華南理工陳玲團隊：3D打印可用于制備更加健康的耐消化淀粉食品

來源：食研私享

近日，華南理工大學-食品科學與工程學院：鄭博（1作）、陳玲*（通訊）聯合英國華威大學-國際納米復合材料制造研究所 (IINM)：Fengwei Xie*（共通訊）等在農林科學1區(qū)TOP期刊FoodHydrocolloids（IF：9.147）在線發(fā)表了題為“Effect of pre-printing gelatinization degree on the structure anddigestibility of hot-extrusion 3D-printed starch”的研究文章。

熱擠壓3D打印（HE-3DP）是一種能夠在食品領域實現外觀個性化和營養(yǎng)定制化的新興技術。然而，對淀粉類物質熱擠壓3D打印的研究還處于起步階段。通常情況下，淀粉需要進行預糊化并制成凝膠后才能用于熱擠壓3D打印。當淀粉凝膠在打印機加熱筒中進行熱剪切處理時，會改變其結構進而調整其流變性能和可打印性。

迄今為止，還沒有關于使用3D打印來調節(jié)淀粉消化率的研究。然而，通過3D打印來改變淀粉結構，特別是晶態(tài)和非晶態(tài)域來調節(jié)淀粉消化率，將為創(chuàng)造健康食品提供新的思路。該研究根據慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的結構特點以及前期對印刷適性的研究成果，研究了印刷前淀粉糊化程度對HE-3DP生產的淀粉材料結構和體外消化率的影響。更具體地說，印刷適性和消化率的變化與晶態(tài)和非晶態(tài)域變化以及淀粉鏈的解旋/纏繞行為有關。該項工作將有助于合理設計HE-3DP工藝，以生產具有更強抗消化性能的淀粉產品。

研究亮點

1. 大米和小麥淀粉采用熱擠壓3D打印加工。

2. 印刷前糊化程度影響淀粉的印刷適性和消化率。

3. 印刷前低糊化程度誘導形成有序結構。

4. 結晶度隨著印刷前糊化度的增加而降低。

5. 實現了大米和小麥淀粉理想的印刷適性和消化率（耐消化性）。

成果介紹

該文探討了印刷前不同糊化程度的大米和小麥淀粉的結構（晶態(tài)和非晶態(tài)域以及微相結構均勻性)、印刷適性和消化率之間的關系。印刷前糊化程度較低的淀粉凝膠由于顆粒結構和有序結構（如微晶和螺旋）的存在，在HE-3DP過程中更容易促進分子鏈的聚集和新的有序結構的形成。糊化程度較高的淀粉凝膠材料結構以非晶態(tài)和疏松為主，淀粉鏈具有較高的流動性。在這種情況下，HE-3DP更有可能進一步破壞淀粉結構，淀粉鏈更難重新排列成有序結構。

值得注意的是，當大米淀粉和小麥淀粉的糊化程度分別為50%和40%時，可獲得理想的印刷適性和消化率（耐消化性）。總體而言，該研究可為利用HE-3DP設計健康淀粉基食品提供有益信息。

圖1. 不同糊化度的印刷淀粉凝膠樣品（RG：大米淀粉、WG：小麥淀粉；從左到右的糊化度分別為30%，40%，50%，60%，70%）。

圖2. 印刷前糊化度對熱擠壓3D打印后淀粉結構和消化率影響的機理示意圖。（RDS：快速消化淀粉；SDS：慢消化淀粉；RS：抗性淀粉）

相關論文鏈接：10.1016/j.foodhyd.2021.107210