一、研究背景

3D打印技术是一种快速成型技术，目前在食品领域得到了广泛应用。魔芋块茎加工的魔芋粉与牛奶中的乳清蛋白所形成的凝胶体系可用于3D打印。江南大学张慜教授团队在《LWT》期刊（IF=6）上发表了题目为“Effect of whey protein on the 3D printing performance of konjac hybrid gel”的文章（DOI: 10.1016/j.lwt.2020.110716），文章研究了魔芋蛋白凝胶体系的3D打印性能。结果表明，添加乳清蛋白后，魔芋凝胶的流变性能得到改善，包括贮能模量（G′）和粘度等；凝胶的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性等质构特性也得到了提高；微观结构分析表明，乳清蛋白的加入会改变原有的凝胶结构，形成一种新的结构，使凝胶密度更大。它还会影响印刷品的支撑性能和挤出过程的流畅性。根据结果，我们可以得出结论，乳清蛋白粉的添加对凝胶的3D打印性能有影响。添加20%乳清蛋白可显著改善打印性能。

二、实验方法

1.魔芋乳清蛋白凝胶的制备

首先将魔芋粉与蒸馏水按1:25（wt/wt）比例混合，快速搅拌至溶解，加入0.3% （wt/wt）碳酸氢钠，再次搅拌，加入2% （wt/wt）的凝胶混合均匀。以不添加乳清蛋白粉的混合组为对照组，添加浓度为5% （wt / wt），10% （wt / wt）， 15% （wt / wt），20% （wt / wt），25% （wt / wt），30% （wt/wt）乳清蛋白粉，共7组。各组在85°C下水浴30 min，用塑料薄膜包裹，以防止水分蒸发，在水浴过程中每10 min搅拌一次，使物料受热均匀。

2.质构测试方法

使用质构仪（TA.Xtc-18，上海保圣）和TA/36探头进行测试。测试前速度为3mm /s，测试速度为3mm /s，压缩至初始厚度的50%，测试后速度为3mm /s。检测硬度、弹性、咀嚼性和内聚性，每组样品重复上述测试3次。

三、实验结果

1.魔芋乳清蛋白凝胶的质构特性分析

图 3D打印的魔芋乳清蛋白凝胶样品。（a）打印后的样品；（b）放置30 min后的样品。

表 魔芋乳清蛋白凝胶质构分析

魔芋乳清蛋白凝胶的硬度、弹性、咀嚼性和粘性见表。硬度是样品达到一定形变所需要的力。弹性是变形样品在消除形变力后恢复到变形前状态的高度或体积比。从表中数据可以看出，与对照组相比，添加5%、10%、15%的乳清蛋白（WP）对凝胶质构的影响不大。但当添加量增加到20%及以上时，乳清蛋白对凝胶的质地有影响。凝胶的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性均显著提高。添加20% WP的凝胶硬度约为对照组的2倍，咀嚼性为对照组的3倍以上。当乳清蛋白添加量达到20%及以上时，凝胶的硬度、咀嚼性与前几组有显著差异。说明乳清蛋白含量对凝胶性能的影响较大。当WP添加量为20%时，蛋白质形成了许多凝胶网络结构，破坏了原有的淀粉凝胶。此时，淀粉颗粒嵌入到蛋白质凝胶网络结构中，致密的结构和淀粉对蛋白质的挤压导致凝胶硬度的增加。淀粉凝胶与蛋白质的相互交联也增加了体系的弹性，25% WP和30% WP的凝胶性能均优于对照组，但两组之间的性能差异不大。