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上海腾拔质构仪助力浙江大学在国际食品期刊发表关于3D打印仿鱼的论文

更新时间:2023-07-18点击次数:581

近日,上海腾拔Universal TA质构仪助力浙江大学研究人员在国际食品期刊《Journal of Food Engineering》(Q1,IF:5.5)发表了题为"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的研究论文。

由3D打印食品技术制造的植物基仿肉越来越受欢迎。在该研究中,研究人员使用大豆分离蛋白(SPI)、黄原胶(XG)和大米淀粉(RS)作为食品油墨用于3D打印仿鱼;研究人员评估了不同浓度比率下SPI/XG/RS食品油墨的可打印性。通过调整打印参数,研究人员成功获得真实鱼肌纤维范围内细丝(宽度97.36μm)的高打印分辨率。通过调节结构几何形状,研究人员获得具有类似真实鱼肉质构的仿鱼,这揭示了3D打印可以将仿肉调节出类似肌纤维质构的能力。研究证实微尺度上高精度3D打印可以产生植物基类似鱼肉的结构,为3D打印出具有令人愉悦口感的仿肉提供了一个系统方法。

在该研究中,研究人员使用上海腾拔Universal TA质构仪测定了真实黄花鱼和仿鱼的硬度、弹性、粘附力、咀嚼性和胶粘性指标。使用200 μm或600 μm锥形针3D打印的不同孔隙率(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)网架结构(2 × 2 × 1 cm3),然后用上海腾拔Universal TA质构仪配置直径36mm柱形探头对其进行测试。样品在85℃下蒸制5分钟,然后将蒸制好的样品放在质构仪测试平台上,用柱形探头以1mm/s的速度下压样品30%。

仿肉和仿鱼的质构显著受其结构、力学和表面性质所决定。一些质构指标可以通过全质构分析来测定,包括硬度、弹性、粘附力、咀嚼性和胶粘性。前三者为初级质构指标,后两者为次级全质构分析变量。在该研究中,研究人员使用200 μm或600 μm喷嘴制造的不同孔隙率打印样品,将其蒸制,然后探究其质构特性,并将其与黄花鱼背部肌肉对比。为了说明打印样品与真实鱼的相似,我们将黄花鱼背部肌肉每个质构指标的平均值定义为10分。仿鱼打印样品相应的平均值和标准差根据比例也被计算。

硬度是阻止变形的力。在上图a中,当孔隙率从15.86%增加到73.50%,样品硬度逐渐下降。对于200 μm喷嘴打印的样品,硬度从7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N;而对于600 μm喷嘴打印的样品,样品硬度从3.82 ± 0.46 N下降到0.62 ± 0.15 N,这表面更小的孔隙率和更细的细丝能够产生更大的硬度。在打印期间,更小的喷嘴带来的更大硬度导致食品油墨中的原料更紧凑,且在质构分析中很难变形。因此,在相同孔隙率下,200 μm细丝制备的样品比600 μm细丝制备的样品更硬。孔隙率15.86%的200μm细丝打印样品硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接近其真实对照物(7.04 ± 1.77 N)。

当变形力去除后物体恢复到其未变形状态的比率被定义为弹性。在上图b中,不管精度和孔隙率,所有打印样品的弹性大约为0.6。这说明SPI/XG/RS质地弹性取决于原料配方,而很少受打印参数的影响。蒸制S20 × 3R15食品油墨材料弹性媲美真实黄花鱼背部肌肉弹性(0.58 ± 0.09)。

为了克服食物表面与与食物接触的材料表面之间的吸附力,需要一个反作用力,并将其定义为粘附力。在上图c中,不管孔隙率和打印精度,所有打印样品的粘附力大约为2.5,这可能也与材料本身有关。打印样品的粘附力接近真实鱼的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被定义为咀嚼固体样品到吞咽状态所需的能量,它被定义为是硬度*内聚性*弹性。在上图d中,打印样品的咀嚼性随孔隙率和打印精度变化。随着孔隙率从15.86%变化到73.50%,对于200 μm细丝,咀嚼性从248.72 ± 38.18变化到80.26 ± 7.82;对于600 μm细丝,咀嚼性从154.28 ± 21.33 变化到23.28 ± 4.83。黄花鱼真实背部肌肉的咀嚼性为185.76 ± 74.79,这与孔隙率为15.86%的200 μm细丝打印样品咀嚼性 (248.72 ± 38.18)一致。

胶粘性是瓦解一个半固体食品到利于吞咽状态所需的能量,被定义为是硬度*内聚性。上图e显示了不同孔隙率和细丝对打印样品胶粘性的影响。随着孔隙率的增加,打印样品胶粘性发生下降。对于200 μm细丝打印样品,胶粘性从436.36 ± 51.42下降到116.14 ± 9.94;然而,对于600 μm细丝打印样品,胶粘性从246.48 ± 24.74下降到35.37 ± 8.72。黄花鱼背部肌肉真实胶粘性为321.85 ± 113.66,与孔隙率为15.86%的200 μm细丝打印样品胶粘性值(436.36 ± 51.42)相似。

总之,研究人员通过不同的孔隙率和喷嘴大小来调节3D食品质构特性。通过控制食品油墨配方和设计模型,我们可能创造具有特定质构的个性化食品。在此,研究人员生产出孔隙率为15.86%的200 μm细丝打印样品,被叫做“仿鱼",其具有黄花鱼真实背部肌肉一样的质构特性,特别是硬度和弹性。


原文下载链接

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





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