中国农科院么杨：白芸豆蛋白油墨用于不同挤出类型食品3D打印机的可打印性评价

来源： 食研私享

2021年12月1日，中国农业科学院作物科学研究所：Zhenxing Shi（1作）......、么杨*（通讯）等在农林科学1区TOP期刊LWT-Food Science and Technology （IF：4.952）在线发表了题为“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打印又称增材制造，是一种通过原材料逐层叠加、沉积，由数字模型制造个性化产品的新兴技术。挤出式打印机是商业3D食品打印中最常用的设备。在挤出工艺中，通常采用4种机制（图1）。对于所有这些基于挤出的3D打印系统，顺畅打印和自支撑能力是食品材料能够打印的前提，这在很大程度上取决于食品材料的物理性能，包括流变性能、胶凝性能和质构性能。因此，3D食品打印的研究热点是通过对食品材料进行改性以开发适用于各种类型的3D食品打印机的食品油墨。


已有研究表明，从白芸豆（Phaseolus vulgaris L.）中分离出的α-淀粉酶抑制剂（α-AI）可以在体外抑制脂肪细胞分化，并调节肥胖大鼠的肠道微生物组成。如今，白芸豆蛋白因富含α-AI已成为为肥胖或糖尿病患者定制健康食品的潜在原料。然而，目前通过添加亲水胶体和采用超微粉碎的方法来对白芸豆蛋白基凝胶改性用于3D打印的研究还很有限。此外，α-AI容易因热不稳定性而失去活性，3D打印过程将如何影响白芸豆蛋白的α-AI活性仍是未知的。

因此，该研究的目的是：(1) 基于两种类型挤出式食品3D打印机，评价超微粉碎白芸豆蛋白提取物（CBPE）和亲水胶体的食品-油墨体系的3D可打印性；(2) 通过评价食品油墨流变性能、水合性质和质地特性来解释超微粉碎对食品油墨体系3D可打印性的影响；(3) 阐明3D打印过程对CBPE的α-AI活性的影响。

图1. 不同类型的挤压式3D食品打印机的原理图。A-D表示注射器式挤压系统、齿轮式挤压系统、螺杆式挤压系统和气压式挤压系统。

亮点介绍
[1] 以白芸豆蛋白提取物（CBPE）为原料，构建了两种食品油墨体系。
[2] CBPE的超微粉碎影响了食品油墨体系的3D可打印性。
[3] CBPE的超微粉碎改善了食品-油墨体系的物理性能。
[4] CBPE通过注射器式打印机进行3D打印后，保留了α-淀粉酶抑制剂（a-AI）活性。

成果介绍
研究人员分别为注射器式3D食品打印机 (海藻酸钠0.5g、明胶6g、40gCBPE加入100mL水中) 和齿轮式3D食品打印机 (琼脂3.5g、黄原胶0.05g、12g CBPE加入100mL水中) 提供了两种适宜的白芸豆蛋白提取物（CBPE）食品油墨体系。

超微粉碎（p<0.05）显著降低了CBPE的粒径，主要是通过增加（p<0.05）注射器式3D食品打印机和齿轮式3D食品打印机的食品-油墨体系的黏附性和膨胀势导致其可打印性降低。注射器式3D食品打印机打印产品的稳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食品打印机对α-AI活性的影响较小（P<0.05），更适合于CBPE类食品的打印。

这些发现有望为白芸豆蛋白在3D食品打印技术中的潜在应用提供新的思路。

图2. 食品油墨体系的3D打印性能。A1和B1为3D打印机照片，A2和B2为打印产品，A3和B3为打印产品的稳定性，A3和B3为打印产品形变细节。不同字母上标代表结果差异显著（p<0.05）。

缩略词：CBPE：白芸豆蛋白提取物；N：正常对照组白芸豆蛋白粉；S-6：超微粉碎6min；S-12：超微粉碎12min；S-24，超微粉碎24min；NAG：N，海藻酸钠和明胶的混合物；S-6AG：S-6、海藻酸盐和明胶的混合物；S-12AG：S-12、海藻酸盐和明胶的混合物；S-24AG：S-24、海藻酸盐和明胶的混合物；NAgX：N，琼脂和黄原胶的混合物；S-6AgX：S-6、琼脂和黄原胶的混合物；S-12AgX：S-12，琼脂和黄原胶的混合物；S-24AgX：S-24，琼脂和黄原胶的混合物。

专 家 简 介
么杨，中国农业科学院农产品质量与食物安全博士，副研究员。研究方向：杂粮种质资源功能因子挖掘与利用。
承担项目：1. 国家自然科学基金委员会, 青年科学基金项目, 31701591, 挤压螺杆影响小豆蛋白对α-糖苷酶抑制活性的机理研究, 2018-01至2021-12,22万元, 在研, 主持 2. 国家现代产业技术体系-食用豆加工岗位项目，CARS-09-G18，2016.1-2020.12, 350万元，在研，参加。3. 港澳台科技合作专项-绿豆多糖免疫活性评价及产品联合研发，2014DFT30280, 2014.12-2016.12,200万元，已结题。