利用蚕豆分馏物开发的一种3D打印食品原型的实验流程与前景介绍

01 文章主题
本研究利用蚕豆分馏物开发了一种3D打印食品原型，通过BIO X生物打印机实现了富含蛋白质、淀粉和纤维的食品个性化生产。研究重点探讨了不同墨水的流变特性、打印性、质地及微观结构，以探索不同组分和填充图案对3D打印食品特性的影响，进而满足消费者对个性化营养的需求。食品3D打印技术不仅扩宽了营养和食品配方的应用领域，还为创造具有特定质地与结构的食品提供了创新思路

02 实验流程

- 3.4  压缩力分析：顶部压缩时的峰力显著大于侧面压缩，表明立方体的顶部结构更密实，需要更大的压缩力。同时，蛋白质丰富的样本在顶部压缩时表现出最高的峰力，而淀粉丰富的样本在顶部压缩时显示出较高的峰应变。这些结果表明墨水成分和压缩方向对立方体的质地特性有显著影响。
 

- 3.5  碎片分析：顶部压缩产生的碎片较小，而侧面压缩产生较大碎片，这可能与层间间隙有关，显示了压缩方向对碎片大小和分布有显著影响。
 

- 3.6  碎片形态：从顶部压缩产生的碎片更小，而从侧面压缩产生的碎片较大。

- 3.7  扫描电子显微镜（SEM）观察：SEM图像显示冷冻和冷冻干燥对所有样本的微观结构产生了显著影响，行程了多孔结构。蛋白质丰富的样本表面更光滑，孔洞边缘更圆滑，而富含纤维和淀粉的样本则呈现出较多不规则的结构，反映了墨水成分对3D打印食品微观结构的影响。
 

- 3.8  主成分分析：
❊蛋白质含量与压缩力和损耗因子（tan δ）的关系：主成分分析的第一主成分（PC1）与蛋白质含量及其相关变量关联。蛋白质含量较高的样本在压缩测试中显示出较高的压缩力和损耗因子，表明这些样本具有更高的能量耗散比例。
❊纤维和淀粉含量与墨水特性的关系：第二主成分（PC2）与纤维和淀粉含量相关的变量关联，纤维和淀粉含量较高的样本在3D打印过程中可能表现出更好的形状稳定性和质地特性。
 

图6：展示了前两个主成分（PC），它们共同解释了总变异的74.5%（PC1占53%，PC2占21.5%）。蛋白质含量和直接相关的变量与PC1相关，而纤维和淀粉含量相关的变量与PC2相关。

04 讨论
不同组成的墨水被调整以创造具有良好流动性和形状稳定性的可打印墨水。墨水的水分含量随着纤维和淀粉含量的增加而增加。纤维可能在稳定立方体形状方面发挥了作用。所有墨水主要表现为类似固体的行为，储能模量（G0值）在大约2-30 kPa范围内。淀粉丰富的样本表现出比其他墨水更高的屈服应力。通过压缩测试分析了冷冻干燥样本的质地，扫描电子显微镜图像显示其微观结构由30-70微米的腔体组成。

05结论
研究表明，从蚕豆中提取的蛋白质、淀粉和纤维丰富的组分可以成功地组合，创造出用于3D打印的营养可打印墨水。墨水的组成对冷冻干燥后3D打印物体的质地特性有显著影响，而填充图案（蜂窝/网格）对质地无明显影响。增加的微观结构异质性似乎与压缩时降低的峰值力相关。未来的研究可以评估其他后处理步骤（如烘焙或油炸）对形状稳定性的影响，此外，感官和消费者测试也将是产品优化的关键。

这项基于蚕豆分馏物的3D打印食品研究在多个方面展示了巨大的潜力和优势，为食品行业和个性化营养提供了新的方向
 

未来，3D打印食品有望商业化，技术进步将使其更精细、多样化，可能进入大众市场，开发新型功能性食品。

文章中文标题：蚕豆分馏物用于3D打印富含蛋白质、淀粉和纤维的食品
文章英文标题：Faba Bean Fractions for 3D Printing of Protein-, Starch- and Fibre-Rich Foods
文章英文链接：https://www.mdpi.com/2227-9717/10/3/466