中國農(nóng)科院么楊：白蕓豆蛋白油墨用于不同擠出類型食品3D打印機(jī)的可打印性評價(jià)

來源： 食研私享

2021年12月1日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所：Zhenxing Shi（1作）......、么楊*（通訊）等在農(nóng)林科學(xué)1區(qū)TOP期刊LWT-Food Science and Technology （IF：4.952）在線發(fā)表了題為“Three-dimensional (3D) printability assessment of food-ink systems with superfine ground white common bean (Phaseolus vulgaris L.) protein based on different 3D food printers”的研究文章。

3D打印又稱增材制造，是一種通過原材料逐層疊加、沉積，由數(shù)字模型制造個(gè)性化產(chǎn)品的新興技術(shù)。擠出式打印機(jī)是商業(yè)3D食品打印中最常用的設(shè)備。在擠出工藝中，通常采用4種機(jī)制（圖1）。對于所有這些基于擠出的3D打印系統(tǒng)，順暢打印和自支撐能力是食品材料能夠打印的前提，這在很大程度上取決于食品材料的物理性能，包括流變性能、膠凝性能和質(zhì)構(gòu)性能。因此，3D食品打印的研究熱點(diǎn)是通過對食品材料進(jìn)行改性以開發(fā)適用于各種類型的3D食品打印機(jī)的食品油墨。


已有研究表明，從白蕓豆（Phaseolus vulgaris L.）中分離出的α-淀粉酶抑制劑（α-AI）可以在體外抑制脂肪細(xì)胞分化，并調(diào)節(jié)肥胖大鼠的腸道微生物組成。如今，白蕓豆蛋白因富含α-AI已成為為肥胖或糖尿病患者定制健康食品的潛在原料。然而，目前通過添加親水膠體和采用超微粉碎的方法來對白蕓豆蛋白基凝膠改性用于3D打印的研究還很有限。此外，α-AI容易因熱不穩(wěn)定性而失去活性，3D打印過程將如何影響白蕓豆蛋白的α-AI活性仍是未知的。

因此，該研究的目的是：(1) 基于兩種類型擠出式食品3D打印機(jī)，評價(jià)超微粉碎白蕓豆蛋白提取物（CBPE）和親水膠體的食品-油墨體系的3D可打印性；(2) 通過評價(jià)食品油墨流變性能、水合性質(zhì)和質(zhì)地特性來解釋超微粉碎對食品油墨體系3D可打印性的影響；(3) 闡明3D打印過程對CBPE的α-AI活性的影響。

圖1. 不同類型的擠壓式3D食品打印機(jī)的原理圖。A-D表示注射器式擠壓系統(tǒng)、齒輪式擠壓系統(tǒng)、螺桿式擠壓系統(tǒng)和氣壓式擠壓系統(tǒng)。

亮點(diǎn)介紹
[1] 以白蕓豆蛋白提取物（CBPE）為原料，構(gòu)建了兩種食品油墨體系。
[2] CBPE的超微粉碎影響了食品油墨體系的3D可打印性。
[3] CBPE的超微粉碎改善了食品-油墨體系的物理性能。
[4] CBPE通過注射器式打印機(jī)進(jìn)行3D打印后，保留了α-淀粉酶抑制劑（a-AI）活性。

成果介紹
研究人員分別為注射器式3D食品打印機(jī) (海藻酸鈉0.5g、明膠6g、40gCBPE加入100mL水中) 和齒輪式3D食品打印機(jī) (瓊脂3.5g、黃原膠0.05g、12g CBPE加入100mL水中) 提供了兩種適宜的白蕓豆蛋白提取物（CBPE）食品油墨體系。

超微粉碎（p<0.05）顯著降低了CBPE的粒徑，主要是通過增加（p<0.05）注射器式3D食品打印機(jī)和齒輪式3D食品打印機(jī)的食品-油墨體系的黏附性和膨脹勢導(dǎo)致其可打印性降低。注射器式3D食品打印機(jī)打印產(chǎn)品的穩(wěn)定性下降主要是由于超微粉碎降低了持水性（P<0.05）。此外，注射器式3D食品打印機(jī)對α-AI活性的影響較小（P<0.05），更適合于CBPE類食品的打印。

這些發(fā)現(xiàn)有望為白蕓豆蛋白在3D食品打印技術(shù)中的潛在應(yīng)用提供新的思路。

圖2. 食品油墨體系的3D打印性能。A1和B1為3D打印機(jī)照片，A2和B2為打印產(chǎn)品，A3和B3為打印產(chǎn)品的穩(wěn)定性，A3和B3為打印產(chǎn)品形變細(xì)節(jié)。不同字母上標(biāo)代表結(jié)果差異顯著（p<0.05）。

縮略詞：CBPE：白蕓豆蛋白提取物；N：正常對照組白蕓豆蛋白粉；S-6：超微粉碎6min；S-12：超微粉碎12min；S-24，超微粉碎24min；NAG：N，海藻酸鈉和明膠的混合物；S-6AG：S-6、海藻酸鹽和明膠的混合物；S-12AG：S-12、海藻酸鹽和明膠的混合物；S-24AG：S-24、海藻酸鹽和明膠的混合物；NAgX：N，瓊脂和黃原膠的混合物；S-6AgX：S-6、瓊脂和黃原膠的混合物；S-12AgX：S-12，瓊脂和黃原膠的混合物；S-24AgX：S-24，瓊脂和黃原膠的混合物。

專 家 簡 介
么楊，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與食物安全博士，副研究員。研究方向：雜糧種質(zhì)資源功能因子挖掘與利用。
承擔(dān)項(xiàng)目：1. 國家自然科學(xué)基金委員會(huì), 青年科學(xué)基金項(xiàng)目, 31701591, 擠壓螺桿影響小豆蛋白對α-糖苷酶抑制活性的機(jī)理研究, 2018-01至2021-12,22萬元, 在研, 主持 2. 國家現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系-食用豆加工崗位項(xiàng)目，CARS-09-G18，2016.1-2020.12, 350萬元，在研，參加。3. 港澳臺(tái)科技合作專項(xiàng)-綠豆多糖免疫活性評價(jià)及產(chǎn)品聯(lián)合研發(fā)，2014DFT30280, 2014.12-2016.12,200萬元，已結(jié)題。