近日，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)助力(li)浙江大(da)學(xué)研究人員在國(guó)際(ji)食品期刊(kan)《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表(biao)了題為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的研(yan)究論文(wen)。

由3D打印食品技(ji)術(shù)制(zhi)造的(de)植物基仿肉越(yue)來(lái)越(yue)受歡迎。在該研(yan)究中，研究(jiu)人員(yuan)使用大(da)豆分離蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(XG)和大(da)米淀粉(RS)作為食(shi)品油墨用于(yu)3D打印仿(fang)魚(yú)；研(yan)究人(ren)員評(píng)(ping)估了不同濃(nong)度比率下(xia)SPI/XG/RS食品油墨的可(ke)打印性。通過(guò)調(diào)(diao)整打印參數(shù)(shu)，研究人員成(cheng)功獲得真實(shí)魚(yú)(yu)肌纖維(wei)范圍內(nèi)(nei)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的高打印(yin)分辨率。通過(guò)(guo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)幾(ji)何形狀，研(yan)究人(ren)員獲得具有(you)類(lèi)似真實(shí)(shi)魚(yú)肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚(yú)，這(zhe)揭示了3D打印可(ke)以將仿(fang)肉調(diào)節(jié)(jie)出類(lèi)似肌(ji)纖維質(zhì)構(gòu)(gou)的能力。研究證(zheng)實(shí)微尺(chi)度上高精(jing)度3D打印可以產(chǎn)(chan)生植物基(ji)類(lèi)似魚(yú)肉(rou)的結(jié)構(gòu)，為3D打印(yin)出具有令(ling)人愉悅口感的(de)仿肉提供了(le)一個(gè)系(xi)統(tǒng)方(fang)法。

在該研(yan)究中，研究(jiu)人員使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)定(ding)了真實(shí)黃花魚(yú)(yu)和仿(fang)魚(yú)的(de)硬度、彈性、粘(zhan)附力、咀(ju)嚼性和(he)膠粘(zhan)性指標(biāo)。使(shi)用200 μm或600 μm錐形針(zhen)3D打印(yin)的不(bu)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)，然后用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀配置直徑(jing)36mm柱形(xing)探頭對(duì)其(qi)進(jìn)行測(cè)試。樣(yang)品在85℃下蒸(zheng)制5分鐘，然(ran)后將蒸(zheng)制好的樣(yang)品放在(zai)質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試平(ping)臺(tái)上，用(yong)柱形(xing)探頭(tou)以1mm/s的速度(du)下壓樣品(pin)30%。

仿肉和仿魚(yú)(yu)的質(zhì)構(gòu)顯(xian)著受(shou)其結(jié)構(gòu)、力(li)學(xué)和表(biao)面性質(zhì)(zhi)所決定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)可以(yi)通過(guò)全質(zhì)構(gòu)分(fen)析來(lái)測(cè)定，包(bao)括硬度、彈性(xing)、粘附力、咀嚼性(xing)和膠粘性。前三(san)者為初級(jí)(ji)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biāo)，后兩者(zhe)為次(ci)級(jí)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析(xi)變量。在該研究(jiu)中，研究人員使(shi)用200 μm或600 μm噴嘴制造(zao)的不同孔(kong)隙率打印樣(yang)品，將其蒸制(zhi)，然后(hou)探究其(qi)質(zhì)構(gòu)特性(xing)，并將(jiang)其與黃花(hua)魚(yú)背(bei)部肌肉(rou)對(duì)比。為(wei)了說(shuō)明打印樣(yang)品與(yu)真實(shí)魚(yú)的相似(shi)，我們將黃(huang)花魚(yú)背部肌(ji)肉每個(gè)質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biāo)的平均(jun)值定義為(wei)10分。仿魚(yú)(yu)打印樣品相應(yīng)(ying)的平均值和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差根據(jù)比(bi)例也被計(jì)算(suan)。

硬度是阻止(zhi)變形的力(li)。在上圖a中，當(dāng)孔(kong)隙率(lv)從15.86%增(zeng)加到73.50%，樣品(pin)硬度(du)逐漸下降(jiang)。對(duì)于200 μm噴嘴(zui)打印的樣(yang)品，硬度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于(yu)600 μm噴嘴打印的(de)樣品，樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面(mian)更小的孔隙(xi)率和更細(xì)的細(xì)(xi)絲能夠(gou)產(chǎn)生更大(da)的硬度(du)。在打印期間(jian)，更小的噴嘴(zui)帶來(lái)的更大(da)硬度(du)導(dǎo)致食品油(you)墨中(zhong)的原料(liao)更緊湊，且(qie)在質(zhì)構(gòu)分析(xi)中很(hen)難變形。因此，在相同孔(kong)隙率(lv)下，200 μm細(xì)絲制備的(de)樣品比600 μm細(xì)絲(si)制備(bei)的樣品更硬(ying)?？紫堵?5.86%的200μm細(xì)絲打(da)印樣品硬(ying)度(7.11 ± 0.87 N) 非常(chang)接近其真實(shí)(shi)對(duì)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力(li)去除(chu)后物(wu)體恢復(fù)到其未(wei)變形狀態(tài)(tai)的比率被定(ding)義為彈(dan)性。在上圖b中(zhong)，不管(guan)精度和孔隙(xi)率，所(suo)有打印(yin)樣品的彈性(xing)大約(yue)為0.6。這說(shuō)明(ming)SPI/XG/RS質(zhì)地彈性(xing)取決于(yu)原料配(pei)方，而很少受(shou)打印參數(shù)(shu)的影(ying)響。蒸制(zhi)S20 × 3R15食品油(you)墨材(cai)料彈性媲美(mei)真實(shí)(shi)黃花魚(yú)背(bei)部肌肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食(shi)物表面與(yu)與食物接觸(chu)的材料表(biao)面之間的(de)吸附力，需要(yao)一個(gè)反作用力(li)，并將其定義(yi)為粘附(fu)力。在上圖c中，不(bu)管孔隙率(lv)和打印精(jing)度，所有(you)打印(yin)樣品的粘(zhan)附力大(da)約為2.5，這(zhe)可能也與材料(liao)本身有關(guān)(guan)。打印樣品的粘(zhan)附力接近(jin)真實(shí)(shi)魚(yú)的(de)粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性(xing)被定義為咀嚼(jue)固體樣品到吞(tun)咽狀態(tài)所需(xu)的能量，它被定(ding)義為是硬度(du)*內(nèi)聚性(xing)*彈性。在上(shang)圖d中，打(da)印樣品的(de)咀嚼(jue)性隨(sui)孔隙率和打(da)印精度(du)變化。隨著孔隙率(lv)從15.86%變化到73.50%，對(duì)于(yu)200 μm細(xì)絲，咀嚼(jue)性從248.72 ± 38.18變化到(dao)80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)絲，咀嚼性(xing)從154.28 ± 21.33 變化到23.28 ± 4.83。黃花(hua)魚(yú)真(zhen)實(shí)背部肌(ji)肉的咀嚼(jue)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(pin)咀嚼性 (248.72 ± 38.18)一致(zhi)。

膠粘性是瓦解(jie)一個(gè)半固(gu)體食(shi)品到(dao)利于吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的(de)能量，被定義(yi)為是硬度*內(nèi)(nei)聚性(xing)。上圖e顯示了不(bu)同孔隙率和(he)細(xì)絲對(duì)打印(yin)樣品(pin)膠粘(zhan)性的影響(xiang)。隨著孔隙率(lv)的增加，打(da)印樣品膠(jiao)粘性發(fā)生下(xia)降。對(duì)(dui)于200 μm細(xì)絲打印樣(yang)品，膠粘性(xing)從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于600 μm細(xì)絲(si)打印樣品，膠(jiao)粘性從246.48 ± 24.74下降到(dao)35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚(yú)背部肌(ji)肉真實(shí)膠粘(zhan)性為321.85 ± 113.66，與孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲打(da)印樣品膠(jiao)粘性(xing)值(436.36 ± 51.42)相似(shi)。

總之，研究(jiu)人員(yuan)通過(guò)不同(tong)的孔(kong)隙率和噴嘴(zui)大小(xiao)來(lái)調(diào)節(jié)3D食品(pin)質(zhì)構(gòu)特性。通(tong)過(guò)控制食(shi)品油墨配方(fang)和設(shè)計(jì)模型，我(wo)們可能創(chuàng)(chuang)造具有特定(ding)質(zhì)構(gòu)的個(gè)(ge)性化食(shi)品。在此，研究(jiu)人員生(sheng)產(chǎn)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印(yin)樣品(pin)，被叫做“仿魚(yú)(yu)"，其具(ju)有黃花魚(yú)真實(shí)(shi)背部肌(ji)肉一(yi)樣的(de)質(zhì)構(gòu)(gou)特性，特別是硬(ying)度和彈性(xing)。

原文下載(zai)鏈接

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