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来源：食研私享
导读：2021年9月17日，西北农林科技大学-食品科学与工程学院：Luyao Zheng（1作）......、江昊*（通讯）等在农林科学1区TOP期刊Food Hydrocolloids（IF：9.147）在线发表了题为“Effect of sodium chloridesolution on quality of 3D-printed samples molded using wheat starch gel”的研究文章。
3D打印，也被称为增材制造（AM），其使用计算机辅助设计（CAD）软件控制3D打印机通过连续添加材料层来塑造3D对象。与传统加工技术不同，3D打印技术可以很轻松地创造传统加工技术无法创造的复杂形状甚至内部结构。然而，由于目前食品材料的局限性限制了3D打印技术在食品中的广泛应用和发展，因此寻找3D打印的可替代食品材料被认为是这项新兴技术持续发展的关键。适用于3D打印的食品材料必须满足以下标准：易于挤出并且能够保持打印对象的结构。因此，了解印刷材料的物理特性对于实现高质量的3D结构至关重要。
小麦淀粉用于3D打印时，因其材料局限性导致其形状保持性较弱，不利于3D打印的沉积。NaCl已被证明对淀粉糊的糊化、流变性能和回生有显著影响。然而，现有文献报道的NaCl对淀粉凝胶回生的影响是相互矛盾的，即低浓度（例如低于7%）的NaCl会增加淀粉开始糊化的温度，而高浓度已被证明具有相反的效果。以上行为可以由水的结构和淀粉与离子之间的静电相互作用这两个因素来解释。因此，该文旨在了解3D打印中淀粉-水混合物体系在盐存在下的糊化和流变特性，以期全面改善印刷品工艺设计、质量和延长印刷品保存时间。
图文摘要
成果介绍
在这项研究中，研究人员首先制备了不同浓度梯度的NaCl溶液（0~200mM）和小麦淀粉（淀粉：NaCl溶液（或蒸馏水）=1：4（w/w），干基）组成的3D打印凝胶材料。然后测定了其形态（外观、形状和高度）、微观结构、键合结构、流变性能、糊化特性、质构分析、直链淀粉含量、接触角和表面自由能等性能。
小麦淀粉中添加适量的NaCl有助于改善凝胶可挤出性，也有助于在沉积后保持足够的黏度，使3D打印成品能够保持其形状，从而延长产品的存放时间。
当小麦淀粉中含有150mM NaCl时，支撑稳定性、线条均匀性和高度保持性相对较优。低浓度NaCl溶液（50和100 mM）增强了直链淀粉的氢链聚合，且凝胶强度显著提高。在较高浓度的NaCl溶液（150和200 mM ）中，Na⁺与淀粉分子中的羟基相互作用，阻碍了淀粉分子的聚合，并改善了可挤出性。含有150mMNaCl的淀粉凝胶具有适中的凝胶粘度和强度，能够轻松的构建印刷品。
糊化淀粉中出现的新的C-H弯曲振动形成了淀粉、水和盐的三元络合物，它决定了结构功能性，但并未导致糊化淀粉中出现新的官能团。同时，含150mM NaCl的凝胶印刷样品在长期贮藏后，由于NaCl抑制了淀粉凝胶的回生，其质地更加柔软，弹性更强。
基于以上研究结果，可以初步确定添加150mM NaCl的小麦淀粉材料相对适用于食品3D打印并且印刷成品可以长期保存。未来将探讨不同浓度梯度NaCl溶液对3D打印成品微观结构、物理特性和感官性能的深远影响。
使用不同浓度的NaCl溶液的胶凝凝胶3D打印的实心立方体直到立方体到达一定高度塌陷。显示的所有比例尺的长度均为10mm。
专家简介 江昊，博士，副教授/教研室主任，主要从事农产品物理加工，食品加工新技术，淀粉工程技术及食品3D打印等方面研究。近5年发表文章14余篇（中科院1区、2区、3区），申请专利5项，近五年参与撰写专著3部。
DIO：10.1016/j.foodhyd.2021.107197
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