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一、研究背景

3D打印技術是一種快速成型技術，目前在食品領域得到了廣泛應用。魔芋塊莖加工的魔芋粉與牛奶中的乳清蛋白所形成的凝膠體系可用于3D打印。江南大學張慜教授團隊在《LWT》期刊（IF=6）上發(fā)表了題目為“Effect of whey protein on the 3D printing performance of konjac hybrid gel"的文章（DOI: 10.1016/j.lwt.2020.110716），文章研究了魔芋蛋白凝膠體系的3D打印性能。結(jié)果表明，添加乳清蛋白后，魔芋凝膠的流變性能得到改善，包括貯能模量（G′）和粘度等；凝膠的硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性等質(zhì)構(gòu)特性也得到了提高；微觀結(jié)構(gòu)分析表明，乳清蛋白的加入會改變原有的凝膠結(jié)構(gòu)，形成一種新的結(jié)構(gòu)，使凝膠密度更大。它還會影響印刷品的支撐性能和擠出過程的流暢性。根據(jù)結(jié)果，我們可以得出結(jié)論，乳清蛋白粉的添加對凝膠的3D打印性能有影響。添加20%乳清蛋白可顯著改善打印性能。

二、實驗方法

1.魔芋乳清蛋白凝膠的制備

首先將魔芋粉與蒸餾水按1:25（wt/wt）比例混合，快速攪拌至溶解，加入0.3% （wt/wt）碳酸氫鈉，再次攪拌，加入2% （wt/wt）的凝膠混合均勻。以不添加乳清蛋白粉的混合組為對照組，添加濃度為5% （wt / wt），10% （wt / wt）， 15% （wt / wt），20% （wt / wt），25% （wt / wt），30% （wt/wt）乳清蛋白粉，共7組。各組在85°C下水浴30 min，用塑料薄膜包裹，以防止水分蒸發(fā)，在水浴過程中每10 min攪拌一次，使物料受熱均勻。

2.質(zhì)構(gòu)測試方法

使用質(zhì)構(gòu)儀（TA.Xtc-18，上海保圣）和TA/36探頭進行測試。測試前速度為3mm /s，測試速度為3mm /s，壓縮至初始厚度的50%，測試后速度為3mm /s。檢測硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性，每組樣品重復上述測試3次。

三、實驗結(jié)果

1.魔芋乳清蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)特性分析

圖 3D打印的魔芋乳清蛋白凝膠樣品。（a）打印后的樣品；（b）放置30 min后的樣品。

表 魔芋乳清蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)分析

魔芋乳清蛋白凝膠的硬度、彈性、咀嚼性和粘性見表。硬度是樣品達到一定形變所需要的力。彈性是變形樣品在消除形變力后恢復到變形前狀態(tài)的高度或體積比。從表中數(shù)據(jù)可以看出，與對照組相比，添加5%、10%、15%的乳清蛋白（WP）對凝膠質(zhì)構(gòu)的影響不大。但當添加量增加到20%及以上時，乳清蛋白對凝膠的質(zhì)地有影響。凝膠的硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性均顯著提高。添加20% WP的凝膠硬度約為對照組的2倍，咀嚼性為對照組的3倍以上。當乳清蛋白添加量達到20%及以上時，凝膠的硬度、咀嚼性與前幾組有顯著差異。說明乳清蛋白含量對凝膠性能的影響較大。當WP添加量為20%時，蛋白質(zhì)形成了許多凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，破壞了原有的淀粉凝膠。此時，淀粉顆粒嵌入到蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，致密的結(jié)構(gòu)和淀粉對蛋白質(zhì)的擠壓導致凝膠硬度的增加。淀粉凝膠與蛋白質(zhì)的相互交聯(lián)也增加了體系的彈性，25% WP和30% WP的凝膠性能均優(yōu)于對照組，但兩組之間的性能差異不大。