暨南大学理工学院汪勇教授课题组硕士研究生胡宏在Food Hydrocolloids期刊（中科院JCR 1区，影响因子10.7）发表了题为“Effect of different hydrocolloids on the physicochemical, printing, and digestion properties of 3D printed purple sweet potato”的研究论文，由卢旋旋副研究员指导并为通讯作者。

一、研究背景：

3D食品打印技术近年来受到了极大的关注，因为它是一种有前景的技术，可以为有特殊要求的消费者生产具有定制形状、多种口味、颜色和质地的食品。目前，各种食品材料，如西兰花、胡萝卜、鱼肉、土豆、大米等，已被应用于3D打印。由于这些材料的结构性能通常不能满足3D打印的打印要求，经常通过添加结构化合物来改变其基质属性以提高打印性能。亲水胶体（如甲基纤维素、卡拉胶和黄原胶）作为胶凝剂或增稠剂，是 3D 食品打印中常用的结构化合物。许多食品材料，包括蔬菜、水果、肉类等，都在3D打印中应用了亲水胶体。蔬菜、水果和谷物含有多种对人体健康有益生物活性物质。特别是，植物源性多酚化合物因其潜在的健康益处（例如抗氧化和抗炎活性）而受到了极大的关注。这些多酚化合物通过共价或非共价相互作用与周围的主要食品成分（碳水化合物等）结合。植物食品中的膳食纤维与多酚之间的相互作用可能会影响多酚在胃肠道消化和结肠发酵过程中的生物可及性和生物利用度。尽管亲水胶体对其他食品材料的流变学特性、微观结构和3D打印特性的影响已被广泛研究，但有关亲水胶体与这些食品成分之间的相互作用对其在胃肠道中消化和吸收影响的研究非常有限，需要进一步研究。

二、研究方法：

本研究将冻干的紫甘薯（PSP）粉末与不同的亲水胶体（包括甲基纤维素（MC）、黄原胶（XG）、瓜尔豆胶（GG）、亚麻籽胶（FSG）和κ-卡拉胶（CA））混合制备可用于3D打印的PSP-亲水胶体复合物。使用LF-NMR、FTIR、旋转流变仪对各复合物的理化特性进行测定。并3D打印花瓣性状对各复合物的3D打印性能进行评价。此外，对各复合物进行模拟体外消化和结肠发酵，探究亲水胶体添加对样品消化特性和活性物质释放的影响。

三、研究结果：

PSP-H₂O本身是可打印的。然而，PSP-H₂O的印刷精度不够好，因为PSP-H₂O在印刷过程中相对柔软，不能保持形状的完整性。与PSP-H₂O相比，除了κ-卡拉胶太难从打印喷嘴挤出外，其他亲水胶体的加入都能提高PSP的打印质量。在所有添加的亲水胶体中，PSP-MC的印刷性能最好，印刷精度最高，能够保持设计的形状。PSP-XG的印刷质量较差，印刷线条相对粗糙，保形精度较低。PSP-GG和PSP-FSG具有良好的印刷性能，挤出曲线刚性，保形性高。

图1. 不同亲水胶体与PSP复合物的3D打印照片

理化特性方面，亲水胶体的加入显著改变了PSP的粘度和机械强度等流变特性。结果表明，这些样品的tanδ (G”/G’)值与3D打印性能呈正相关。PSP-MC的tanδ值最高，3D打印性能最佳。加入亲水胶体后，PSP的水迁移率发生明显改变。PSP与亲水胶体之间发生络合作用，导致样品中的氢键作用减弱。

图2. 不同亲水胶体与PSP复合物的横向弛豫时间(T2)谱分布

对样品进行体外模拟消化和结肠发酵发现，除瓜尔豆胶外，其余亲水胶体均能提高PSP中淀粉的消化程度。此外，酚类物质和花青素的释放与淀粉消化程度密切相关。由于不同的亲水胶体与酚类物质之间的各种相互作用，样品中单个酚类在胃肠消化过程中的释放受到不同的影响。与其他PSP-亲水胶体复合物相比，PSP-GG释放的咖啡酸和对香豆酸显著减少。对香豆酸和香草酸的释放量在PSP-MC中最高。PSP-GG经结肠发酵后释放的酚类物质含量显著高于其他样品。体外消化实验结果表明，不同的亲水胶体加入改变了PSP的消化特性和内在生物活性物质的释放。

图3. 体外消化过程中的葡萄糖及活性物质（总酚、总花青素、总黄酮）释放

四、研究结论：

亲水胶体的添加不仅可以提高PSP的3D打印能力，而且可以改变PSP的消化特性和内在生物活性物质释放。综上所述，本研究为在植物性食品材料中添加亲水胶体，提高其3D打印性能，调节其内在生物活性物质的释放以及胃肠消化和结肠发酵过程中的消化特性提供了理论指导。

作者简介：

卢旋旋，博士，暨南大学食品科学与工程系副研究员，硕士生导师。课题研究主要围绕功能活性物质的包埋递送体系的开发。广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队主要成员，主持国家级、省部级等项目4项，累计发表SCI论文30余篇，在Advanced Science，Cancer Research, Food Hydrocolloids等重要期刊，以第一作者或者通讯作者累计发表高水平SCI论文20余篇，ESI高被引论文2篇，累计SCI引用次数超过1600次；研究成果被美国、英国、法国等不同国家40余家媒体关注和报道。已申请发明专利6项，获批4项。多次受邀在国际国内学术会议上做学术报告，并担任SCI一区杂志Foods、Frontiers in Nutrition客座编辑。

胡宏，暨南大学2021级硕士研究生，研究方向为全谷物基Pickering乳液的消化递送特性及机制。熟悉掌握体外模拟消化和动物体内实验、酚类物质的分离提取、高效液相色谱技术等。目前在《Food Hydrocolloids》、《Food Chemistry》等期刊发表论文4篇（第一作者2篇，第二作者2篇）。