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为解决传统渔业生产效率低、环境污染等问题，研究人员开展 “通过双喷嘴挤出 3D 打印模拟构建复合结构植物基鱼肉” 的研究。利用双喷嘴 3D 打印技术制备出高模拟度的植物基黄花鱼组织类似物，其在质地、水分分布和营养成分等方面与真鱼肉相近，为渔业可持续发展提供新途径。
在当今时代，随着人们生活水平的提高，对鱼类的消费需求日益增长。据联合国粮食及农业组织（FAO）估计，到 2050 年，全球鱼类消费量将达到 1.4 亿吨。然而，现实却不容乐观。全球约 90% 的鱼类资源已达到可持续捕捞极限，传统渔业面临着巨大压力。与此同时，高密度水产养殖虽然在一定程度上满足了市场需求，但却给环境带来了严重的污染和破坏。海洋中充斥着大量塑料垃圾，这些污染物甚至在极地附近的海洋生物体内都能被检测到。在这样的背景下，寻找传统渔业的替代方案迫在眉睫，植物基鱼模拟产品应运而生。
为了应对这一系列挑战，来自国内的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们聚焦于通过双喷嘴挤出 3D 打印技术模拟构建具有复合结构的植物基鱼肉，相关研究成果发表在《Food Physics》上。这项研究对于缓解渔业资源压力、减少环境污染以及满足消费者对健康、可持续食品的需求具有重要意义。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用微 CT 扫描技术对黄花鱼组织进行扫描，获取其详细的结构信息，为后续的模型构建提供基础。其次，采用双喷嘴挤出 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墨水，纳米淀粉 - 卡拉胶乳液凝胶作为模拟脂肪墨水，打印出植物基黄花鱼组织类似物。最后，运用低场核磁共振（LF NMR）、纹理分析和营养分析等技术，对模拟鱼肉的水分状态、质地和营养成分进行检测和分析。
下面来看具体的研究结果：
- Micro-CT 扫描和分析黄花鱼鱼肉：对黄花鱼不同部位进行 Micro-CT 扫描，结果显示不同部位肌肉结构存在差异。如背部肌肉基本结构相似，但脂肪 / 肌肉比例略有不同；腹部肌肉结构因腹腔存在而具有特异性；尾部肌肉呈现典型的同心圆结构。基于这些结果，选取背部肉（S1）、腹部肉底部（S2）和尾部（S3）作为后续实验的主要样本区域。
- 构建肌肉 / 脂肪复合打印模型：通过对 Micro-CT 扫描数据的处理，生成了 3D 模型。但由于原始模型数据量过大，无法直接用于 3D 打印，研究人员对其进行优化。先将样本切割成小方块处理，生成可被打印机识别的 STL 模型数据，再利用 CAD 软件构建高度模拟的鱼组织复合模型，为 3D 打印做好准备。
- 双喷嘴 3D 打印植物基鱼肌肉组织：采用双喷嘴 3D 打印方法，对打印参数进行预实验测试和优化调整，如双喷嘴偏移校准、移动速率匹配、气压调整、层高度、填充率和切片路径设置等。最终成功打印出三个部位的模拟鱼肉，打印控制精度均达到 90% 以上，表明该技术能够有效构建高模拟度的鱼肉模型。
- 植物基黄花鱼鱼肉组织的水状态和分布分析：利用 LF NMR 分析植物基黄花鱼肌肉组织的水分状态，并与真黄花鱼鱼肉进行比较。结果显示，两者均存在自由水（T23）、 immobilized 水（T22）和紧密结合水（T2b）三种水分组分，且T22含量最高，约为 90%。在 S3 部分，植物基鱼肉对各水分组分含量的模拟效果最佳，表明植物基鱼肉在水分分布方面与真鱼肉具有较高的相似性。
- 植物基黄花鱼鱼肉组织的质构分析：对模拟鱼肉进行质地剖面分析（TPA），结果表明，模拟鱼肉与真鱼肉在硬度方面存在一定差异，但在弹性和回复性等方面较为接近。这说明 3D 打印制备的复合结构模拟鱼肉在质地特性上与真鱼肉有一定相似性，尽管硬度方面还需进一步优化，但已具备一定的可替代性。
- 植物基黄花鱼鱼肉组织的营养分析：以模拟鱼背部肉为代表，与真黄花鱼背部肌肉进行营养成分比较。结果显示，植物基鱼肉的粗蛋白和粗脂肪含量略低于真鱼肉，但在氨基酸和脂肪酸组成方面与真鱼肉高度相似。例如，两者的必需氨基酸含量相近，模拟鱼肉的 DHA 含量与真鱼肉相似度达 94.4%，表明 3D 打印制备的模拟鱼肉在营养方面能够满足人体需求，具有潜在的替代价值。
综上所述，研究人员通过双喷嘴 3D 打印技术，成功制备出具有复合结构的植物基黄花鱼组织类似物。该研究基于 Micro-CT 扫描数据构建了高模拟度的 3D 打印模型，并优化了打印过程，使得打印精度达到 90% 以上。模拟鱼肉在质地特性、水分分布和营养成分等方面与真鱼肉相近，为解决传统渔业面临的问题提供了新的思路和方法，有望推动植物基食品产业的发展，为实现可持续食品供应做出重要贡献。
