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

來(lái)源： 食研私享

2021年12月1日，中國(guó)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(guò)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(duì)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(guò)對(duì)食品材料進(jìn)行改性以開(kāi)發(fā)適用于各種類(lèi)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(guò)添加親水膠體和采用超微粉碎的方法來(lái)對(duì)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(guò)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(lèi)型擠出式食品3D打印機(jī)，評(píng)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(guò)評(píng)價(jià)食品油墨流變性能、水合性質(zhì)和質(zhì)地特性來(lái)解釋超微粉碎對(duì)食品油墨體系3D可打印性的影響；(3) 闡明3D打印過(guò)程對(duì)CBPE的α-AI活性的影響。

圖1. 不同類(lèi)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(guò)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(guò)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(shì)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(duì)α-AI活性的影響較?。≒<0.05），更適合于CBPE類(lèi)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(duì)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(zhuān) 家 簡(jiǎn) 介
么楊，中國(guó)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(guó)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(duì)α-糖苷酶抑制活性的機(jī)理研究, 2018-01至2021-12,22萬(wàn)元, 在研, 主持 2. 國(guó)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(wàn)元，在研，參加。3. 港澳臺(tái)科技合作專(zhuān)項(xiàng)-綠豆多糖免疫活性評(píng)價(jià)及產(chǎn)品聯(lián)合研發(fā)，2014DFT30280, 2014.12-2016.12,200萬(wàn)元，已結(jié)題。