发酵对用于3D打印的黑米基复合面团理化、流变及形态特性的影响

《Journal of Food Measurement and Characterization》：Fermentation-induced modification in physicochemical, rheological and morphological characteristics of black rice-based composite dough for 3D printing application

　　

摘要

黑米（Oryza sativa L. indica）是一种源自东南亚、营养丰富但利用率较低的谷物，本研究探讨其用于配制适合功能性3D打印食品的复合粉。本研究调查发酵对黑米粉（BRF）与红扁豆粉（RLF）及荞麦粉（BWF）混合物的理化性质、技术功能特性、流变学及3D打印性能的影响。实验过程为：使用3%酵母悬浮液在35 ℃下对单一粉体发酵8小时，随后进行干燥和研磨。采用发酵后的粉体按BRF: BWF: RLF比例配制复合粉，具体配方为80:10:10（S1）、70:20:10（S2）、70:10:20（S3）、60:20:20（S4）、50:30:20（S5）和50:20:30（S6）。此外，100%未发酵黑米粉作为对照组（S0）。对S1-S6复合粉及对照组S0进行粗成分、生物活性物质可用性及分子间作用力分析。结果表明，发酵使面粉中的缩合单宁显著降低68.5%–97.9%，植酸含量降低41.3%–60.9%，抗氧化剂增加15.07%–28.4%，酚类增加38.92%–87.18%，黄酮类增加38.29%–55.26%。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）分析的发酵诱导结构变化揭示了蛋白-淀粉基质的分子间相互作用及水解现象。这解释了复合面团水分结合行为的改变。进一步动态振荡测试证实，面团在线性粘弹性区域（0.07%应变）内表现出最优流变窗口，其特征为平衡的储能模量（G′）、损耗模量（G″）和tan δ，这是实现满意3D打印的关键。因此，在3D打印性能和尺寸评估中，样品S3和S6实现了理想挤出，而对照组样品（100% BRF）无法正常挤出。具体而言，在研究的加工条件下（打印速度300 mm/min；喷嘴直径1.8 mm；层高1.5 mm；挤出速率115 pulse/μL），发酵复合样品S3（70% BRF、10% BWF、20% RLF）表现出最高的形状保真度99.79%，且高度变形仅0.08%。研究结果表明，发酵诱导的结构修饰可能有助于从无麸质且利用率较低的谷物制造3D打印食品。

图形摘要