热预处理调控青稞3D打印性能：构建吞咽障碍患者精准营养饮食新策略

为解决高膳食纤维青稞(HB)在吞咽障碍患者饮食中打印精度低、适口性差的问题，中国农业科学院团队通过热预处理温度梯度实验，发现200°C处理的青稞墨水具有最优打印精度(97.12%±0.99%)和流变特性，其半固态水(T22)与游离水(T23)比例显著影响成型性能。该研究首次实现无需后处理的即食型全谷物青稞3D打印食品，符合IDDSI 5级吞咽标准，为功能性精准营养食品开发提供新范式。

　　

随着全球老龄化加剧，吞咽障碍(dysphagia)患者数量激增，传统糊状饮食虽能降低窒息风险，却存在营养单一、感官体验差等痛点。更棘手的是，全谷物中的膳食纤维虽有益健康，但其高分子结构会破坏3D打印食品的成型精度——这直接导致高β-葡聚糖(β-glucan)含量的"超级谷物"青稞长期被排除在吞咽障碍饮食清单之外。与此同时，现有3D打印谷物食品依赖烘烤等后处理工艺，往往引发质地硬化、结构坍塌等二次伤害。如何突破材料限制与工艺瓶颈，成为食品科学界亟待解决的"卡脖子"难题。

中国农业科学院农产品加工研究所的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究中，创新性地采用热预处理技术对青稞进行改性处理。通过设置160°C、180°C、200°C、220°C和240°C五个温度梯度，系统探究了热处理对青稞粉流变特性、水分分布及分子结构的影响机制，并成功开发出符合国际吞咽障碍饮食标准(IDDSI)5级要求的即食型3D打印食品。

关键技术包括：采用快速粘度分析仪(RVA)测定糊化特性，通过低场核磁共振(LF-NMR)分析水分迁移规律，结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析分子间作用力，并基于流变仪构建打印适性评价体系。所有实验均使用青海省农林科学院提供的昆仑15号青稞品种，其β-葡聚糖含量达4.73%。

【材料与方法】
研究选用淀粉含量56.50%的青稞品种，通过差示扫描量热仪(DSC)确认不同温度处理后的糊化度从23.70%提升至96.70%。流变学分析显示，200°C处理组储能模量(G')和损耗模量(G")达到最佳平衡，赋予墨水理想的固体样行为(solid-like behavior)。

【结果与讨论】
水分分布分析揭示：200°C处理组半固态水(T₂₂)占比最高，这种水分状态既能维持打印层间粘附力，又不会因自由水(T₂₃)过多导致结构坍塌。FTIR光谱在3285 cm^-1处出现显著氢键特征峰，证实热处理后淀粉-蛋白质复合物通过氢键和疏水相互作用形成稳定网络结构。

【应用验证】
通过调节填充率(60%-100%)，200°C处理组成功制备出通过IDDSI叉压测试(fork test)的5级吞咽食品，其硬度(12.54 N)显著低于未处理组(35.67 N)。值得注意的是，该工艺完全规避了后处理环节，β-葡聚糖保留率高达91.3%。

这项研究的突破性在于：首次阐明热处理温度-分子结构重构-打印性能的构效关系，创建了"预处理替代后处理"的技术路径。不仅为吞咽障碍患者提供了兼具营养与感官的解决方案，更开创了全谷物精准营养食品制造的新范式。未来，该技术可扩展至藜麦、燕麦等功能性谷物的加工应用，为特殊医学用途配方食品(FSMP)开发提供理论支撑。