沈阳农业大学食品学院的王 浩、谭 畅、李冬男*、孟宪军*等人以蓝莓果浆为主体，通过添加果胶和魔芋胶调节蓝莓果浆的凝胶特性和物理性质，探讨果胶与魔芋胶的质量比对蓝莓凝胶体系3D打印性能的影响，为利用3D打印技术开发食品提供技术参考，为数字化食品设计和营养控制提供解决方案。
1、样品3D结构分析结果
只添加果胶的打印材料具有较高的流动性，由于自身质量产生的压力，使得打印样品与模型的相似度极低，样品变形严重。魔芋胶的添加显着改善了样品形变趋势，果胶与魔芋胶质量比为4∶2时样品与模型的相似度达到89.82%，偏差量最小，打印精度最高。同时，魔芋胶使蓝莓凝胶打印过程出料连续，打印样品表面光滑，成形性提升。当质量比增加到4∶3以后，打印过程出料不连续，样品打印层断裂，偏差较大。这有可能是魔芋胶的加入使体系中的大分子数量增多，分子间交联作用增强，形成的螺旋结构趋于稳定，组分不易分散所造成的。
2、样品质构特性分析结果
魔芋胶的存在使打印样品的硬度、弹性和黏性均有不同程度的提高，样品外观形态保持能力有所改善。随着魔芋胶含量的增加，打印样品硬度逐渐变大，弹性呈先增加后下降的趋势，黏性逐渐增加。这说明较低的魔芋胶含量有利于魔芋胶吸水膨胀并促进体系形成凝胶；魔芋胶含量较高时，凝胶中的大分子相互交联、缠绕，影响体系的流动性，导致打印性能下降。
3、流变特性分析结果
动态流变分析结果
G’和G’’均对角频率呈一定的依赖性，所有材料的G’均高于G’’，说明打印材料在该频率扫描范围内主要表现为弹性，是具有一定强度的网状结构凝胶。魔芋胶的添加显着提高了体系的黏弹性，这是因为魔芋胶与果胶分子之间的相互作用缩小了体系的空隙，提高了凝胶强度。随着魔芋胶含量的增加，蓝莓凝胶的黏弹性呈现先增加后下降的趋势。当果胶与魔芋胶质量比为4∶2时，蓝莓凝胶的G’’、G’及两者差值均达到最大，此时样品形成了稳定的凝胶结构，成型性较好，更适合打印。
静态流变分析结果
魔芋胶的加入显着增加了打印材料的黏度，在相同剪切速率下，随着魔芋胶含量的增加，材料黏度提高。未施加剪切速率的情况下，果胶-魔芋胶质量比为4∶2的凝胶体系黏度是376.057 Pa·s，此时的打印样品表面光滑，还原精度最高；魔芋胶的添加比例增大，凝胶体系的黏度显着增加，在4∶3时达到876.206 Pa·s，此时挤出丝上有不同程度的裂缝，不适合作为打印材料。当剪切速率在1～30 s－1范围内，随着剪切速率的增大，黏度显着下降；当剪切速率大于40 s－1时，曲线趋于平缓，黏度变化较小，这是由于在剪切应力的作用下破坏了各组分间的相互作用，出现剪切稀化现象，表明打印材料转变为假塑性流体。
4、结构分析结果
只添加果胶的打印材料其孔隙结构大小不一，流动性强，体系的水分质量分数为（73.6±1.3）%，打印后样品立即出现坍塌、打印精度低等问题。随着魔芋胶添加量的增加，打印材料结构逐渐细密，断面区域更加平整，打印材料孔隙变小。
5、傅里叶变换红外光谱分析结果
不同果胶-魔芋胶质量比样品的曲线具有相似的傅里叶变换红外光谱，这表明魔芋胶添加后打印材料没有产生新的官能团。所有凝胶样品的光谱在3 350 cm－1附近出现宽带，这是由于羟基复杂振动拉伸产生的，与分子内和分子间氢键有关，2 940 cm－1附近出现宽带是烷烃“—C—H”键伸缩振动引起的。随着魔芋胶添加量的增加，吸收峰向短波数方向轻微偏移，说明体系内部形成了更强的氢键，样品具有更大的变形阻力和更好的自支撑性能，更有利于3D打印样品成型。
结 论
试验结果表明，果胶-魔芋胶质量比小于4∶2的凝胶体系不适合打印精度较高且结构复杂的3D模型；质量比大于4∶2的凝胶体系不适合作打印材料；质量比为4∶2的凝胶体系打印效果较好，能够较高程度地还原设计模型。在今后的研究中，可以利用相关技术手段对材料进行改性，验证和拓宽3D打印技术在食品领域应用的范围，以满足市场对个性化食品的需求。
