华南理工陈玲团队：3D打印可用于制备更加健康的耐消化淀粉食品

近日，华南理工大学-食品科学与工程学院：郑博（1作）、陈玲*（通讯）联合英国华威大学-国际纳米复合材料制造研究所 (IINM)：Fengwei Xie*（共通讯）等在农林科学1区TOP期刊FoodHydrocolloids（IF：9.147）在线发表了题为“Effect of pre-printing gelatinization degree on the structure anddigestibility of hot-extrusion 3D-printed starch”的研究文章。

热挤压3D打印（HE-3DP）是一种能够在食品领域实现外观个性化和营养定制化的新兴技术。然而，对淀粉类物质热挤压3D打印的研究还处于起步阶段。通常情况下，淀粉需要进行预糊化并制成凝胶后才能用于热挤压3D打印。当淀粉凝胶在打印机加热筒中进行热剪切处理时，会改变其结构进而调整其流变性能和可打印性。

迄今为止，还没有关于使用3D打印来调节淀粉消化率的研究。然而，通过3D打印来改变淀粉结构，特别是晶态和非晶态域来调节淀粉消化率，将为创造健康食品提供新的思路。该研究根据慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的结构特点以及前期对印刷适性的研究成果，研究了印刷前淀粉糊化程度对HE-3DP生产的淀粉材料结构和体外消化率的影响。更具体地说，印刷适性和消化率的变化与晶态和非晶态域变化以及淀粉链的解旋/缠绕行为有关。该项工作将有助于合理设计HE-3DP工艺，以生产具有更强抗消化性能的淀粉产品。

研究亮点

1. 大米和小麦淀粉采用热挤压3D打印加工。

2. 印刷前糊化程度影响淀粉的印刷适性和消化率。

3. 印刷前低糊化程度诱导形成有序结构。

4. 结晶度随着印刷前糊化度的增加而降低。

5. 实现了大米和小麦淀粉理想的印刷适性和消化率（耐消化性）。

成果介绍

该文探讨了印刷前不同糊化程度的大米和小麦淀粉的结构（晶态和非晶态域以及微相结构均匀性)、印刷适性和消化率之间的关系。印刷前糊化程度较低的淀粉凝胶由于颗粒结构和有序结构（如微晶和螺旋）的存在，在HE-3DP过程中更容易促进分子链的聚集和新的有序结构的形成。糊化程度较高的淀粉凝胶材料结构以非晶态和疏松为主，淀粉链具有较高的流动性。在这种情况下，HE-3DP更有可能进一步破坏淀粉结构，淀粉链更难重新排列成有序结构。

值得注意的是，当大米淀粉和小麦淀粉的糊化程度分别为50%和40%时，可获得理想的印刷适性和消化率（耐消化性）。总体而言，该研究可为利用HE-3DP设计健康淀粉基食品提供有益信息。

图1. 不同糊化度的印刷淀粉凝胶样品（RG：大米淀粉、WG：小麦淀粉；从左到右的糊化度分别为30%，40%，50%，60%，70%）。

图2. 印刷前糊化度对热挤压3D打印后淀粉结构和消化率影响的机理示意图。（RDS：快速消化淀粉；SDS：慢消化淀粉；RS：抗性淀粉）