马铃薯淀粉复合凝胶的流变学和3D打印性能

来源: 食品科学杂志

2021年8月2日食品领域顶级期刊Journal of Food Engineering在线发表了题为“Rheological & 3D printing properties of potato starch composite gels”的研究型文章。南京财经大学食品科学与工程学院杨帆博士是文章的通讯作者。

淀粉复合凝胶3D打印过程的示意图

3D 打印是一种通过逐层沉积来制造具有目标模型产品的生产过程。淀粉糊化形成凝胶已经是目前最常见的制备 3D 打印食品的方法之一。然而，纯淀粉的水凝胶的机械加工性能不足以满足 3D 打印对物料挤出性和形状维持性的双重需求。海藻酸钠和黄原胶是工业多糖，可以通过增强淀粉凝胶结构，从而增加挤出后 3D 打印产品的形状稳定性，已被证实具有食品 3D 打印性的潜力。不同实验配方的初步研究表明，由淀粉、水和海藻酸钠组成的淀粉复合凝胶具有 3D 可打印性。然而，添加海藻酸钠和黄原胶对基于变性淀粉复合凝胶的印刷产品几何精度和结构的影响尚不明确。

已有一些报道专注于添加食用胶对3D打印行为的影响。但这些研究没有从宏观的计算流体动力学模拟和材料微观物理性质的角度来系统地阐明控制3D形状精度的机制。因此，该文旨在研究不同配方的淀粉复合凝胶对3D打印性能的影响，利用宏观的计算流体动力学模拟和材料的微观物理分析，系统地探索控制3D形状精度的机制，并对3D打印材料的物理性能 (如流变性能) 区域进行标准化。同时，笔者还分析了3D打印过程中材料分子结构可能的演化模型，试图解释3D打印过程中物料分子结构的变化机理。

目标模型及其相应3D打印样品代表照片 (A：添加海藻酸钠的材料；B：添加黄原胶的材料；C：添加海藻酸钠/黄原胶的材料)

速度-幅值分布的横截面视图：(a) 在0.1 s时刻；(b) 在2.0 s时刻

用于打印的注射器横截面上的运动粘度分布：(a) 在0.1 s时刻；(b)在2.0 s时刻

南京财经大学食品科学与工程学院杨帆博士是文章的通讯作者，在学院的关怀、多位校领导和主要院领导以及团队的大力支持下，构建了食品3D打印平台，致力于谷物等农产品等3D打印食品的研发与应用。该研究得到了江苏省自然基金与江苏省高等学校自然基金等项目的支持。