近日，上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀助力浙江大學(xué)研究人員在國(guó)際食品期刊《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。

由3D打印食品技術(shù)制造的植物基仿肉越來(lái)越受歡迎。在該研究中，研究人員使用大豆分離蛋白(SPI)、黃原膠(XG)和大米淀粉(RS)作為食品油墨用于3D打印仿魚(yú)；研究人員評(píng)估了不同濃度比率下SPI/XG/RS食品油墨的可打印性。通過(guò)調(diào)整打印參數(shù)，研究人員成功獲得真實(shí)魚(yú)肌纖維范圍內(nèi)細(xì)絲(寬度97.36μm)的高打印分辨率。通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)幾何形狀，研究人員獲得具有類似真實(shí)魚(yú)肉質(zhì)構(gòu)的仿魚(yú)，這揭示了3D打印可以將仿肉調(diào)節(jié)出類似肌纖維質(zhì)構(gòu)的能力。研究證實(shí)微尺度上高精度3D打印可以產(chǎn)生植物基類似魚(yú)肉的結(jié)構(gòu)，為3D打印出具有令人愉悅口感的仿肉提供了一個(gè)系統(tǒng)方法。

在該研究中，研究人員使用上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定了真實(shí)黃花魚(yú)和仿魚(yú)的硬度、彈性、粘附力、咀嚼性和膠粘性指標(biāo)。使用200 μm或600 μm錐形針3D打印的不同孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后用上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀配置直徑36mm柱形探頭對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。樣品在85℃下蒸制5分鐘，然后將蒸制好的樣品放在質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試平臺(tái)上，用柱形探頭以1mm/s的速度下壓樣品30%。

仿肉和仿魚(yú)的質(zhì)構(gòu)顯著受其結(jié)構(gòu)、力學(xué)和表面性質(zhì)所決定。一些質(zhì)構(gòu)指標(biāo)可以通過(guò)全質(zhì)構(gòu)分析來(lái)測(cè)定，包括硬度、彈性、粘附力、咀嚼性和膠粘性。前三者為初級(jí)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)，后兩者為次級(jí)全質(zhì)構(gòu)分析變量。在該研究中，研究人員使用200 μm或600 μm噴嘴制造的不同孔隙率打印樣品，將其蒸制，然后探究其質(zhì)構(gòu)特性，并將其與黃花魚(yú)背部肌肉對(duì)比。為了說(shuō)明打印樣品與真實(shí)魚(yú)的相似，我們將黃花魚(yú)背部肌肉每個(gè)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的平均值定義為10分。仿魚(yú)打印樣品相應(yīng)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差根據(jù)比例也被計(jì)算。

硬度是阻止變形的力。在上圖a中，當(dāng)孔隙率從15.86%增加到73.50%，樣品硬度逐漸下降。對(duì)于200 μm噴嘴打印的樣品，硬度從7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對(duì)于600 μm噴嘴打印的樣品，樣品硬度從3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N，這表面更小的孔隙率和更細(xì)的細(xì)絲能夠產(chǎn)生更大的硬度。在打印期間，更小的噴嘴帶來(lái)的更大硬度導(dǎo)致食品油墨中的原料更緊湊，且在質(zhì)構(gòu)分析中很難變形。因此，在相同孔隙率下，200 μm細(xì)絲制備的樣品比600 μm細(xì)絲制備的樣品更硬。孔隙率15.86%的200μm細(xì)絲打印樣品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其真實(shí)對(duì)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dāng)變形力去除后物體恢復(fù)到其未變形狀態(tài)的比率被定義為彈性。在上圖b中，不管精度和孔隙率，所有打印樣品的彈性大約為0.6。這說(shuō)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈性取決于原料配方，而很少受打印參數(shù)的影響。蒸制S20 × 3R15食品油墨材料彈性媲美真實(shí)黃花魚(yú)背部肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服食物表面與與食物接觸的材料表面之間的吸附力，需要一個(gè)反作用力，并將其定義為粘附力。在上圖c中，不管孔隙率和打印精度，所有打印樣品的粘附力大約為2.5，這可能也與材料本身有關(guān)。打印樣品的粘附力接近真實(shí)魚(yú)的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定義為咀嚼固體樣品到吞咽狀態(tài)所需的能量，它被定義為是硬度*內(nèi)聚性*彈性。在上圖d中，打印樣品的咀嚼性隨孔隙率和打印精度變化。隨著孔隙率從15.86%變化到73.50%，對(duì)于200 μm細(xì)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變化到80.26 ± 7.82；對(duì)于600 μm細(xì)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變化到23.28 ± 4.83。黃花魚(yú)真實(shí)背部肌肉的咀嚼性為185.76 ± 74.79，這與孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品咀嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性是瓦解一個(gè)半固體食品到利于吞咽狀態(tài)所需的能量，被定義為是硬度*內(nèi)聚性。上圖e顯示了不同孔隙率和細(xì)絲對(duì)打印樣品膠粘性的影響。隨著孔隙率的增加，打印樣品膠粘性發(fā)生下降。對(duì)于200 μm細(xì)絲打印樣品，膠粘性從436.36 ± 51.42下降到116.14 ± 9.94；然而，對(duì)于600 μm細(xì)絲打印樣品，膠粘性從246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黃花魚(yú)背部肌肉真實(shí)膠粘性為321.85 ± 113.66，與孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品膠粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

總之，研究人員通過(guò)不同的孔隙率和噴嘴大小來(lái)調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)特性。通過(guò)控制食品油墨配方和設(shè)計(jì)模型，我們可能創(chuàng)造具有特定質(zhì)構(gòu)的個(gè)性化食品。在此，研究人員生產(chǎn)出孔隙率為15.86%的200 μm細(xì)絲打印樣品，被叫做“仿魚(yú)"，其具有黃花魚(yú)真實(shí)背部肌肉一樣的質(zhì)構(gòu)特性，特別是硬度和彈性。

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