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更新時間：2023-07-18
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近日，上海騰拔Universal TA質構儀助力浙江大學研究人員在國際食品期刊《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發表了題為"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。通過調整打印參數，研究人員成功獲得真實魚肌纖維范圍內細絲(寬度97.36μm)的高打印分辨率。通過調節結構幾何形狀，研究人員獲得具有類似真實魚肉質構的仿魚，這揭示了3D打印可以將仿肉調節出類似肌纖維質構的能力。研究證實微尺度上高精度3D打印可以產生植物基類似魚肉的結構，為3D打印出具有令人愉悅口感的仿肉提供了一個系統方法。
在該研究中，研究人員使用上海騰拔Universal TA質構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。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%)網架結構(2 × 2 × 1 cm3)，然后用上海騰拔Universal TA質構儀配置直徑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構儀測試平臺上，用柱形探頭以1mm/s的速度下壓樣品30%。
仿肉和仿魚的質構顯著受其結構、力學和表面性質所決定。一些質構指標可以通過全質構分析來測定，包括硬度、彈性、粘附力、咀嚼性和膠粘性。前三者為初級質構指標，后兩者為次級全質構分析變量。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，然后探究其質構特性，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構指標的平均值定義為10分。仿魚打印樣品相應的平均值和標準差根據比例也被計算。
硬度是阻止變形的力。在上圖a中，當孔隙率從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的細絲能夠產生更大的硬度。在打印期間，更小的噴嘴帶來的更大硬度導致食品油墨中的原料更緊湊，且在質構分析中很難變形。因此，在相同孔隙率下，200 μm細絲制備的樣品比600 μm細絲制備的樣品更硬。孔隙率15.86%的200μm細絲打印樣品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其真實對照物(7.04 ± 1.77 N)。
當變形力去除后物體恢復到其未變形狀態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質地彈性取決于原料配方，而很少受打印參數的影響。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。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所需的能量，它被定義為是硬度*內聚性*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細絲，咀嚼性從248.72 ± 38.18變化到80.26 ± 7.82；對于600 μm細絲，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所需的能量，被定義為是硬度*內聚性。上圖e顯示了不同孔隙率和細絲對打印樣品膠粘性的影響。隨著孔隙率的增加，打印樣品膠粘性發生下降。對于200 μm細絲打印樣品，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節3D食品質構特性。通過控制食品油墨配方和設計模型，我們可能創造具有特定質構的個性化食品。在此，研究人員生產出孔隙率為15.86%的200 μm細絲打印樣品，被叫做“仿魚"，其具有黃花魚真實背部肌肉一樣的質構特性，特別是硬度和彈性。
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Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink
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