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研究人员采用双喷嘴3D打印技术,以大豆分离蛋白-黄原胶-淀粉复合物(作为模拟肌肉材料)和纳米淀粉-卡拉胶乳液凝胶(作为模拟脂肪材料)制造了植物基黄鱼肉块组织类似物。通过测试指标鉴定,3D打印出来复合结构的植物基黄鱼肉具有良好的模拟形状与质构。
迄今为止,全球约90%的鱼类资源已达到可持续捕捞的极限。同时,集约养殖和水产养殖虽然效益巨大,但对环境造成了严重的污染,并无法避免一定程度的局部环境区域与种源退化。为了应对未来有限的产能和环境污染的双重挑战,植物基鱼类替代品已成为传统渔业的潜在解决方案之一。
一支研究团队通过双喷嘴3D打印技术以植物来源材料为主要加工对象,成功模拟了可食用的黄鱼肉样组织。
该研究的通讯作者徐恩波解释说:“基于微断层扫描(micro-CT)数据,我们解析了黄鱼不同组织部位的结构情况,并通过CAD软件重构了黄鱼肉背部、腹部肉质底部和尾部的肌肉/脂肪等高仿真模型,便于后续3D打印。我们期望用来自植物的材料如大豆分离蛋白、淀粉等,在双喷嘴3D打印技术的帮助下,实现植物基鱼肉食物的外貌、质构拟真。”
黄鱼鱼肌肉组织不同部位的微断层扫描(micro-CT)
首先,真实鱼肉组织完成一系列浸泡处理后,使用碘溶液对鱼进行染色,以区分脂肪和肌肉的分布。这为后续建立可打印组织模型提供了信息参考,然而在调整多喷嘴3D打印的参数以实现高精度方面仍面临挑战。
“我们通过控制双喷嘴打印即手动校准双喷嘴偏移、层高、填充率、打印速度、气压等参数来优化打印过程,”第一作者利婕分享道,“最终,我们成功制造了一款植物基鱼肉的3D产品,其复合结构的打印精度超过90%。”
研究人员对模拟鱼肉的质地、水分分布和营养成分进行了分析,并与真实的黄鱼肉进行了比较。研究团队报告称,经相关指标测定与评估,模拟鱼肉的质地特征、水分分布和许多营养成分的含量与真实鱼肉相近。
植物基黄鱼肌肉组织的双喷嘴3D打印
(S1-背部肉质;S2-腹部肉质底部;S3-尾部)
该篇综述已发表在期刊Food Physics上,欢迎领域内的学者同仁阅读、下载:
Li, J. et al. Simulated construction of plant-based fish meat with composite structure via dual-nozzle extrusion 3D printing. Food Physics, Volume 2, 2025, 100028, 2950-0699
https://doi.org/10.1016/j.foodp.2024.100028
期刊及主编介绍
Food Physics(食品物理学)是一本深化食品科学与工程的交叉学科建设、加强食品物理学领域学术交流的开放获取型国际期刊,期刊主编由江苏大学食品物理加工研究院院长马海乐教授担任。现期刊已被数据库CAS收录。
⌈食品物理学⌋ 包含 ⌈食品物理加工⌋ 和 ⌈食品物理特性⌋ 两大主题,值得一提的是 ⌈食品物理加工⌋ 这一在食品领域极富活力的新概念是由江苏大学马海乐教授提出的,被定义为利用具有生物学效应的声、光、电、磁、力等物理因子调控食品加工过程,形成更为绿色、高效、智能的食品加工新技术,是食品加工与物理技术交叉的产物。⌈食品物理学⌋ 通过融入食品材料的声、光、电、磁、力等物理特性,将 ⌈食品物理加工⌋ 推入到了一个新的发展高度。⌈食品物理学⌋ 将会和 ⌈食品化学⌋、⌈食品微生物学⌋、⌈食品酶学⌋ 等一起构成食品科学与工程学科的基础分支学科,可显著拓宽本领域学者与工程技术人员的创新思维。
Food Physics旨在为国际上开展食品物理学研究的同行构筑一个专业的学术交流平台,围绕食品物理学的理论与技术创新,汇集全球智慧,开展多学科、跨国界的学术交流与合作研究,提高现代物理技术对食品产业发展的促进作用。
期刊主要刊发关于食品物理加工和食品物理特性的论文,主题包括但不限于:
基于非热物理学的食品加工技术,如超声波、脉冲光、电场、磁场、等离子体、激光、紫外线、辐照、超高压、超临界或亚临界流体。
基于热物理学的食品加工技术,如微波、红外、射频、欧姆和电加热。
基于物理学的食品质量及其加工参数的快速检测技术,如计算机视觉、电子鼻、电子舌、近红外光谱、拉曼光谱、超声波、核磁共振和生物传感器。
物理技术在食品制造中的应用,如提取、酶解、发酵、诱变、老化、乳化、杀菌、包埋和烘焙。
物理技术在农产品加工中的应用,如清洗、去皮、钝酶、干燥、杀菌、腌制、速冻和解冻。
食品的物理特性,如力学特性、光学特性、热学特性和电磁学特性。
Food Physics所有文章将经过严格的同行评审,一经收录将发表在月活用户超过1800万的ScienceDirect平台供领域内的学者及全球读者免费阅读、下载及引用。欢迎广大的教师、学生、科研工作者踊跃投稿!
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