zhì)構(gòu)的仿魚,這(zhe)揭示了3D打印可(ke)以將仿肉調(diào)(diao)節(jié)出類似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)的能力(li)。研究證實微尺(chi)度上高精度3D打(da)印可(ke)以產(chǎn)(chan)生植物基類似(shi)魚肉的結(jié)構(gòu),為(wei)3D打印出(chu)具有(you)令人愉悅(yue)口感的仿(fang)肉提供了一(yi)個系統(tǒng)方(fang)法。
在該(gai)研究中,研(yan)究人(ren)員使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測定了真(zhen)實黃花魚(yu)和仿(fang)魚的硬度、彈(dan)性、粘附(fu)力、咀嚼(jue)性和膠(jiao)粘性(xing)指標(biāo)。使(shi)用200 μm或(huo)600 μm錐形針3D打印的(de)不同孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和(he)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)(gou)儀配置直(zhi)徑36mm柱形探頭對(dui)其進行(xing)測試(shi)。樣品在85℃下蒸制(zhi)5分鐘,然后(hou)將蒸制好的(de)樣品放(fang)在質(zhì)構(gòu)儀(yi)測試平臺上,用(yong)柱形探(tan)頭以1mm/s的(de)速度下(xia)壓樣品30%。
仿肉(rou)和仿魚(yu)的質(zhì)構(gòu)(gou)顯著受其結(jié)構(gòu)(gou)、力學(xué)和表面(mian)性質(zhì)(zhi)所決定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)可以(yi)通過全質(zhì)構(gòu)(gou)分析來測定(ding),包括(kuo)硬度(du)、彈性、粘附力(li)、咀嚼性(xing)和膠粘(zhan)性。前三者(zhe)為初級(ji)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)(biao),后兩(liang)者為(wei)次級全(quan)質(zhì)構(gòu)(gou)分析變量。在(zai)該研究(jiu)中,研究(jiu)人員使用200 μm或600 μm噴嘴制造(zao)的不同孔隙率(lv)打印(yin)樣品,將其蒸制(zhi),然后探究其質(zhì)(zhi)構(gòu)特性,并(bing)將其(qi)與黃花魚背部(bu)肌肉對比(bi)。為了說明打(da)印樣品與真實(shi)魚的相似,我們(men)將黃花魚背部(bu)肌肉(rou)每個質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)的平(ping)均值定(ding)義為10分。仿魚(yu)打印(yin)樣品相應(yīng)的(de)平均值和標(biāo)準(zhǔn)(zhun)差根據(jù)(ju)比例也被計算(suan)。
硬度(du)是阻止變形的(de)力。在上圖a中,當(dāng)孔(kong)隙率從(cong)15.86%增加(jia)到73.50%,樣品硬(ying)度逐漸下降(jiang)。對于200 μm噴嘴打印(yin)的樣品,硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N;而對(dui)于600 μm噴(pen)嘴打印(yin)的樣品,樣(yang)品硬度從3.82 ± 0.46 N下降(jiang)到0.62 ± 0.15 N,這表(biao)面更(geng)小的孔隙率和(he)更細(xì)(xi)的細(xì)絲能(neng)夠產(chǎn)生更(geng)大的(de)硬度(du)。在打印期間(jian),更小的噴嘴帶(dai)來的更(geng)大硬度(du)導(dǎo)致(zhi)食品油墨中的(de)原料更緊湊,且(qie)在質(zhì)構(gòu)分析中(zhong)很難(nan)變形。因此,在相同孔(kong)隙率下,200 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣品比(bi)600 μm細(xì)絲制(zhi)備的樣(yang)品更硬。孔隙(xi)率15.86%的200μm細(xì)絲打(da)印樣品硬度(du)(7.11 ± 0.87 N) 非常接近(jin)其真(zhen)實對(dui)照物(7.04 ± 1.77 N)。
當(dāng)變形力(li)去除后物體恢(hui)復(fù)到其未變形(xing)狀態(tài)的比(bi)率被定義為(wei)彈性。在上圖(tu)b中,不管(guan)精度和孔隙(xi)率,所有打印樣(yang)品的彈性大約(yue)為0.6。這說明SPI/XG/RS質(zhì)地(di)彈性取決于(yu)原料配(pei)方,而很(hen)少受打印參(can)數(shù)的(de)影響。蒸制S20 × 3R15食(shi)品油(you)墨材料(liao)彈性媲美真實(shi)黃花魚背部(bu)肌肉(rou)彈性(0.58 ± 0.09)。
為了克(ke)服食物表面與(yu)與食物(wu)接觸的材(cai)料表面之間的(de)吸附力,需(xu)要一個反(fan)作用力,并將(jiang)其定義為粘(zhan)附力。在上(shang)圖c中,不管孔隙(xi)率和打印精度(du),所有打(da)印樣品的粘附(fu)力大約(yue)為2.5,這可能(neng)也與材(cai)料本(ben)身有(you)關(guān)。打印樣品的粘(zhan)附力(li)接近真實(shi)魚的粘附力(li)(2.21 ± 0.93)。
咀嚼性被定義(yi)為咀嚼固體(ti)樣品到吞咽(yan)狀態(tài)(tai)所需的(de)能量(liang),它被(bei)定義(yi)為是硬度*內(nèi)(nei)聚性*彈性。在上(shang)圖d中,打(da)印樣(yang)品的咀(ju)嚼性隨孔(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%,對于200 μm細(xì)絲,咀嚼(jue)性從248.72 ± 38.18變化到(dao)80.26 ± 7.82;對于600 μm細(xì)絲,咀嚼性(xing)從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚真實背部肌(ji)肉的咀嚼性為(wei)185.76 ± 74.79,這與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。
膠粘性是瓦解(jie)一個半(ban)固體食品到(dao)利于吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的(de)能量,被定義為(wei)是硬度*內(nèi)聚性(xing)。上圖e顯示了(le)不同(tong)孔隙率(lv)和細(xì)絲對打印(yin)樣品膠粘性的(de)影響。隨著孔隙(xi)率的增加,打(da)印樣(yang)品膠粘性發(fā)(fa)生下降。對于(yu)200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品(pin),膠粘性從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94;然而,對于600 μm細(xì)絲打(da)印樣(yang)品,膠粘性從(cong)246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚背部(bu)肌肉真(zhen)實膠粘性為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(436.36 ± 51.42)相似。
總之,研(yan)究人員(yuan)通過不同的孔(kong)隙率和(he)噴嘴大小來調(diào)(diao)節(jié)3D食品質(zhì)(zhi)構(gòu)特性(xing)。通過控制食品(pin)油墨(mo)配方(fang)和設(shè)(she)計模(mo)型,我們(men)可能創(chuàng)造具(ju)有特定質(zhì)構(gòu)(gou)的個性化食(shi)品。在此,研究(jiu)人員(yuan)生產(chǎn)出(chu)孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品,被叫(jiao)做“仿魚",其具(ju)有黃花魚(yu)真實(shi)背部肌肉(rou)一樣的質(zhì)構(gòu)特(te)性,特別(bie)是硬(ying)度和彈性。
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Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink