馬鈴薯淀粉復合凝膠的流變學和3D打印性能

來源: 食品科學雜志

2021年8月2日食品領域頂級期刊Journal of Food Engineering在線發(fā)表了題為“Rheological & 3D printing properties of potato starch composite gels”的研究型文章。南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院楊帆博士是文章的通訊作者。

淀粉復合凝膠3D打印過程的示意圖

3D 打印是一種通過逐層沉積來制造具有目標模型產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。淀粉糊化形成凝膠已經(jīng)是目前最常見的制備 3D 打印食品的方法之一。然而，純淀粉的水凝膠的機械加工性能不足以滿足 3D 打印對物料擠出性和形狀維持性的雙重需求。海藻酸鈉和黃原膠是工業(yè)多糖，可以通過增強淀粉凝膠結構，從而增加擠出后 3D 打印產(chǎn)品的形狀穩(wěn)定性，已被證實具有食品 3D 打印性的潛力。不同實驗配方的初步研究表明，由淀粉、水和海藻酸鈉組成的淀粉復合凝膠具有 3D 可打印性。然而，添加海藻酸鈉和黃原膠對基于變性淀粉復合凝膠的印刷產(chǎn)品幾何精度和結構的影響尚不明確。

已有一些報道專注于添加食用膠對3D打印行為的影響。但這些研究沒有從宏觀的計算流體動力學模擬和材料微觀物理性質的角度來系統(tǒng)地闡明控制3D形狀精度的機制。因此，該文旨在研究不同配方的淀粉復合凝膠對3D打印性能的影響，利用宏觀的計算流體動力學模擬和材料的微觀物理分析，系統(tǒng)地探索控制3D形狀精度的機制，并對3D打印材料的物理性能 (如流變性能) 區(qū)域進行標準化。同時，筆者還分析了3D打印過程中材料分子結構可能的演化模型，試圖解釋3D打印過程中物料分子結構的變化機理。

目標模型及其相應3D打印樣品代表照片 (A：添加海藻酸鈉的材料；B：添加黃原膠的材料；C：添加海藻酸鈉/黃原膠的材料)

速度-幅值分布的橫截面視圖：(a) 在0.1 s時刻；(b) 在2.0 s時刻

用于打印的注射器橫截面上的運動粘度分布：(a) 在0.1 s時刻；(b)在2.0 s時刻

南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院楊帆博士是文章的通訊作者，在學院的關懷、多位校領導和主要院領導以及團隊的大力支持下，構建了食品3D打印平臺，致力于谷物等農(nóng)產(chǎn)品等3D打印食品的研發(fā)與應用。該研究得到了江蘇省自然基金與江蘇省高等學校自然基金等項目的支持。