近日，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力浙(zhe)江大學(xué)研(yan)究人(ren)員在國際食(shi)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"的研(yan)究論文。

由3D打印食(shi)品技術(shù)制(zhi)造的植物基仿(fang)肉越(yue)來越受歡迎(ying)。在該研究中，研(yan)究人(ren)員使(shi)用大(da)豆分離(li)蛋白(SPI)、黃原膠(XG)和(he)大米(mi)淀粉(fen)(RS)作為食品(pin)油墨用(yong)于3D打印仿魚；研(yan)究人(ren)員評估了(le)不同濃度比(bi)率下SPI/XG/RS食(shi)品油墨(mo)的可打印(yin)性。通過(guo)調(diào)整打印參(can)數(shù)，研究(jiu)人員成功(gong)獲得真實(shí)魚(yu)肌纖維(wei)范圍內(nèi)細(xì)絲(si)(寬度(du)97.36μm)的高打(da)印分辨率(lv)。通過(guo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)幾何(he)形狀(zhuang)，研究人員獲(huo)得具有類似真(zhen)實(shí)魚(yu)肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚，這(zhe)揭示了(le)3D打印可以將(jiang)仿肉調(diào)節(jié)(jie)出類似肌纖(xian)維質(zhì)構(gòu)(gou)的能力。研究證(zheng)實(shí)微尺度上高(gao)精度3D打印可(ke)以產(chǎn)(chan)生植物基類似(shi)魚肉的(de)結(jié)構(gòu)，為3D打印(yin)出具有(you)令人愉悅口(kou)感的仿肉提供(gong)了一個系統(tǒng)(tong)方法。

在該(gai)研究中，研究人(ren)員使用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測定(ding)了真實(shí)黃(huang)花魚(yu)和仿魚(yu)的硬度(du)、彈性、粘附(fu)力、咀(ju)嚼性和膠粘性(xing)指標(biāo)。使用(yong)200 μm或600 μm錐形針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)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀配(pei)置直徑(jing)36mm柱形探頭對其(qi)進(jìn)行測試(shi)。樣品在85℃下蒸(zheng)制5分鐘，然(ran)后將蒸制好(hao)的樣品放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測試平(ping)臺上(shang)，用柱(zhu)形探頭(tou)以1mm/s的(de)速度(du)下壓樣品30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)顯(xian)著受其結(jié)構(gòu)、力(li)學(xué)和(he)表面性質(zhì)所(suo)決定。一(yi)些質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)可以通過全(quan)質(zhì)構(gòu)分(fen)析來(lai)測定，包(bao)括硬度、彈(dan)性、粘附(fu)力、咀嚼性(xing)和膠粘性(xing)。前三者為(wei)初級(ji)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)，后兩(liang)者為(wei)次級(ji)全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析(xi)變量。在該(gai)研究中(zhong)，研究(jiu)人員使用200 μm或600 μm噴嘴制造的(de)不同孔(kong)隙率打印樣(yang)品，將(jiang)其蒸制，然(ran)后探究(jiu)其質(zhì)構(gòu)特(te)性，并將其與(yu)黃花魚(yu)背部肌肉(rou)對比。為(wei)了說明打印(yin)樣品(pin)與真實(shí)魚的(de)相似，我(wo)們將黃花魚(yu)背部肌肉每(mei)個質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的(de)平均值定(ding)義為(wei)10分。仿魚打(da)印樣品相(xiang)應(yīng)的平均值和(he)標(biāo)準(zhǔn)差根據(jù)比(bi)例也被計(ji)算。

硬度是阻(zu)止變形(xing)的力。在上圖(tu)a中，當(dāng)(dang)孔隙率(lv)從15.86%增加到73.50%，樣品(pin)硬度逐漸(jian)下降。對(dui)于200 μm噴嘴打印的(de)樣品，硬度(du)從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到 1.90 ± 0.16 N；而對于600 μm噴嘴(zui)打印的樣品(pin)，樣品硬度從(cong)3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這表面(mian)更小(xiao)的孔隙率和(he)更細(xì)(xi)的細(xì)(xi)絲能(neng)夠產(chǎn)生(sheng)更大的(de)硬度。在打印(yin)期間(jian)，更小的噴(pen)嘴帶來的更大(da)硬度導(dǎo)致食品(pin)油墨中的原(yuan)料更緊(jin)湊，且(qie)在質(zhì)構(gòu)分(fen)析中(zhong)很難(nan)變形(xing)。因此，在相同(tong)孔隙率下，200 μm細(xì)絲(si)制備的樣品(pin)比600 μm細(xì)絲制備的(de)樣品(pin)更硬?？紫?xi)率15.86%的(de)200μm細(xì)絲打印樣(yang)品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常接近其真(zhen)實(shí)對(dui)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去(qu)除后物體(ti)恢復(fù)到其未變(bian)形狀態(tài)的比率(lv)被定(ding)義為彈性。在上(shang)圖b中，不(bu)管精度和(he)孔隙率，所有(you)打印樣(yang)品的彈(dan)性大約為(wei)0.6。這說明SPI/XG/RS質(zhì)地彈(dan)性取決于原(yuan)料配方，而很少(shao)受打印(yin)參數(shù)的(de)影響。蒸制S20 × 3R15食品油墨(mo)材料彈性(xing)媲美(mei)真實(shí)黃(huang)花魚背(bei)部肌(ji)肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食物(wu)表面與與(yu)食物接觸的材(cai)料表面(mian)之間的吸附力(li)，需要一個(ge)反作用力，并將(jiang)其定(ding)義為粘附力。在(zai)上圖c中，不管孔(kong)隙率和(he)打印精度，所(suo)有打印樣(yang)品的粘附力(li)大約為2.5，這(zhe)可能也與材料(liao)本身(shen)有關(guān)。打印(yin)樣品的粘附力(li)接近(jin)真實(shí)魚的粘附(fu)力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義為咀(ju)嚼固體樣(yang)品到吞咽狀(zhuang)態(tài)所需的能量(liang)，它被(bei)定義為是(shi)硬度*內(nèi)聚性(xing)*彈性。在上(shang)圖d中(zhong)，打印(yin)樣品的咀(ju)嚼性隨孔(kong)隙率和打(da)印精度變化。隨(sui)著孔隙率從15.86%變(bian)化到73.50%，對于(yu)200 μm細(xì)絲，咀嚼(jue)性從248.72 ± 38.18變化到80.26 ± 7.82；對(dui)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)魚真實(shí)(shi)背部肌(ji)肉的咀嚼(jue)性為185.76 ± 74.79，這與孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀(ju)嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘(zhan)性是瓦(wa)解一個半固(gu)體食品到(dao)利于吞咽狀態(tài)(tai)所需(xu)的能量，被定義(yi)為是硬度*內(nèi)聚(ju)性。上(shang)圖e顯示(shi)了不同孔(kong)隙率(lv)和細(xì)絲對打(da)印樣品膠(jiao)粘性的影響(xiang)。隨著孔隙率(lv)的增加，打印(yin)樣品膠粘(zhan)性發(fā)生下(xia)降。對于(yu)200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)，膠粘性從436.36 ± 51.42下降(jiang)到116.14 ± 9.94；然(ran)而，對于600 μm細(xì)絲打印(yin)樣品，膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下(xia)降到(dao)35.37 ± 8.72。黃花魚(yu)背部肌肉真(zhen)實(shí)膠粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印(yin)樣品膠粘性值(zhi)(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研(yan)究人員通過(guo)不同的孔(kong)隙率和噴嘴大(da)小來調(diào)(diao)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)。通過控制(zhi)食品油墨(mo)配方和(he)設(shè)計模型(xing)，我們可能創(chuàng)(chuang)造具有(you)特定(ding)質(zhì)構(gòu)的個性(xing)化食品。在此，研(yan)究人員生產(chǎn)(chan)出孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品(pin)，被叫(jiao)做“仿魚(yu)"，其具有(you)黃花(hua)魚真(zhen)實(shí)背部肌(ji)肉一樣的(de)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