2025年5月24日，西北農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林科學一區Top期刊Food Chemistry（IF:8.5）上在線發表了題為“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打印技術因其可定制設計和營養調控特性，能夠滿足消費者多樣化需求，在全球食品工業中廣受關注。在各種3D打印方法中，擠出式打印憑借設備簡單、成本低廉、操作便捷且與傳統食品原料兼容性高等優勢，成為食品領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，研究發現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打印食品的營養價值。阿魏酸、單寧酸和蘆丁是常見的多酚類物質，分別代表酚酸、單寧和類黃酮三大酚類亞型。目前關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構、理化性質和3D打印性能影響的系統性研究仍較缺乏。

本研究系統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構特性、3D打印性能、水分分布、流變學特性、糊化和消化率的影響，并探索了相關機制。這項研究為多酚在3D打印馬鈴薯食品領域的開發和應用提供了創新的見解和數據支持。

研究亮點

??多酚可以調節馬鈴薯泥的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。

??多酚類物質影響馬鈴薯泥凝膠網絡結構的形成。

??多酚類物質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控效果最佳。

研究結論

（1）加入0%~4.5%（w/w）的多酚類物質可以有效地改善材料的擠出性能，使打印產品的表面更光滑。然而，在7.5%（w/w）的添加量下，打印產品的自支撐能力顯著減弱，導致結構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構和雙螺旋結構，降低了馬鈴薯泥-多酚復合物的結晶度。

（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量影響，效果表現為單寧酸＞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，且表現出最優的抗消化能力。

（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打印馬鈴薯產品。

（7）本研究為多酚在3D打印馬鈴薯基食品領域的開發應用提供了創新見解和數據支持。

（8）未來研究應著重分子水平的作用機制解析和體內驗證，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）相關性熱圖分析。

作者簡介

江昊，博士，西北農林科技大學教授、博士生導師，陜西省青年科技新星，現任陜西省“四主體一聯合”谷物科學工程中心負責人。主要從事農產品加工、果蔬干燥、食品加工新技術研發及特色資源綜合利用等研究工作。主持國家自然科學基金、陜西省重點研發計劃、中國科協青年人才交流計劃等多項科研項目。以第一或通訊作者發表學術論文50余篇，申報專利10余項，制定行業/團體標準2項，出版學術專著2部。研究成果獲中國輕工業聯合會技術發明二等獎和中國商業聯合會科學技術一等獎等獎勵。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144919