2023年6月，浙江大学生物系统工程与食品科学学院陆柏益课题组在国际期刊 International Journal of Biological Macromolecules （1区Top, IF:8.2）发表题为“Investigation of the mechanism of different 3D printing performance of starch and whole flour gels from tuber crops”（块茎作物淀粉和全粉凝胶不同3D打印表现的机理研究）研究性论文。浙江大学为文章第一署名单位，博士研究生季圣阳为第一作者，陆柏益教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发项目（2021YFD1600100），国家农业产业技术体系岗位科学家项目（CARS-11）以及农业农村部农产品质量安全财政专项（GJFP202043）的支持。

论文题目

  3D打印技术在食品加工中的应用已经成为食品制造和设计领域的最新突破之一，木薯淀粉和木薯全粉作为木薯尤为重要的两种加工产物，其应用于食品3D打印的加工适用性情况不明。本研究以木薯淀粉和木薯全粉为研究对象，结果发现木薯全粉的打印精度显著高于木薯淀粉，造成上述结果的主要原因是热糊化后的木薯全粉含有更高的分支度，从而增加木薯全粉的结晶度，这会进一步降低木薯全粉凝胶体系在挤出时的G₂′，促进凝胶在3D打印过程中的顺利挤出，从而最终提升木薯全粉凝胶的打印精度。此外，和热糊化后的木薯淀粉相比，木薯全粉具有更高的平均分子尺寸和聚合度为100-1000的短直链淀粉，这能够降凝胶体系的挤出难度，从而提升凝胶的3D打印表现。热糊化后木薯全粉的短程有序结构高于木薯淀粉也是其打印精度较高的原因之一。上述的研究成果为木薯淀粉和木薯全粉应用于食品3D打印提供了有价值的信息。

  研究亮点：

  1.首次发现木薯全粉的3D打印表现高于木薯淀粉；

  2.从多尺度结构和凝胶性质角度系统阐明木薯全粉和木薯淀粉打印表现差异化的原因。

  研究结论：

  1.木薯全粉中蛋白质、脂质和粗纤维含量高于木薯淀粉是其打印精度更高的原因之一；

  2.热糊化后木薯全粉和木薯淀粉的分子尺寸、100<X≤1000的短直链淀粉链、分支度、短程有序结构等多尺度结构的差异是导致全粉和淀粉3D打印差异化的主要原因；

  3.热糊化后木薯全粉更高的分子尺寸、100<X≤1000的短直链淀粉链、分支度有利于3D打印过程中凝胶的顺畅挤出；

  4.热糊化后木薯全粉更高的短程有序结构有利于3D打印产品的自支撑性；

  图文赏析：

不同块茎作物的全粉和淀粉凝胶的3D打印实物图

不同块茎作物的全粉和淀粉凝胶流变学性质

不同块茎作物的全粉和淀粉精细结构

不同块茎作物的全粉和淀粉凝胶的3D打印产品微观结构

  文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124448

  参考文献：

Ji, S. Y., Zeng, Q. X., Xu, M. H., Li, Y., Xu, T., Zhong, Y. H., Liu, Y. Q., Wang, F. Z. & Lu, B. Y. 2023. Investigation of the mechanism of different 3D printing performance of starch and whole flour gels from tuber crops. International Journal of Biological Macromolecules, 241, 124448.

图文来源：质量安全与营养品质评价岗位团队 季圣阳