上海(hai)騰拔質(zhi)構(gou)儀(yi)助(zhu)力浙江大學在國(guo)際食(shi)品(pin)期刊(kan)發表(biao)關於(yu)3D打印(yin)仿(fang)魚的論文(wen)

近(jin)日，上海(hai)騰拔Universal TA質(zhi)構(gou)儀(yi)助(zhu)力浙江大學研究人(ren)員在國(guo)際食(shi)品(pin)期刊(kan)《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發表(biao)了題(ti)為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的研(yan)究論文(wen)。

由(you)3D打印(yin)食(shi)品(pin)技(ji)術制(zhi)造(zao)的植(zhi)物(wu)基(ji)仿(fang)肉越(yue)來(lai)越受(shou)歡迎(ying)。在該(gai)研(yan)究中(zhong)，研(yan)究人(ren)員使用大豆(dou)分(fen)離蛋(dan)白(SPI)、黃(huang)原膠(XG)和大米澱粉(fen)(RS)作(zuo)為食(shi)品(pin)油墨(mo)用於(yu)3D打印(yin)仿(fang)魚；研究(jiu)人(ren)員評估(gu)了不(bu)同濃(nong)度比率(lv)下(xia)SPI/XG/RS食(shi)品(pin)油墨(mo)的可(ke)打印(yin)性。通過(guo)調整打印(yin)參數，研(yan)究人(ren)員成功(gong)獲(huo)得(de)真(zhen)實(shi)魚(yu)肌纖維範圍(wei)內(nei)細(xi)絲(寬(kuan)度97.36μm)的高(gao)打印(yin)分辨(bian)率(lv)。通過(guo)調節結(jie)構幾(ji)何(he)形(xing)狀，研究(jiu)人(ren)員獲(huo)得(de)具有(you)類似(si)真(zhen)實(shi)魚(yu)肉質(zhi)構(gou)的(de)仿(fang)魚，這(zhe)揭示了3D打印(yin)可(ke)以將仿(fang)肉調節出(chu)類似(si)肌纖維質(zhi)構(gou)的(de)能(neng)力。研究證(zheng)實(shi)微尺度上高(gao)精(jing)度3D打印(yin)可(ke)以產(chan)生植(zhi)物(wu)基(ji)類似(si)魚肉的(de)結(jie)構，為3D打印(yin)出(chu)具有(you)令人(ren)愉(yu)悅口感的(de)仿(fang)肉提(ti)供了壹個系(xi)統方法。

在該(gai)研(yan)究中(zhong)，研(yan)究人(ren)員使用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhi)構(gou)儀(yi)測(ce)定了真(zhen)實(shi)黃(huang)花(hua)魚和仿(fang)魚的硬(ying)度、彈性、粘附(fu)力、咀嚼性和膠粘性指標(biao)。使用200 μm或(huo)600 μm錐(zhui)形(xing)針3D打印(yin)的不(bu)同孔(kong)隙率(lv)(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網架結(jie)構(2 × 2 × 1 cm³)，然(ran)後用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhi)構(gou)儀(yi)配(pei)置直徑(jing)36mm柱形(xing)探頭(tou)對(dui)其(qi)進行測(ce)試(shi)。樣(yang)品(pin)在85℃下(xia)蒸(zheng)制5分(fen)鐘，然(ran)後將蒸(zheng)制好(hao)的樣(yang)品(pin)放在質(zhi)構(gou)儀(yi)測(ce)試(shi)平臺(tai)上，用柱(zhu)形(xing)探頭(tou)以1mm/s的(de)速(su)度下(xia)壓樣(yang)品(pin)30%。

仿(fang)肉和仿(fang)魚的質(zhi)構(gou)顯著受(shou)其(qi)結(jie)構、力(li)學(xue)和表(biao)面(mian)性質(zhi)所決(jue)定。壹些(xie)質(zhi)構(gou)指(zhi)標(biao)可(ke)以通過(guo)全(quan)質(zhi)構(gou)分(fen)析來(lai)測定，包(bao)括(kuo)硬度、彈性、粘附(fu)力、咀嚼性和膠粘性。前三(san)者(zhe)為初級質(zhi)構(gou)指(zhi)標(biao)，後兩者為次級全(quan)質(zhi)構(gou)分(fen)析變量。在該(gai)研(yan)究中(zhong)，研(yan)究人(ren)員使用200 μm或(huo)600 μm噴嘴制造(zao)的不(bu)同孔(kong)隙率(lv)打印(yin)樣(yang)品(pin)，將其(qi)蒸(zheng)制，然(ran)後探(tan)究其(qi)質(zhi)構(gou)特(te)性，並(bing)將其(qi)與(yu)黃(huang)花(hua)魚背(bei)部(bu)肌肉對(dui)比。為了說明(ming)打印(yin)樣(yang)品(pin)與(yu)真(zhen)實(shi)魚(yu)的(de)相似(si)，我(wo)們(men)將黃花(hua)魚背(bei)部(bu)肌肉每個質(zhi)構(gou)指(zhi)標(biao)的平均(jun)值定義為10分。仿(fang)魚打印(yin)樣(yang)品(pin)相應(ying)的(de)平均(jun)值和標(biao)準差根據(ju)比例也(ye)被計(ji)算(suan)。

硬度是(shi)阻止(zhi)變形(xing)的力。在(zai)上圖(tu)a中(zhong)，當(dang)孔(kong)隙率(lv)從(cong)15.86%增加(jia)到73.50%，樣(yang)品(pin)硬度逐漸(jian)下(xia)降(jiang)。對(dui)於(yu)200 μm噴嘴打印(yin)的樣(yang)品(pin)，硬度從7.11 ± 0.87 N下(xia)降(jiang)到 1.90 ± 0.16 N；而對(dui)於600 μm噴嘴打印(yin)的樣(yang)品(pin)，樣(yang)品(pin)硬度從3.82 ± 0.46 N下(xia)降(jiang)到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面(mian)更小(xiao)的孔(kong)隙率(lv)和更(geng)細(xi)的細(xi)絲能(neng)夠(gou)產生更大的硬度。在打印(yin)期間，更(geng)小(xiao)的噴嘴帶(dai)來(lai)的更(geng)大硬度導(dao)致食(shi)品(pin)油墨(mo)中(zhong)的(de)原料更緊湊(cou)，且(qie)在(zai)質(zhi)構(gou)分(fen)析中(zhong)很(hen)難(nan)變(bian)形(xing)。因(yin)此，在(zai)相同(tong)孔(kong)隙率(lv)下(xia)，200 μm細(xi)絲制(zhi)備(bei)的樣(yang)品(pin)比600 μm細(xi)絲制(zhi)備(bei)的樣(yang)品(pin)更硬(ying)。孔(kong)隙率(lv)15.86%的(de)200μm細(xi)絲打印(yin)樣(yang)品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非(fei)常(chang)接(jie)近(jin)其(qi)真(zhen)實(shi)對(dui)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當(dang)變形(xing)力去(qu)除後(hou)物體恢(hui)復(fu)到其(qi)未變形(xing)狀態(tai)的(de)比率(lv)被(bei)定義為彈性。在上圖(tu)b中(zhong)，不(bu)管精(jing)度和孔(kong)隙率(lv)，所有(you)打印(yin)樣(yang)品(pin)的彈性大約為0.6。這(zhe)說明(ming)SPI/XG/RS質(zhi)地(di)彈性取決(jue)於原料配方，而很(hen)少受(shou)打印(yin)參數的(de)影響。蒸(zheng)制S20 × 3R15食(shi)品(pin)油墨(mo)材(cai)料彈性媲美真(zhen)實(shi)黃(huang)花(hua)魚背(bei)部(bu)肌肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克(ke)服食(shi)物表面(mian)與(yu)與(yu)食(shi)物接(jie)觸(chu)的(de)材(cai)料表面(mian)之(zhi)間的(de)吸(xi)附(fu)力，需要(yao)壹(yi)個反作(zuo)用力(li)，並(bing)將其(qi)定義為粘附(fu)力。在(zai)上圖(tu)c中(zhong)，不(bu)管孔(kong)隙率(lv)和打印(yin)精(jing)度，所有(you)打印(yin)樣(yang)品(pin)的粘(zhan)附力(li)大約為2.5，這(zhe)可(ke)能也(ye)與(yu)材(cai)料本身有(you)關。打印(yin)樣(yang)品(pin)的粘(zhan)附力(li)接(jie)近(jin)真(zhen)實(shi)魚(yu)的(de)粘(zhan)附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定義為咀嚼固體樣(yang)品(pin)到吞咽(yan)狀態(tai)所需(xu)的能量，它被(bei)定義為是(shi)硬度*內(nei)聚性*彈性。在上圖(tu)d中(zhong)，打印(yin)樣(yang)品(pin)的咀嚼性隨孔(kong)隙率(lv)和打印(yin)精(jing)度變化(hua)。隨著孔(kong)隙率(lv)從(cong)15.86%變化(hua)到73.50%，對於(yu)200 μm細(xi)絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變(bian)化(hua)到80.26 ± 7.82；對於(yu)600 μm細(xi)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變(bian)化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花(hua)魚真(zhen)實(shi)背(bei)部(bu)肌肉的(de)咀嚼性為185.76 ± 74.79，這(zhe)與(yu)孔(kong)隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xi)絲打印(yin)樣(yang)品(pin)咀嚼性 (248.72 ± 38.18)壹致。

膠粘性是(shi)瓦解(jie)壹個(ge)半固體食(shi)品(pin)到利(li)於(yu)吞咽狀態(tai)所需(xu)的能量，被定義為是(shi)硬度*內(nei)聚性。上圖(tu)e顯示了不(bu)同孔(kong)隙率(lv)和細(xi)絲對(dui)打印(yin)樣(yang)品(pin)膠粘性的影響。隨著孔(kong)隙率(lv)的(de)增加(jia)，打印(yin)樣(yang)品(pin)膠粘性發生下(xia)降(jiang)。對(dui)於(yu)200 μm細(xi)絲打印(yin)樣(yang)品(pin)，膠粘性從436.36 ± 51.42下(xia)降(jiang)到116.14 ± 9.94；然(ran)而，對(dui)於600 μm細(xi)絲打印(yin)樣(yang)品(pin)，膠粘性從246.48 ± 24.74下(xia)降(jiang)到35.37 ± 8.72。黃花(hua)魚背(bei)部(bu)肌肉真(zhen)實(shi)膠粘性為321.85 ± 113.66，與(yu)孔(kong)隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xi)絲打印(yin)樣(yang)品(pin)膠粘性值(436.36 ± 51.42)相似(si)。

總之(zhi)，研究(jiu)人(ren)員通過(guo)不(bu)同的(de)孔(kong)隙率(lv)和噴嘴大小(xiao)來(lai)調節3D食(shi)品(pin)質(zhi)構(gou)特(te)性。通過(guo)控制(zhi)食(shi)品(pin)油墨(mo)配方和設計(ji)模(mo)型(xing)，我(wo)們(men)可(ke)能創(chuang)造具有(you)特(te)定質(zhi)構(gou)的(de)個(ge)性化(hua)食(shi)品(pin)。在此(ci)，研究(jiu)人(ren)員生產出(chu)孔(kong)隙率(lv)為15.86%的200 μm細(xi)絲打印(yin)樣(yang)品(pin)，被叫(jiao)做“仿(fang)魚"，其(qi)具有(you)黃(huang)花(hua)魚真(zhen)實(shi)背(bei)部(bu)肌肉壹(yi)樣(yang)的(de)質(zhi)構(gou)特(te)性，特(te)別(bie)是(shi)硬度和彈性。

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