2025年5月24日，西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院江昊教授團隊在中科院農(nóng)林科學一區(qū)Top期刊Food Chemistry（IF:8.5）上在線發(fā)表了題為“Effects of different polyphenols on the structural, physicochemical, digestive and 3D printing properties of mashed potatoes”的研究型論文。
近年來，食品3D打印技術(shù)因其可定制設(shè)計和營養(yǎng)調(diào)控特性，能夠滿足消費者多樣化需求，在全球食品工業(yè)中廣受關(guān)注。在各種3D打印方法中，擠出式打印憑借設(shè)備簡單、成本低廉、操作便捷且與傳統(tǒng)食品原料兼容性高等優(yōu)勢，成為食品領(lǐng)域最常用的打印方式。作為全球第四大糧食作物，馬鈴薯因其剪切變稀的假塑性流體特性，已被廣泛應用于食品3D打印。然而，研究發(fā)現(xiàn)土豆泥在擠出打印過程中存在擠出困難和噴嘴堵塞問題，嚴重影響打印精度。添加外源添加劑是解決上述問題的簡便有效方法。多酚作為一類植物次生代謝物，既可通過疏水作用進入直鏈淀粉螺旋空腔形成V型復合物，也能通過分子間氫鍵與淀粉形成非包容性復合物。這些相互作用具有改善植物基原料流變特性并調(diào)控其3D打印性能的潛力。此外，多酚的加入還能提升3D打印食品的營養(yǎng)價值。阿魏酸、單寧酸和蘆丁是常見的多酚類物質(zhì)，分別代表酚酸、單寧和類黃酮三大酚類亞型。目前關(guān)于多酚對淀粉理化特性和3D打印性能影響的研究大多集中于單一酚類與淀粉的相互作用，而不同類型多酚對淀粉基食品結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和3D打印性能影響的系統(tǒng)性研究仍較缺乏。
本研究系統(tǒng)探索了三種多酚化合物（阿魏酸、單寧酸和蘆丁）在0%-7.5%（w/w）添加濃度范圍內(nèi)對馬鈴薯泥理化特性的影響。研究采用5 g馬鈴薯凍干粉與35 mL去離子水充分水合形成懸浮液，隨后將阿魏酸、單寧酸和蘆丁以0、1.5%、4.5%和7.5%（w/w）的比例分別加入該分散體中并充分混合，80℃水浴加熱12 min，膠凝化后冷卻至室溫，制備成3D打印墨水。主要研究了這三種多酚對馬鈴薯泥結(jié)構(gòu)特性、3D打印性能、水分分布、流變學特性、糊化和消化率的影響，并探索了相關(guān)機制。這項研究為多酚在3D打印馬鈴薯食品領(lǐng)域的開發(fā)和應用提供了創(chuàng)新的見解和數(shù)據(jù)支持。
研究亮點
??多酚可以調(diào)節(jié)馬鈴薯泥的3D打印性能。
??三種多酚均通過非共價氫鍵與馬鈴薯淀粉相互作用。
??多酚類物質(zhì)影響馬鈴薯泥凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成。
??多酚類物質(zhì)的添加降低了馬鈴薯泥的體外消化率。
??單寧酸對馬鈴薯泥的抗消化作用和擠壓調(diào)控效果最佳。
研究結(jié)論
（1）加入0%~4.5%（w/w）的多酚類物質(zhì)可以有效地改善材料的擠出性能，使打印產(chǎn)品的表面更光滑。然而，在7.5%（w/w）的添加量下，打印產(chǎn)品的自支撐能力顯著減弱，導致結(jié)構(gòu)坍塌和打印精度下降。
（2）多酚與淀粉通過非共價氫鍵形成非包合復合物，這種相互作用破壞了馬鈴薯淀粉的短程有序結(jié)構(gòu)和雙螺旋結(jié)構(gòu)，降低了馬鈴薯泥-多酚復合物的結(jié)晶度。
（3）多酚在提高馬鈴薯泥的水溶性和持水能力的同時，降低了其粘彈性和膨脹勢，抑制了淀粉回生，并提高了儲存穩(wěn)定性。
（4）多酚通過抑制α-淀粉酶的活性降低了馬鈴薯泥的體外淀粉消化率，從而增加了抗性淀粉的含量。 （5）多酚與馬鈴薯泥的相互作用可能受多酚濃度和酚羥基數(shù)量影響，效果表現(xiàn)為單寧酸＞蘆丁＞阿魏酸。在所有馬鈴薯泥-多酚復合物中，分子量最大的單寧酸對馬鈴薯泥的特性影響最顯著，且表現(xiàn)出最優(yōu)的抗消化能力。
（6）綜合考慮3D打印性能和抗消化特性，含有4.5%（w/w）單寧酸的馬鈴薯泥最適宜用于制備低消化率的3D打印馬鈴薯產(chǎn)品。
（7）本研究為多酚在3D打印馬鈴薯基食品領(lǐng)域的開發(fā)應用提供了創(chuàng)新見解和數(shù)據(jù)支持。
（8）未來研究應著重分子水平的作用機制解析和體內(nèi)驗證，以推動多酚-淀粉體系在3D打印功能性食品制造中的應用。
圖文賞析
圖1.?以（a）”三葉草”和（b）”棋盤”為模型制備的馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的3D打印產(chǎn)品圖像。
圖2.?以”三葉草”為模型制備的馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的3D打印產(chǎn)品的（a）長度、（b）寬度、（c）高度和（d）打印精度。
圖3.?馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的掃描電鏡圖（500 ×）：A：馬鈴薯泥，B1：阿魏酸-1.5%、B2：阿魏酸-4.5%、B3：阿魏酸-7.5%，C1：單寧酸-1.5%、C2：單寧酸-4.5%、C3：單寧酸-7.5%，D1：蘆丁-1.5%、D2：蘆丁-4.5%、D3：蘆丁-7.5%。?
圖4.?（a-f）不同多酚和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的X-射線衍射曲線：（a）阿魏酸、（b）單寧酸、（c）蘆丁、（d）馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-阿魏酸復合物、（e）馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-單寧酸復合物和（f）馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-蘆丁復合物；（g-i）馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的傅里葉變換紅外曲線：（g）馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-阿魏酸復合物、（h）馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-單寧酸復合物和（i）馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-蘆丁復合物。?
圖5.?馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的水分分布和弛豫時間。
圖6.?馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的流變學特性：（a）儲能模量（G’）、（b）損耗模量（G’’）、（c）損耗角正切（tan δ）、（d）表觀粘度和（e）相關(guān)性熱圖分析。
作者簡介
江昊，博士，西北農(nóng)林科技大學教授、博士生導師，陜西省青年科技新星，現(xiàn)任陜西省“四主體一聯(lián)合”谷物科學工程中心負責人。主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工、果蔬干燥、食品加工新技術(shù)研發(fā)及特色資源綜合利用等研究工作。主持國家自然科學基金、陜西省重點研發(fā)計劃、中國科協(xié)青年人才交流計劃等多項科研項目。以第一或通訊作者發(fā)表學術(shù)論文50余篇，申報專利10余項，制定行業(yè)/團體標準2項，出版學術(shù)專著2部。研究成果獲中國輕工業(yè)聯(lián)合會技術(shù)發(fā)明二等獎和中國商業(yè)聯(lián)合會科學技術(shù)一等獎等獎勵。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144919
