馬鈴薯淀粉復(fù)合凝膠的流變學(xué)和3D打印性能

來源: 食品科學(xué)雜志

2021年8月2日食品領(lǐng)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(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院楊帆博士是文章的通訊作者。

淀粉復(fù)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(biāo)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(jī)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(qiáng)淀粉凝膠結(jié)構(gòu)，從而增加擠出后 3D 打印產(chǎn)品的形狀穩(wěn)定性，已被證實(shí)具有食品 3D 打印性的潛力。不同實(shí)驗(yàn)配方的初步研究表明，由淀粉、水和海藻酸鈉組成的淀粉復(fù)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(fù)合凝膠的印刷產(chǎn)品幾何精度和結(jié)構(gòu)的影響尚不明確。

已有一些報(bào)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(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬和材料微觀物理性質(zhì)的角度來系統(tǒng)地闡明控制3D形狀精度的機(jī)制。因此，該文旨在研究不同配方的淀粉復(fù)合凝膠對3D打印性能的影響，利用宏觀的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)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(jī)制，并對3D打印材料的物理性能 (如流變性能) 區(qū)域進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)，筆者還分析了3D打印過程中材料分子結(jié)構(gòu)可能的演化模型，試圖解釋3D打印過程中物料分子結(jié)構(gòu)的變化機(jī)理。

目標(biāo)模型及其相應(yīng)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(shí)刻；(b) 在2.0 s時(shí)刻

用于打印的注射器橫截面上的運(yùn)動(dòng)粘度分布：(a) 在0.1 s時(shí)刻；(b)在2.0 s時(shí)刻

南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院楊帆博士是文章的通訊作者，在學(xué)院的關(guān)懷、多位校領(lǐng)導(dǎo)和主要院領(lǐng)導(dǎo)以及團(tuán)隊(duì)的大力支持下，構(gòu)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(yīng)用。該研究得到了江蘇省自然基金與江蘇省高等學(xué)校自然基金等項(xiàng)目的支持。