近日，上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力(li)浙江大學(xué)研(yan)究人員(yuan)在國際食品期(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"的研究論文(wen)。

由3D打印食品(pin)技術(shù)制造(zao)的植物基仿肉(rou)越來(lai)越受歡(huan)迎。在(zai)該研(yan)究中，研究人(ren)員使用大豆分(fen)離蛋白(SPI)、黃原(yuan)膠(XG)和(he)大米淀粉(RS)作(zuo)為食品(pin)油墨(mo)用于3D打印仿(fang)魚；研究人(ren)員評估了不同(tong)濃度(du)比率下SPI/XG/RS食品(pin)油墨的可打(da)印性。通過調(diào)(diao)整打印參(can)數(shù)，研究人(ren)員成功(gong)獲得真實(shí)魚(yu)肌纖(xian)維范圍(wei)內(nèi)細(xì)絲(寬(kuan)度97.36μm)的高打印(yin)分辨率。通過調(diào)(diao)節(jié)結(jié)構(gòu)幾(ji)何形(xing)狀，研究人(ren)員獲得(de)具有(you)類似真實(shí)(shi)魚肉質(zhì)構(gòu)(gou)的仿魚，這揭(jie)示了(le)3D打印(yin)可以將仿肉調(diào)(diao)節(jié)出(chu)類似肌(ji)纖維質(zhì)構(gòu)(gou)的能力(li)。研究證(zheng)實(shí)微尺度上高(gao)精度3D打(da)印可以產(chǎn)(chan)生植(zhi)物基類似(shi)魚肉的(de)結(jié)構(gòu)(gou)，為3D打印出具有(you)令人愉悅口感(gan)的仿肉(rou)提供了一(yi)個系統(tǒng)(tong)方法。

在該研究中，研(yan)究人員使用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)測定了真實(shí)黃(huang)花魚和仿魚(yu)的硬(ying)度、彈性、粘(zhan)附力、咀嚼(jue)性和膠粘性指(zhi)標(biāo)。使用200 μm或(huo)600 μm錐形針3D打印(yin)的不(bu)同孔隙(xi)率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海(hai)騰拔(ba)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。樣(yang)品在85℃下蒸(zheng)制5分(fen)鐘，然后將蒸(zheng)制好的樣(yang)品放在質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(ce)試平臺(tai)上，用柱(zhu)形探頭(tou)以1mm/s的速度下(xia)壓樣品(pin)30%。

仿肉和仿魚的(de)質(zhì)構(gòu)顯(xian)著受其結(jié)構(gòu)(gou)、力學(xué)(xue)和表(biao)面性質(zhì)所決(jue)定。一些質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)可以(yi)通過全質(zhì)構(gòu)分(fen)析來測定，包括(kuo)硬度、彈性、粘(zhan)附力、咀(ju)嚼性和膠(jiao)粘性。前(qian)三者為(wei)初級(ji)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(biao)，后兩者為次級(ji)全質(zhì)構(gòu)分析變(bian)量。在該(gai)研究中，研究(jiu)人員(yuan)使用200 μm或600 μm噴(pen)嘴制造的不同(tong)孔隙率打印樣(yang)品，將其(qi)蒸制，然后(hou)探究其質(zhì)構(gòu)特(te)性，并將(jiang)其與黃花魚(yu)背部肌肉對(dui)比。為了說明打(da)印樣品與真實(shí)(shi)魚的相似，我們(men)將黃花(hua)魚背部肌肉每(mei)個質(zhì)構(gòu)指(zhi)標(biāo)的(de)平均值(zhi)定義為10分。仿(fang)魚打印樣(yang)品相應(yīng)的(de)平均值(zhi)和標(biāo)(biao)準(zhǔn)差根(gen)據(jù)比例也被計(jì)(ji)算。

硬度是(shi)阻止變(bian)形的力。在上圖(tu)a中，當(dāng)孔隙率從(cong)15.86%增加(jia)到73.50%，樣品(pin)硬度(du)逐漸下(xia)降。對于200 μm噴嘴(zui)打印(yin)的樣(yang)品，硬度從(cong)7.11 ± 0.87 N下降到(dao) 1.90 ± 0.16 N；而對于(yu)600 μm噴嘴(zui)打印的樣(yang)品，樣品(pin)硬度(du)從3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這表(biao)面更(geng)小的孔隙率(lv)和更細(xì)的細(xì)絲(si)能夠(gou)產(chǎn)生更大的硬(ying)度。在打印期(qi)間，更(geng)小的噴嘴(zui)帶來的更大(da)硬度(du)導(dǎo)致食(shi)品油(you)墨中的原料更(geng)緊湊(cou)，且在質(zhì)構(gòu)分析(xi)中很(hen)難變形。因此，在相同孔(kong)隙率下，200 μm細(xì)(xi)絲制(zhi)備的樣品比600 μm細(xì)(xi)絲制備的(de)樣品更(geng)硬?？?kong)隙率15.86%的200μm細(xì)絲打印樣品(pin)硬度(du)(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其真(zhen)實(shí)對照(zhao)物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力(li)去除后物(wu)體恢復(fù)到(dao)其未(wei)變形狀(zhuang)態(tài)的比(bi)率被定義(yi)為彈性。在上圖(tu)b中，不(bu)管精(jing)度和(he)孔隙率，所有打(da)印樣品的彈(dan)性大約(yue)為0.6。這說明(ming)SPI/XG/RS質(zhì)地彈性(xing)取決(jue)于原料配(pei)方，而很少受(shou)打印(yin)參數(shù)的(de)影響。蒸制S20 × 3R15食品(pin)油墨材料(liao)彈性(xing)媲美真實(shí)(shi)黃花(hua)魚背(bei)部肌(ji)肉彈(dan)性(0.58 ± 0.09)。

為了克服(fu)食物表(biao)面與與食(shi)物接觸的(de)材料表面之(zhi)間的吸附力(li)，需要一(yi)個反作用力(li)，并將其定(ding)義為粘(zhan)附力。在上圖c中(zhong)，不管孔隙率(lv)和打印(yin)精度，所有(you)打印樣品的粘(zhan)附力大約(yue)為2.5，這可(ke)能也與(yu)材料本身(shen)有關(guān)。打印樣品的粘(zhan)附力接(jie)近真實(shí)(shi)魚的粘附力(li)(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定(ding)義為咀嚼(jue)固體(ti)樣品(pin)到吞(tun)咽狀態(tài)所需的(de)能量，它被(bei)定義為(wei)是硬度*內(nèi)聚(ju)性*彈性。在(zai)上圖d中，打印樣(yang)品的咀嚼性(xing)隨孔(kong)隙率和打(da)印精(jing)度變化。隨著(zhe)孔隙率從15.86%變化(hua)到73.50%，對于200 μm細(xì)絲，咀嚼性(xing)從248.72 ± 38.18變化到(dao)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(hua)魚真實(shí)(shi)背部肌肉(rou)的咀嚼(jue)性為(wei)185.76 ± 74.79，這與(yu)孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲(si)打印(yin)樣品咀嚼性(xing) (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是瓦(wa)解一個半固(gu)體食品到(dao)利于(yu)吞咽狀態(tài)(tai)所需(xu)的能量(liang)，被定義(yi)為是硬度*內(nèi)聚(ju)性。上圖(tu)e顯示(shi)了不同孔隙率(lv)和細(xì)絲對打(da)印樣品(pin)膠粘性(xing)的影響(xiang)。隨著孔隙率的(de)增加，打印樣品(pin)膠粘性發(fā)生(sheng)下降(jiang)。對于200 μm細(xì)絲打(da)印樣品，膠粘性從436.36 ± 51.42下降到(dao)116.14 ± 9.94；然而，對于600 μm細(xì)絲打(da)印樣(yang)品，膠粘性從(cong)246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚背(bei)部肌(ji)肉真實(shí)(shi)膠粘性為(wei)321.85 ± 113.66，與孔(kong)隙率為15.86%的200 μm細(xì)(xi)絲打印樣品膠(jiao)粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人員(yuan)通過(guo)不同的(de)孔隙率和噴(pen)嘴大小(xiao)來調(diào)節(jié)(jie)3D食品質(zhì)構(gòu)特(te)性。通過控制食(shi)品油墨(mo)配方和設(shè)計(jì)模(mo)型，我(wo)們可能創(chuàng)造具(ju)有特定質(zhì)(zhi)構(gòu)的個(ge)性化食品(pin)。在此，研究(jiu)人員生(sheng)產(chǎn)出孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫(jiao)做“仿(fang)魚"，其具有黃花(hua)魚真實(shí)背部(bu)肌肉一樣的(de)質(zhì)構(gòu)特性，特別(bie)是硬度和彈(dan)性。

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