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上海騰拔質(zhì)構(gòu)儀助力浙江大學(xué)在國際食品期刊發(fā)表關(guān)于3D打印仿魚的論文
閱讀：938 發(fā)布時間：2023-7-18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,；研究人員評估了不同濃度比率下SPI/XG/RS食品油墨的可打印性,。通過調(diào)整打印參數(shù)，研究人員成功獲得真實魚肌纖維范圍內(nèi)細(xì)絲(寬度97.36μm)的高打印分辨率,。通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)幾何形狀,，研究人員獲得具有類似真實魚肉質(zhì)構(gòu)的仿魚，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,。研究證實微尺度上高精度3D打印可以產(chǎn)生植物基類似魚肉的結(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)儀測定了真實黃花魚和仿魚的硬度,、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柱形探頭對其進行測試。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)儀測試平臺上,，用柱形探頭以1mm/s的速度下壓樣品30%。
仿肉和仿魚的質(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)可以通過全質(zhì)構(gòu)分析來測定，包括硬度,、彈性,、粘附力、咀嚼性和膠粘性,。前三者為初級質(zhì)構(gòu)指標(biāo),，后兩者為次級全質(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,，并將其與黃花魚背部肌肉對比,。為了說明打印樣品與真實魚的相似，我們將黃花魚背部肌肉每個質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的平均值定義為10分,。仿魚打印樣品相應(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,?？紫堵?5.86%的200μm細(xì)絲打印樣品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其真實對照物(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黃花魚背部肌肉彈性(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魚的粘附力(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%，對于200 μm細(xì)絲,，咀嚼性從248.72 ± 38.18變化到80.26 ± 7.82,；對于600 μm細(xì)絲，咀嚼性從154.28 ± 21.33 變化到23.28 ± 4.83,。黃花魚真實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。黃花魚背部肌肉真實膠粘性為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，研究人員通過不同的孔隙率和噴嘴大小來調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)特性,。通過控制食品油墨配方和設(shè)計模型,，我們可能創(chuàng)造具有特定質(zhì)構(gòu)的個性化食品。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"，其具有黃花魚真實背部肌肉一樣的質(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