果蔬加工制造与营养健康创新团队探究了大豆分离蛋白-螯合性果胶复合凝胶作为基于挤出的3D食品打印墨水的应用

近日，中国农业科学院农产品加工研究所果蔬加工制造与营养健康创新团队从凝胶宏观、微观结构、粒径、浊度、流变、扫描电镜结合能量色散X 射线光谱、水分状态、结晶状态探究了大豆分离蛋白 (SPI) - 螯合性果胶 (CSP)的复合比例对于凝胶结构的影响，将其应用于3D打印并使用分子对接探究了半乳糖醛酸作为CSP的主链主要组成与SPI中7S、11S蛋白的结合情况。相关研究成果发表于国际知名学术期刊《Food Hydrocolloids》（JCR一区，IF=11）。加工所与比利时列日大学联合培养2020级博士生谢晋为论文第一作者，博士生导师毕金峰研究员和协助指导老师吕健副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2022YFD1600704）的资助。

3D 打印技术被广泛用于生产具有复杂形状、独特质地和增强营养价值的创新食品，可以满足不同群体的特定饮食需求，包括老年人、儿童和有特殊营养需求的患者。然而，开发适合 3D 打印的可食用食品油墨仍然是一个挑战，因为这些油墨需要特定的质构特性。大豆分离蛋白和果胶具有出色的凝胶形成能力和粘度可控特性，为高蛋白和膳食纤维含量的稳定3D打印油墨提供了支持，同时还能实现生物相容性的精准调控和可定制的质地，以满足特定的饮食需求。

科研人员系统分析了不同比例的SPI - CSP（1:9、3:7、5:5、7:3和9:1）对复合材料宏观结构和微观结构、物理化学性质和流变行为的影响，并将其作为打印油墨在3D打印中应用。随着SPI浓度的增加，S7C3表现出合适的粒径、表观粘度和强持水性，可被认定为缠结凝胶。扫描电镜-能量色散X射线光谱显示，SPI-CSP复合材料的主链主要由紧密连接的C、O和N组成，证实了SPI-CSP之间的强相互作用与新复合材料的形成。XRD和FT-IR分析进一步证实了这一结果。S7C3 因其优异的粘度和机械强度，成为3D 打印的最佳配方，可提供高精度的打印结构。此外，分子对接表明，CSP 中的半乳糖醛酸配体与7 S的结合效果比与 11 S的结合效果更好，有助于稳定凝胶结构。

该研究不仅深入解析了SPI和CSP之间的相互作用机制，而且有助于开发用于3D打印的SPI-CSP油墨。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110904

图1 SPI-CSP凝胶的外观(a)、微观结构(b)、粒度分布(c)和浊度(d)

图2 SPI-CSP 凝胶的扫描电子显微镜和能量色散 X 射线光谱 (SEM-EDX) 图像

图 3 SPI 和 SPI-CSP 凝胶的 3D 打印图像；六边形图案（a）； 21 层立方体（b）

图4 SPI和CSP之间的相互作用模型（a）和分子对接分析（b）