挤出烹饪法制备3D食品打印材料的可打印性与流变特性：富含ω-3与鹰嘴豆粉配方的创新研究

本研究针对3D食品打印(3DFP)材料选择有限的行业痛点，通过挤出加工技术开发了富含ω-3鱼油的鹰嘴豆粉配方。研究人员系统评估了14种水分含量(34-72%)与两种打印温度(25/35°C)组合下挤出(E)与非挤出(NE)样品的性能，发现NE-36-T1与E-72-T1配方打印偏差最小(29.03/30.07)，且ω-3添加显著降低屈服应力(如EO-72从3304Pa降至1766Pa)。该研究为植物基蛋白3D打印提供了新思路，成果发表于《Food and Bioproducts Processing》。

　　

在食品科技迅猛发展的今天，3D食品打印(3DFP)技术正掀起一场饮食革命。这项颠覆性技术不仅能实现食物的个性化造型，更能精确调控营养成分，为特殊膳食需求者带来福音。然而当前3DFP面临着一个关键瓶颈——可用材料库的严重匮乏。与传统食品加工方法相比，适用于3D打印的食材种类屈指可数，这极大限制了该技术的应用场景。更棘手的是，植物蛋白由于存在消化率低、氨基酸不平衡等固有缺陷，在3D打印领域始终难以大展拳脚。

针对这一系列挑战，来自蒙特雷科技大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向了营养丰富的鹰嘴豆和功能性ω-3脂肪酸。鹰嘴豆(Kabuli sp.)作为"植物蛋白之王"，富含必需氨基酸、膳食纤维和异黄酮，但其打印适性尚未得到充分开发。与此同时，ω-3鱼油因其卓越的抗炎和免疫调节功能备受关注，但如何将其稳定整合到打印材料中仍是难题。研究团队创新性地采用挤出加工技术，通过高温短时处理改善植物蛋白的消化特性，同时系统探究了材料流变行为与打印性能的关联机制。

这项研究采用了多阶段实验设计：首先通过配方优化确定14种水分梯度(非挤出组34-40%，挤出组66-72%)与两个打印温度(25/35°C)的组合；随后基于二维平面和三维堆叠的打印偏差评估，筛选出各面粉类型的最佳配方；最后对优选配方进行全面的流变学表征，包括振幅扫描、剪切粘度、时间/温度依赖性粘度及恢复性测试等。所有实验均使用标准化的挤出工艺参数和3D打印设备完成。

打印性能的二维评估
通过对比预期模型与实际打印成品的尺寸偏差，研究发现非挤出样品在36%水分含量、25°C打印条件(NE-36-T1)下表现最优，打印误差仅为29.03%。有趣的是，挤出样品在72%高水分条件下(E-72-T1)反而展现出更好的形状保真度(误差30.07%)，这颠覆了传统认知。温度升高至35°C时，所有配方均出现明显的丝状断裂和边缘模糊现象，证实低温更利于维持打印稳定性。

流变特性的深度解析
振幅扫描实验揭示所有配方均保持粘弹性特征，但ω-3添加显著降低了材料的屈服应力——NE-36配方从3262Pa降至2831Pa，而E-72配方更是从3304Pa骤降至1766Pa。这种"润滑效应"可能源于ω-3脂肪酸对蛋白质分子间作用的干扰。值得注意的是，挤出处理使样品恢复率普遍降低，其中EO-72配方的结构恢复能力最弱，说明高温加工会削弱材料的自修复性能。

工艺影响的机制探讨
挤出处理带来的物性改变尤为引人注目。非挤出样品仅需34-40%水分即可获得良好打印性，而挤出样品却需要66-72%的高水分环境。这种差异源于挤出过程中淀粉的糊化和蛋白质变性，导致水合需求激增。研究还发现，挤出样品的粘度随剪切速率升高呈现更显著的剪切稀化行为，这与其分子结构的机械降解密切相关。

这项研究不仅证实了鹰嘴豆粉作为3DFP原料的可行性，更建立了"加工-流变-打印"的关联模型。挤出技术的引入为改善植物蛋白打印性能提供了新思路，而ω-3的功能性添加则实现了营养强化的双重目的。特别值得关注的是，研究者首次量化了不同工艺条件下鹰嘴豆配方的流变参数阈值，为后续材料开发提供了精确的参考标准。这些发现将有力推动3D打印食品向更营养、更多样的方向发展，尤其为特殊医学用途配方食品(FSMP)的个性化制备开辟了新途径。

从技术转化角度看，E-72-T1配方展现出的高水分打印特性，可能成为开发低热量打印食品的关键。而ω-3对屈服应力的调控效应，则为解决植物蛋白墨水易堵塞喷头的问题提供了解决方案。未来研究可进一步探索不同油脂类型对打印性能的影响，以及多材料共打印的界面相容性问题。这项工作的科学价值不仅在于扩充了3DFP材料数据库，更在于建立了食品加工工艺与增材制造技术的桥梁，为食品工业的数字化转型注入了新动能。