近日，上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)助力浙江(jiang)大學(xué)研(yan)究人員(yuan)在國(guo)際食品(pin)期刊(kan)《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(yan)究論文。

由3D打印食(shi)品技術(shù)制造(zao)的植物基(ji)仿肉(rou)越來越受(shou)歡迎(ying)。在該研究中，研(yan)究人員使(shi)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(ping)估了不(bu)同濃(nong)度比率下SPI/XG/RS食品(pin)油墨的可打(da)印性。通過(guo)調(diào)整(zheng)打印參(can)數(shù)，研(yan)究人員成功獲(huo)得真實(shí)(shi)魚肌(ji)纖維范(fan)圍內(nèi)細(xì)絲(寬度(du)97.36μm)的高打印(yin)分辨率。通(tong)過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(gou)幾何形狀，研(yan)究人員(yuan)獲得(de)具有類似真(zhen)實(shí)魚肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚，這揭(jie)示了3D打印可以(yi)將仿肉調(diào)節(jié)(jie)出類似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)的能力(li)。研究證實(shí)微尺(chi)度上高(gao)精度3D打(da)印可以產(chǎn)(chan)生植物基(ji)類似魚肉的(de)結(jié)構(gòu)，為(wei)3D打印出具(ju)有令人(ren)愉悅口感的仿(fang)肉提供了一個(gè)(ge)系統(tǒng)(tong)方法。

在該(gai)研究中，研究人(ren)員使用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀測定了真實(shí)(shi)黃花魚和(he)仿魚的硬(ying)度、彈性(xing)、粘附力(li)、咀嚼(jue)性和(he)膠粘性指標(biāo)(biao)。使用200 μm或600 μm錐形(xing)針3D打印的不(bu)同孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)構(gòu)(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)行測試(shi)。樣品在85℃下蒸(zheng)制5分鐘，然后(hou)將蒸制好(hao)的樣品放(fang)在質(zhì)構(gòu)儀測試(shi)平臺上，用柱(zhu)形探(tan)頭以(yi)1mm/s的速度(du)下壓樣品30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)顯(xian)著受(shou)其結(jié)(jie)構(gòu)、力學(xué)(xue)和表面性(xing)質(zhì)所(suo)決定(ding)。一些質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)可以通(tong)過全(quan)質(zhì)構(gòu)(gou)分析來測定，包(bao)括硬度、彈性(xing)、粘附力、咀嚼(jue)性和膠(jiao)粘性(xing)。前三者(zhe)為初級質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)，后(hou)兩者為(wei)次級(ji)全質(zhì)構(gòu)分析(xi)變量。在該(gai)研究中，研究人(ren)員使用200 μm或600 μm噴嘴制(zhi)造的不同(tong)孔隙(xi)率打印樣品，將(jiang)其蒸制，然后(hou)探究其質(zhì)構(gòu)(gou)特性，并將其與(yu)黃花魚(yu)背部肌肉(rou)對比。為(wei)了說明(ming)打印(yin)樣品(pin)與真實(shí)魚的(de)相似，我(wo)們將黃(huang)花魚(yu)背部肌肉每(mei)個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)的平均值定(ding)義為(wei)10分。仿魚(yu)打印樣品(pin)相應(yīng)的平(ping)均值(zhi)和標(biāo)準(zhǔn)差根(gen)據(jù)比(bi)例也被計(jì)算。

硬度(du)是阻止變(bian)形的力。在上圖a中(zhong)，當(dāng)孔隙率從(cong)15.86%增加到73.50%，樣品(pin)硬度逐漸下降(jiang)。對于200 μm噴嘴打印(yin)的樣(yang)品，硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對(dui)于600 μm噴(pen)嘴打(da)印的(de)樣品，樣品硬(ying)度從(cong)3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更小的孔隙(xi)率和(he)更細(xì)(xi)的細(xì)(xi)絲能夠產(chǎn)(chan)生更(geng)大的硬度。在打(da)印期間，更小的(de)噴嘴帶來的(de)更大硬度導(dǎo)致(zhi)食品油墨(mo)中的(de)原料更(geng)緊湊，且(qie)在質(zhì)(zhi)構(gòu)分析中(zhong)很難變形。因此，在相同(tong)孔隙率下，200 μm細(xì)(xi)絲制備的(de)樣品比(bi)600 μm細(xì)絲(si)制備的樣(yang)品更硬。孔隙率(lv)15.86%的200μm細(xì)絲打印樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接近(jin)其真實(shí)對照物(wu)(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去(qu)除后(hou)物體恢復(fù)到其(qi)未變形狀態(tài)(tai)的比率被定(ding)義為彈性。在上(shang)圖b中，不(bu)管精度和(he)孔隙率，所(suo)有打(da)印樣品的彈(dan)性大約為0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈性取(qu)決于原料配方(fang)，而很少受打(da)印參數(shù)的影(ying)響。蒸制S20 × 3R15食品油墨(mo)材料彈(dan)性媲美真實(shí)黃(huang)花魚(yu)背部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食(shi)物表面(mian)與與(yu)食物接觸(chu)的材(cai)料表面(mian)之間(jian)的吸(xi)附力，需要一(yi)個(gè)反作用力，并(bing)將其定義為粘(zhan)附力。在(zai)上圖c中(zhong)，不管孔隙率和(he)打印精度，所有(you)打印樣品的粘(zhan)附力大約為(wei)2.5，這可能也與(yu)材料本(ben)身有關(guān)。打印樣品的(de)粘附力接(jie)近真(zhen)實(shí)魚的(de)粘附(fu)力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義為咀(ju)嚼固體樣品(pin)到吞咽狀態(tài)(tai)所需的能量，它(ta)被定義為是硬(ying)度*內(nèi)聚性(xing)*彈性(xing)。在上圖d中(zhong)，打印樣品的咀(ju)嚼性隨孔隙率(lv)和打印精度變(bian)化。隨著孔隙率(lv)從15.86%變(bian)化到73.50%，對(dui)于200 μm細(xì)絲(si)，咀嚼(jue)性從(cong)248.72 ± 38.18變化到(dao)80.26 ± 7.82；對于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)肉的咀嚼性為(wei)185.76 ± 74.79，這與孔隙率為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(xing)是瓦(wa)解一(yi)個(gè)半固體食(shi)品到利(li)于吞咽狀態(tài)(tai)所需(xu)的能量(liang)，被定義(yi)為是硬度*內(nèi)(nei)聚性。上(shang)圖e顯示了不同(tong)孔隙率和細(xì)(xi)絲對打印樣(yang)品膠粘性的(de)影響。隨(sui)著孔隙(xi)率的增加，打(da)印樣(yang)品膠粘性(xing)發(fā)生下降。對于(yu)200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)，膠粘性從(cong)436.36 ± 51.42下降到116.14 ± 9.94；然而，對于600 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚背(bei)部肌肉真(zhen)實(shí)膠粘(zhan)性為(wei)321.85 ± 113.66，與孔(kong)隙率為15.86%的(de)200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品膠粘(zhan)性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究(jiu)人員通過(guo)不同的孔(kong)隙率(lv)和噴嘴(zui)大小來調(diào)(diao)節(jié)3D食品質(zhì)(zhi)構(gòu)特性。通(tong)過控(kong)制食品(pin)油墨配方(fang)和設(shè)(she)計(jì)模型，我們可(ke)能創(chuàng)造(zao)具有特(te)定質(zhì)構(gòu)的個(gè)(ge)性化食(shi)品。在此，研究(jiu)人員生(sheng)產(chǎn)出(chu)孔隙率(lv)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(yu)真實(shí)背部(bu)肌肉一樣的質(zhì)(zhi)構(gòu)特性(xing)，特別是硬度(du)和彈性。

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