近日，上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助(zhu)力浙江(jiang)大學(xué)(xue)研究人(ren)員在(zai)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"的研究論文(wen)。

由3D打印食品技(ji)術(shù)制造(zao)的植物(wu)基仿肉越來(lai)越受歡(huan)迎。在(zai)該研究中(zhong)，研究人員使用(yong)大豆分(fen)離蛋白(bai)(SPI)、黃原膠(XG)和大(da)米淀粉(RS)作為食(shi)品油墨用于3D打(da)印仿魚；研究(jiu)人員評(ping)估了不(bu)同濃度比率下(xia)SPI/XG/RS食品油(you)墨的可打(da)印性。通過調(diào)(diao)整打印參數(shù)(shu)，研究(jiu)人員成(cheng)功獲得真實(shí)魚(yu)肌纖維(wei)范圍內(nèi)細(xì)(xi)絲(寬度97.36μm)的高(gao)打印分(fen)辨率。通(tong)過調(diào)節(jié)(jie)結(jié)構(gòu)幾(ji)何形狀，研究人(ren)員獲得(de)具有(you)類似真實(shí)魚(yu)肉質(zhì)構(gòu)的仿魚(yu)，這揭(jie)示了3D打印可以(yi)將仿肉調(diào)節(jié)出(chu)類似肌(ji)纖維質(zhì)構(gòu)的(de)能力。研究證實(shí)(shi)微尺度上高(gao)精度3D打印可(ke)以產(chǎn)生植物基(ji)類似魚肉的結(jié)(jie)構(gòu)，為3D打印出具(ju)有令(ling)人愉悅(yue)口感的(de)仿肉提供了一(yi)個(gè)系統(tǒng)方法。

在該研究(jiu)中，研究人員使(shi)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測定(ding)了真實(shí)黃(huang)花魚(yu)和仿魚的(de)硬度、彈性、粘(zhan)附力(li)、咀嚼性和(he)膠粘性指標(biāo)(biao)。使用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(he)73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(gou)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)配置直(zhi)徑36mm柱形探頭對(dui)其進(jìn)(jin)行測試。樣品在(zai)85℃下蒸制5分(fen)鐘，然后將蒸(zheng)制好的(de)樣品放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(ce)試平臺(tai)上，用柱形(xing)探頭以1mm/s的速度(du)下壓樣(yang)品30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)顯著受其(qi)結(jié)構(gòu)、力(li)學(xué)和表面性質(zhì)(zhi)所決定(ding)。一些(xie)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)可以(yi)通過全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來測(ce)定，包括硬度、彈(dan)性、粘附力(li)、咀嚼性和(he)膠粘性。前三(san)者為初級(ji)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)，后兩者為次(ci)級全(quan)質(zhì)構(gòu)分(fen)析變(bian)量。在該(gai)研究(jiu)中，研究人員使(shi)用200 μm或600 μm噴嘴制(zhi)造的不同(tong)孔隙率打(da)印樣品，將其蒸(zheng)制，然后(hou)探究其質(zhì)構(gòu)特(te)性，并將其與(yu)黃花魚背部肌(ji)肉對比。為(wei)了說明打印樣(yang)品與(yu)真實(shí)魚的相似(shi)，我們將(jiang)黃花魚背部(bu)肌肉每(mei)個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)的平均(jun)值定義為10分。仿(fang)魚打印樣品相(xiang)應(yīng)的平均(jun)值和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差根(gen)據(jù)比例也被(bei)計(jì)算(suan)。

硬度(du)是阻(zu)止變(bian)形的力(li)。在上圖(tu)a中，當(dāng)孔隙(xi)率從15.86%增加(jia)到73.50%，樣品(pin)硬度(du)逐漸下降。對于(yu)200 μm噴嘴打印的(de)樣品，硬度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對于(yu)600 μm噴嘴打印的樣(yang)品，樣品(pin)硬度從3.82 ± 0.46 N下降(jiang)到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面更(geng)小的孔隙(xi)率和更細(xì)(xi)的細(xì)絲能夠產(chǎn)(chan)生更大的硬(ying)度。在打印(yin)期間，更小的(de)噴嘴帶來的(de)更大硬度(du)導(dǎo)致食品油墨(mo)中的原料更緊(jin)湊，且在(zai)質(zhì)構(gòu)(gou)分析中很難(nan)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600 μm細(xì)(xi)絲制備(bei)的樣品更(geng)硬。孔隙(xi)率15.86%的200μm細(xì)絲打印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接近其真實(shí)(shi)對照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形(xing)力去(qu)除后物(wu)體恢(hui)復(fù)到其未變形(xing)狀態(tài)的比率被(bei)定義為(wei)彈性。在上圖b中(zhong)，不管精度(du)和孔隙率(lv)，所有打印(yin)樣品的(de)彈性(xing)大約為0.6。這(zhe)說明SPI/XG/RS質(zhì)地彈(dan)性取(qu)決于(yu)原料(liao)配方，而很(hen)少受打印參數(shù)(shu)的影響。蒸制S20 × 3R15食品油(you)墨材(cai)料彈性媲美真(zhen)實(shí)黃花魚背(bei)部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食物(wu)表面與與(yu)食物接(jie)觸的材料(liao)表面(mian)之間的(de)吸附力(li)，需要一個(gè)反作(zuo)用力(li)，并將其定義(yi)為粘附(fu)力。在(zai)上圖(tu)c中，不(bu)管孔隙率和打(da)印精(jing)度，所有打印樣(yang)品的(de)粘附力大約(yue)為2.5，這可能也與(yu)材料本身(shen)有關(guān)。打印樣(yang)品的(de)粘附力接近(jin)真實(shí)魚(yu)的粘(zhan)附力(li)(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性(xing)被定義(yi)為咀(ju)嚼固體(ti)樣品到(dao)吞咽狀(zhuang)態(tài)所(suo)需的(de)能量，它被(bei)定義為(wei)是硬度*內(nèi)(nei)聚性*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(jing)度變化(hua)。隨著孔隙率從(cong)15.86%變化到(dao)73.50%，對于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從(cong)248.72 ± 38.18變化到80.26 ± 7.82；對于(yu)600 μm細(xì)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚真實(shí)背(bei)部肌肉的咀(ju)嚼性為(wei)185.76 ± 74.79，這與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是(shi)瓦解一(yi)個(gè)半固體食(shi)品到利(li)于吞(tun)咽狀態(tài)所需(xu)的能量，被定義(yi)為是硬度*內(nèi)聚(ju)性。上圖(tu)e顯示了(le)不同孔隙率(lv)和細(xì)(xi)絲對打印樣(yang)品膠粘(zhan)性的影響。隨(sui)著孔(kong)隙率的(de)增加，打印(yin)樣品膠粘性(xing)發(fā)生(sheng)下降(jiang)。對于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；然而(er)，對于600 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠(jiao)粘性從246.48 ± 24.74下降到(dao)35.37 ± 8.72。黃花魚(yu)背部肌肉(rou)真實(shí)膠粘性為(wei)321.85 ± 113.66，與孔(kong)隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)(xi)絲打印樣品膠(jiao)粘性(xing)值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人員(yuan)通過不(bu)同的孔隙率和(he)噴嘴大小來(lai)調(diào)節(jié)3D食(shi)品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過控制(zhi)食品油(you)墨配方和(he)設(shè)計(jì)(ji)模型，我們可能(neng)創(chuàng)造具有特(te)定質(zhì)構(gòu)的個(gè)(ge)性化(hua)食品。在此(ci)，研究人(ren)員生產(chǎn)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，被叫做“仿魚(yu)"，其具有黃花(hua)魚真實(shí)背部肌(ji)肉一樣的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別(bie)是硬度和彈性(xing)。

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