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上海(hai)騰拔質(zhì)(zhi)構(gòu)儀助力(li)浙江大學在(zai)國際食品(pin)期刊發(fā)(fa)表關(guān)于3D打(da)印仿(fang)魚的論文(wen)
近日,上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力(li)浙江大學研(yan)究人員在國際(ji)食品期(qi)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(jiu)論文(wen)。
由3D打印(yin)食品技術(shù)制造(zao)的植(zhi)物基仿肉(rou)越來越受歡(huan)迎。在該研究(jiu)中,研究人員使(shi)用大豆(dou)分離蛋白(SPI)、黃(huang)原膠(XG)和大米淀(dian)粉(RS)作為食品油(you)墨用(yong)于3D打(da)印仿魚;研(yan)究人員(yuan)評估了(le)不同(tong)濃度(du)比率下SPI/XG/RS食(shi)品油墨的(de)可打印(yin)性。通過(guo)調(diào)整打印參數(shù)(shu),研究人員成(cheng)功獲得真實魚(yu)肌纖維范(fan)圍內(nèi)細絲(寬(kuan)度97.36μm)的高(gao)打印分(fen)辨率。通過調(diào)(diao)節(jié)結(jié)構(gòu)幾(ji)何形(xing)狀,研究人員獲(huo)得具有類似真(zhen)實魚肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚,這揭示(shi)了3D打印可以將(jiang)仿肉調(diào)節(jié)(jie)出類似肌纖維(wei)質(zhì)構(gòu)的(de)能力。研(yan)究證(zheng)實微尺度(du)上高精度3D打印(yin)可以產(chǎn)生(sheng)植物基類似魚(yu)肉的(de)結(jié)構(gòu),為(wei)3D打印出具(ju)有令人愉悅(yue)口感的仿(fang)肉提(ti)供了(le)一個系統(tǒng)(tong)方法。
在該研(yan)究中,研究(jiu)人員使用上(shang)海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測定(ding)了真實黃花(hua)魚和仿魚的(de)硬度(du)、彈性、粘(zhan)附力、咀(ju)嚼性和膠粘(zhan)性指標。使(shi)用200 μm或600 μm錐形(xing)針3D打印的不同(tong)孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架(jia)結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm3),然后用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)配置直徑36mm柱形(xing)探頭對其進(jin)行測(ce)試。樣(yang)品在85℃下(xia)蒸制(zhi)5分鐘,然后將(jiang)蒸制好(hao)的樣品放(fang)在質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(ce)試平臺(tai)上,用柱形探頭(tou)以1mm/s的速度(du)下壓(ya)樣品30%。
仿肉(rou)和仿魚的質(zhì)構(gòu)(gou)顯著受其結(jié)構(gòu)(gou)、力學和表(biao)面性質(zhì)所決(jue)定。一些質(zhì)(zhi)構(gòu)指標可以通(tong)過全(quan)質(zhì)構(gòu)(gou)分析來(lai)測定,包(bao)括硬度、彈性(xing)、粘附力(li)、咀嚼(jue)性和(he)膠粘性。前(qian)三者為初級(ji)質(zhì)構(gòu)(gou)指標(biao),后兩者為(wei)次級全質(zhì)構(gòu)(gou)分析(xi)變量(liang)。在該研究中(zhong),研究(jiu)人員使用(yong)200 μm或600 μm噴(pen)嘴制造(zao)的不同(tong)孔隙率(lv)打印樣品(pin),將其(qi)蒸制,然(ran)后探究(jiu)其質(zhì)構(gòu)特性,并(bing)將其與黃(huang)花魚背部肌肉(rou)對比(bi)。為了(le)說明打印樣(yang)品與真(zhen)實魚的(de)相似(shi),我們將黃花魚(yu)背部肌肉(rou)每個質(zhì)(zhi)構(gòu)指標的(de)平均值定義為(wei)10分。仿魚(yu)打印樣品相(xiang)應(yīng)的平(ping)均值(zhi)和標準差根(gen)據(jù)比(bi)例也被計(ji)算。
硬度是阻(zu)止變形的力。在上圖a中,當孔(kong)隙率從15.86%增加(jia)到73.50%,樣品硬度(du)逐漸下降。對(dui)于200 μm噴嘴打(da)印的樣品,硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下(xia)降到 1.90 ± 0.16 N;而對于(yu)600 μm噴嘴打印的樣(yang)品,樣品硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降(jiang)到0.62 ± 0.15 N,這(zhe)表面更小(xiao)的孔隙(xi)率和更(geng)細的細絲能(neng)夠產(chǎn)生更大(da)的硬度。在(zai)打印(yin)期間,更小的(de)噴嘴帶來(lai)的更(geng)大硬度導(dǎo)(dao)致食品油(you)墨中的原料(liao)更緊湊,且(qie)在質(zhì)構(gòu)(gou)分析中很(hen)難變(bian)形。因此(ci),在相同(tong)孔隙率下(xia),200 μm細絲制(zhi)備的樣品比600 μm細(xi)絲制備的(de)樣品更硬??紫?xi)率15.86%的200μm細絲打印(yin)樣品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常(chang)接近其(qi)真實對照物(7.04 ± 1.77 N)。
當變(bian)形力去(qu)除后物體恢復(fù)(fu)到其未(wei)變形(xing)狀態(tài)的(de)比率被(bei)定義為彈性(xing)。在上圖(tu)b中,不管精度和(he)孔隙率,所有(you)打印樣品(pin)的彈性大(da)約為(wei)0.6。這說明(ming)SPI/XG/RS質(zhì)地彈性取決(jue)于原料(liao)配方,而很少(shao)受打印參數(shù)(shu)的影響。蒸制S20 × 3R15食品(pin)油墨(mo)材料彈性媲美(mei)真實黃花魚(yu)背部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。
為了克服食(shi)物表(biao)面與與食物(wu)接觸的材料(liao)表面(mian)之間的吸(xi)附力,需要一個(ge)反作用(yong)力,并將其(qi)定義為粘附(fu)力。在上圖c中(zhong),不管(guan)孔隙率(lv)和打印精度,所(suo)有打(da)印樣(yang)品的(de)粘附(fu)力大約(yue)為2.5,這(zhe)可能也與材(cai)料本身有關(guān)(guan)。打印(yin)樣品的粘(zhan)附力接近真實(shi)魚的粘(zhan)附力(2.21 ± 0.93)。
咀嚼性被(bei)定義為咀嚼固(gu)體樣(yang)品到(dao)吞咽狀態(tài)(tai)所需的能量(liang),它被定義(yi)為是(shi)硬度*內(nèi)聚性(xing)*彈性。在上圖(tu)d中,打印樣品(pin)的咀嚼性(xing)隨孔隙率(lv)和打印(yin)精度變(bian)化。隨著孔隙率從15.86%變化到(dao)73.50%,對于200 μm細絲,咀嚼性(xing)從248.72 ± 38.18變化(hua)到80.26 ± 7.82;對于600 μm細絲(si),咀嚼性從154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃(huang)花魚真(zhen)實背(bei)部肌(ji)肉的(de)咀嚼性為185.76 ± 74.79,這與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細絲打印樣品咀(ju)嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。
膠粘性(xing)是瓦解(jie)一個半固體(ti)食品到利于(yu)吞咽(yan)狀態(tài)所(suo)需的能量,被定(ding)義為(wei)是硬度(du)*內(nèi)聚(ju)性。上圖e顯示了(le)不同(tong)孔隙率和(he)細絲對(dui)打印樣品膠粘(zhan)性的(de)影響。隨著(zhe)孔隙率的增(zeng)加,打印(yin)樣品(pin)膠粘(zhan)性發(fā)生下(xia)降。對于200 μm細絲打印樣品(pin),膠粘性從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94;然而,對于600 μm細(xi)絲打印樣(yang)品,膠粘性(xing)從246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃(huang)花魚背(bei)部肌肉真(zhen)實膠粘性為(wei)321.85 ± 113.66,與孔(kong)隙率為15.86%的(de)200 μm細絲打印(yin)樣品膠粘性值(zhi)(436.36 ± 51.42)相似。
總之,研究人員(yuan)通過不同的(de)孔隙(xi)率和噴嘴大小(xiao)來調(diào)節(jié)3D食(shi)品質(zhì)構(gòu)(gou)特性(xing)。通過控制(zhi)食品油墨(mo)配方和設(shè)計(ji)模型,我們可能(neng)創(chuàng)造(zao)具有特定質(zhì)構(gòu)(gou)的個性化食(shi)品。在(zai)此,研究(jiu)人員生(sheng)產(chǎn)出(chu)孔隙率為15.86%的200 μm細絲打印樣品,被叫做“仿魚(yu)",其具(ju)有黃花(hua)魚真實(shi)背部肌肉一樣(yang)的質(zhì)構(gòu)特性(xing),特別(bie)是硬度(du)和彈性。
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Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink