小麥面粉的3D打印特性

周浩宇，張鵬輝，盧 森，聶遠洋，李 波,2,*

（1.河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.河南省果蔬加工及質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心，河南 新鄉(xiāng) 453003）

3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代，其原理是通過一層層地打印可黏合材料，最終構(gòu)成一個完整的物體。按照成型方式，3D打印技術(shù)可大致分為熔融沉積成型、選擇性激光燒結(jié)成型、光固化立體成型、3D印刷和分層實體制造等。目前，3D打印技術(shù)在醫(yī)療、航天、建筑、模具制造等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，近年來在食品領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸受到人們的關(guān)注。

相對于傳統(tǒng)食品加工技術(shù)，食品3D打印技術(shù)具有很多優(yōu)勢，其可以根據(jù)不同人群的身體狀況和營養(yǎng)需求等，設(shè)計打印相應(yīng)的個性化膳食，如制作柔軟并具有特殊紋理、方便吞咽的老年人專用食品，以及制作具有新奇形狀從而能提高兒童食欲的兒童食品等。目前，食品3D打印技術(shù)主要采用熔融沉積成型方式。這種打印方式對打印材料的要求較高，材料既要有一定的流變性，能夠被擠壓成各種形狀，又要有一定的強度，在擠出后能夠迅速穩(wěn)定成型。目前研究較多的食品3D打印材料有淀粉、蛋白質(zhì)、肉糜、食用膠等，有關(guān)小麥面粉的3D打印特性鮮有報道。我國是面制食品生產(chǎn)和消費大國，2019年我國小麥種植面積為2.372 7×10hm，總產(chǎn)量13 359萬 t，居世界第一位。小麥面粉含有淀粉和面筋蛋白，在加水?dāng)嚢枨闆r下能夠形成具有一定黏彈性和可塑性的面團。因此，小麥面粉具備被開發(fā)成價廉物美、安全營養(yǎng)、包載性好的食品3D打印基材的潛質(zhì)。

面筋蛋白含量對小麥面粉的流變學(xué)特性和加工性能有重要影響。因此，本實驗選用8 種蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的小麥面粉，研究它們的3D打印特性及其與流變學(xué)特性之間的關(guān)系，以期為小麥面粉在食品3D打印中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

XMY美味富強粉 益海嘉里食品工業(yè)有限公司；ZY原味小麥粉、ZY蛋糕用小麥粉 濱州中裕食品有限公司；XL原味面包粉、XL中式面點粉、XL蛋糕粉新鄉(xiāng)良潤全谷物食品有限公司；BN207、BN4199兩種小麥面粉由河南科技學(xué)院小麥研究中心提供。

1.2 儀器與設(shè)備

FoodBot食品3D打印機 杭州時印科技有限公司；Infraneo-Senior近紅外谷物分析儀、Mixolab2混合實驗儀法國肖邦技術(shù)公司；BT-9300H（T）激光粒度分布儀丹東百特儀器有限公司；HAAKE MARS III旋轉(zhuǎn)流變儀美國Thermo Scientific公司；臺式廚師機 美國KitchenAid公司；TecMaster快速黏度分析儀 澳大利亞新港科學(xué)儀器有限公司；Alpha1-2LD plus真空冷凍干燥機 德國Christ公司；Quanta 200掃描電子顯微鏡美國FEI公司。

1.3 方法

1.3.1 小麥面粉理化特性測定

1.3.1.1 理化指標(biāo)

采用近紅外谷物分析儀檢測小麥面粉的理化指標(biāo)，自動分析指標(biāo)包括蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)、沉降值、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、白度，分析結(jié)果由軟件INFRANEO自動記錄。

1.3.1.2 粒度分布

采用激光粒度分布儀測定小麥面粉的粒度分布，少量、多次加入小麥面粉，折光率達到15%～18%后，點擊“連續(xù)測量”開始測試，實驗結(jié)果由BT-9300H（T）激光粒度分析系統(tǒng)Ver7.21自動記錄。

1.3.1.3 混合特性

采用Mixolab2混合實驗儀按照GB/T 37511—2019《糧油檢驗 小麥粉面團流變學(xué)特性測試 混合試驗儀法》測定小麥面粉的吸水率、面團形成時間、穩(wěn)定時間及面團弱化度。

1.3.1.4 糊化特性

采用TecMaster快速黏度分析儀按照GB/T 24853—2010《小麥、黑麥及其粉類和淀粉糊化特性測定 快速粘度儀法》測定小麥面粉的峰值黏度、最低黏度、衰減值、最終黏度、回生值、峰值時間和糊化溫度。

1.3.1.5 動態(tài)流變學(xué)特性

稱取100 g面粉，加入一定量的蒸餾水（以Mixolab2混合實驗儀所測定吸水率為準(zhǔn)），揉制成表面光滑的面團，采用旋轉(zhuǎn)流變儀以動態(tài)測定模式下的應(yīng)力掃描程序確定面團的線性黏彈區(qū)，測定參數(shù)為圓形平板探頭直徑35 mm、平行板間距1 mm、溫度25 ℃、頻率1.0 Hz。確定線性黏彈區(qū)后，采用頻率掃描程序測定儲能模量（’）、損耗模量（’’）和損耗角正切值（tan＝’’/’），頻率掃描范圍為0.1～10.0 Hz。

1.3.2 小麥面粉3D打印特性分析

1.3.2.1 3D打印參數(shù)及方法

使用Autodesk 123D Design（Ver. 2.2.14）軟件設(shè)計30 mm×30 mm×10 mm的立體模型，并使用Cura（Ver.15.02.1）切片軟件將3D模型轉(zhuǎn)換成通用性好的數(shù)控編程語言G代碼文件。打印參數(shù)設(shè)置為填充率100%、打印噴頭直徑1.2 mm、打印速率20 mm/s、擠出速率28.8 mm/s。

稱取100 g面粉，加入一定量的蒸餾水（以Mixolab2混合實驗儀所測定吸水率為準(zhǔn)），使用臺式廚師機揉制成表面光滑的面團，然后裝入食品3D打印機的料筒中，設(shè)置打印溫度為50 ℃，30 min后進行打印。打印后的樣品立即密封，室溫放置30 min后測定相關(guān)指標(biāo)。

研究酵母發(fā)酵對打印特性影響時，取100 g ZY原味小麥粉，加入1 g酵母和適量蒸餾水進行面團調(diào)制，3D打印后制品立即轉(zhuǎn)入發(fā)酵箱38 ℃發(fā)酵50 min。

1.3.2.2 打印精度測定

使用游標(biāo)卡尺測量3D打印制品的長、寬、高度，分別對應(yīng)模型的軸、軸和軸，與模型最接近的樣品打印精度最高。

1.3.2.3 質(zhì)構(gòu)特性分析

采用物性測定儀進行質(zhì)構(gòu)特性測定。選擇TPA模式，選用P50圓柱形探頭，目標(biāo)壓縮模式，測試參數(shù)：測試前速率1 mm/s、測試速率1 mm/s、測試后速率10 mm/s、壓縮比例50%、引發(fā)類型為自動、觸發(fā)力5 g、兩次壓縮間隔時間5 s、數(shù)據(jù)采集速率200 pps。每個樣品測3 次。

1.3.2.4 微觀結(jié)構(gòu)觀測

使用掃描電子顯微鏡觀察XL原味面包粉（高蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、ZY原味小麥粉（中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、XL蛋糕粉（低蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)）3 種面粉打印制品以及ZY原味小麥粉人工揉捏制品的微觀結(jié)構(gòu)。電壓20 kV，放大倍數(shù)500 倍。

1.3.2.5 打印制品的熟化處理

采用汽蒸的方式對8 種小麥面粉3D打印制品以及發(fā)酵后的打印制品進行熟化處理。具體操作：向蒸鍋中加入1 L自來水，樣品均勻放置在蒸篦中央，大火加熱，水開后轉(zhuǎn)小火汽蒸10 min，取出樣品，室溫密封放置30 min后進行觀察拍照，并測定3D打印精度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有的實驗均重復(fù)3 次，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，使用Origin 9.0軟件作圖，采用SPSS 22.0軟件通過單因素方差分析對數(shù)據(jù)進行顯著性差異分析；采用Pearson相關(guān)回歸檢驗確定各指標(biāo)之間的相關(guān)性。＜0.05被認(rèn)為具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 8 種小麥面粉的理化指標(biāo)

本實驗選取8 種蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的小麥面粉進行研究，其中BN 207和BN 4199是河南科技學(xué)院培育的小麥品種，其余6 種為本地市場上常見的應(yīng)用在不同面制品的小麥面粉。小麥面粉的化學(xué)組成和粒度大小對其加工性能有重要影響。8 種小麥面粉的理化指標(biāo)見表1。

表1 8 種小麥面粉的理化指標(biāo)Table 1 Physicochemical properties of eight wheat flour

表1顯示，XL原味面包粉的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，兩種蛋糕粉的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。GB 8607—1988《高筋小麥粉》規(guī)定，高筋小麥粉的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于12.20%，低筋小麥粉的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于10.0%。據(jù)此可以判斷，XL原味面包粉屬于高筋粉，BN 207小麥粉和XMY美味富強粉屬于中筋粉，其余5 種面粉均屬于低筋粉。面粉的濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)和沉降值都與蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)，因此表現(xiàn)出與蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的變化趨勢。BN 207小麥粉的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為15.71%，其余面粉的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在12.0%～14.0%之間。是指樣品的累計粒度分布比例達到50%時所對應(yīng)的粒徑，也稱中值粒徑。XL原味面包粉的最大（29.07 μm），BN 207小麥粉最?。?4.06 μm），面粉粒徑與其加工參數(shù)有一定關(guān)系。

2.2 8 種小麥面粉的混合特性

面粉的混合特性包括吸水率、面團形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度等，其對面粉的加工性能有重要影響。面粉加水?dāng)嚢韬?，蛋白質(zhì)吸水溶脹并逐漸形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，繼而形成面團。面團形成時間即面團在30 ℃條件下達到最大扭矩所需的時間；穩(wěn)定時間是指面團稠度大于89%初始最大稠度所持續(xù)的時間；面團弱化度指面團形成獲得最大稠度時粉質(zhì)曲線的中線值與面團稠度衰變至12 min時粉質(zhì)曲線的中線值的差值，與面筋強度成反比；吸水率是面團達到目標(biāo)稠度所需要的加水量，除與面粉中蛋白質(zhì)含量有關(guān)外，還與面粉自身的水分含量有關(guān)。表2顯示，8 種小麥面粉的混合特性有較大差異。面團形成時間、穩(wěn)定時間和弱化度與面粉的面筋含量和品質(zhì)有關(guān)。一般來說，筋力強的面粉形成時間長、穩(wěn)定時間長、弱化度小，XL原味面包粉的混合特性檢測結(jié)果與之相印證。XMY美味富強粉和ZY原味小麥粉的吸水率較高，這可能與其蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高且自身水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低有關(guān)。BN 207小麥粉雖然蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，但其水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，導(dǎo)致吸水率較低。

表2 8 種小麥面粉的混合特性Table 2 Mixing characteristics of eight wheat flour

2.3 8 種小麥面粉的糊化特性

小麥面粉的糊化特性對面制品的熟化加工性質(zhì)有重要影響。在3D打印面制品的蒸制熟化過程中，小麥淀粉在高溫下吸水膨脹進而發(fā)生糊化，使打印好的生坯變成能直接食用的食品。糊化溫度是試樣開始加熱后黏度開始增大時的溫度，峰值時間是開始加熱至達到峰值黏度的時間，峰值黏度是試樣開始糊化至冷卻前的最大黏度，最低黏度是試樣冷卻期間的最小黏度，最終黏度是試樣結(jié)束測試時的黏度，衰減值是峰值黏度與最低黏度的差值，回生值是最終黏度與最低黏度的差值。表3顯示，8 種小麥面粉的糊化特性存在一定差異，XMY美味富強粉的峰值黏度、最低黏度、最終黏度和回生值整體上均最高，表明該面粉形成的面團黏性較大；XL中式面點粉的衰減值最低、回生值較小，表明該面粉糊的熱穩(wěn)定性和抗老化能力較好。不同面粉的糊化特性差異可能與小麥品種、制粉工藝、淀粉含量以及直/支鏈淀粉比例等有關(guān)。

表3 8 種小麥面粉的糊化特性Table 3 Pasting properties of eight wheat flours

2.4 8 種小麥面粉的流變特性

在基于擠出成型的3D打印過程中，打印材料的流變特性對打印效果有重要影響。面團的’’影響其擠出行為，而’影響其支撐三維結(jié)構(gòu)的能力。圖1A、B顯示，8 種小麥面粉的’和’’都隨掃描頻率的增加而增加，且’大于’’，說明這些面粉具有較強的機械強度。從圖1C可以看出，不同面團tan均小于1，說明面團屬于黏彈性的半固體。在0.1～10.0 Hz的掃描范圍內(nèi)，面粉的tan隨掃描頻率的增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，當(dāng)處于高頻率范圍時，面團黏性模量比例增加，導(dǎo)致混合體系結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易被破壞，此時材料容易從打印噴頭中擠出。XL中式面點粉’最大，表明該品種面粉被打印擠出后易保持自身的形狀，ZY原味小麥粉面團tan較大，說明此種面團流動性較好，在3D打印過程中易被擠出，擠出的細絲連續(xù)性好，易穩(wěn)定成型。

圖1 8 種小麥面粉的流變特性Fig. 1 Rheological properties of eight wheat flours

2.5 8 種小麥面粉的3D打印效果

3D打印制品與設(shè)計模型的符合程度是評價3D打印制品品質(zhì)的重要指標(biāo)。圖2顯示，不同面粉的3D打印效果有較大差別。XL原味面包粉和XMY美味富強粉的打印制品邊角發(fā)生扭曲變形，表面紋路不清晰；BN 207小麥粉、ZY蛋糕用小麥粉、XL蛋糕粉的3D打印制品邊角沒有發(fā)生扭曲變形，但表面紋路不清晰；ZY原味小麥粉、BN 4199小麥粉和XL中式面點粉的表面紋路清晰、邊角整齊，打印效果較好。表4顯示，BN 207小麥粉、ZY蛋糕用小麥粉和XL蛋糕粉的3D打印制品在軸和軸方向上長度比模型長，XL原味面包粉、XMY美味富強粉和BN 4199小麥粉的3D打印制品在軸和軸方向上長度比模型短，XL中式面點粉、ZY原味小麥粉的3D打印制品與設(shè)計模型的長、寬、高最接近。圖2I顯示，3D打印制品發(fā)酵后發(fā)生膨脹，體積增加，邊角變得不規(guī)則，這可能是酵母發(fā)酵產(chǎn)生氣體的緣故。綜合外觀效果以及打印精度評判，XL中式面點粉、ZY原味小麥粉的打印效果最好。

圖2 8 種小麥面粉的3D打印制品照片F(xiàn)ig. 2 Pictures of 3D printed products from eight wheat flours

表4 8 種小麥面粉的3D打印精度Table 4 3D printing precision of eight wheat flours

XL中式面點粉和ZY原味小麥粉蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%～10%，其中XL中式面點粉’較大，這賦予了面團較好的機械強度，有利于打印擠出產(chǎn)品立體結(jié)構(gòu)的保持，使其不易坍縮變形。與設(shè)計的30 mm×30 mm×10 mm立體模型體積相比，XL中式面點粉的打印體積誤差僅為0.26%，誤差最??；而ZY原味小麥粉tan較大，在打印過程中流動性好，不易斷條，易擠出成型，這對打印制品的表面紋路清晰度和形狀保真度有重要影響。XL原味面包粉蛋白質(zhì)含量高，面筋筋力強，面團形成時間、穩(wěn)定時間最長，弱化度最小，tan較小，在3D打印過程中擠出的細絲容易拖拽已經(jīng)成型的結(jié)構(gòu)，造成3D打印制品表面扭曲變形。ZY蛋糕用小麥粉、XL蛋糕粉蛋白質(zhì)含量低、筋力弱、tan小，打印時有黏滯拉絲現(xiàn)象，也不利于3D打印制品立體結(jié)構(gòu)的保持，因而打印制品易坍縮，比模型“矮、胖”。

2.6 打印制品的質(zhì)構(gòu)特性

質(zhì)構(gòu)測試模擬人進食時的動作，對所測樣品進行兩次壓縮測試。從表5中可以看出，不同蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)小麥面粉3D打印制品的質(zhì)構(gòu)特性差異很大。隨著小麥面粉蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，小麥面粉打印制品的硬度呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，BN 207小麥粉打印制品的硬度最高（1 528.2 g），BN 4199小麥粉打印制品的硬度最低（787.6 g）。硬度高的樣品口感硬，不適合老年人和兒童食用，硬度低的樣品口感軟，沒有嚼勁。除了面粉的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)外，3D打印制品的硬度還可能與和面團制作過程中的加水量有關(guān)。打印制品的彈性和回復(fù)性隨著面粉蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加總體呈升高趨勢，蛋白質(zhì)分子之間發(fā)生相互作用形成三維面筋網(wǎng)絡(luò)，蛋白質(zhì)含量高，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、彈性好，壓縮后能更好地回復(fù)壓縮前的形狀。黏聚性是衡量形成食品形態(tài)所需內(nèi)部力大小的指標(biāo)，由表5可知，未發(fā)酵的小麥面粉打印制品中，XL原味面包粉打印制品的黏聚性最高，這可能與其較強的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)。經(jīng)酵母發(fā)酵后再進行打印的樣品硬度明顯降低，彈性、黏聚性和回復(fù)性明顯上升，這是酵母發(fā)酵產(chǎn)生的氣體受熱膨脹，造成打印制品變得蓬松引起的。

表5 8 種小麥面粉打印制品的質(zhì)構(gòu)特性Table 5 Textural characteristics of 3D printed products from eight wheat flours

2.7 面粉理化特性與打印制品打印精度、質(zhì)構(gòu)特性相關(guān)性分析結(jié)果

面粉中蛋白質(zhì)、濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)及吸水率是影響面團形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要因素，面粉加水?dāng)嚢韬螅鞍踪|(zhì)吸水溶脹并逐漸形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對面團的質(zhì)構(gòu)特性、打印特性產(chǎn)生顯著影響。如表6所示，面粉中蛋白及濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)與3D打印產(chǎn)品的彈性、黏聚性、回復(fù)性呈極顯著正相關(guān)（＜0.01），這表明穩(wěn)定的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了面團及其打印制品良好的質(zhì)構(gòu)特性；蛋白、濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)與打印制品的打印精度之間呈顯著負(fù)相關(guān)（＜0.05），這可能是由于高蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)使面團具有過高的硬度和彈性，使其在打印過程中不易擠出，易斷條，而蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)適度（9%～10%）的面粉則具有易于打印的黏彈特性，其打印制品表面紋理精細、清晰。面粉的混合特性對3D打印制品的打印精度及質(zhì)構(gòu)特性也有顯著影響，面粉吸水率與打印制精度呈極顯著負(fù)相關(guān)（＜0.01），面團形成時間與打印制品彈性、黏聚性呈極顯著正相關(guān)（＜0.01），與回復(fù)性呈顯著正相關(guān)（＜0.05）；面團穩(wěn)定時間與打印產(chǎn)品彈性呈極顯著正相關(guān)（＜0.01），與黏聚性呈顯著正相關(guān)（＜0.05），但與打印精度相關(guān)性不顯著。

表6 面粉理化特性與3D打印制品打印精度、質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)性分析結(jié)果Table 6 Correlation analysis between physicochemical properties of wheat flour and printing precision and textural characteristics of 3D printed products

2.8 打印制品的微觀結(jié)構(gòu)

食品3D打印的原理是被擠壓出的材料自下到上逐層堆積構(gòu)建產(chǎn)品，因而其宏觀和微觀結(jié)構(gòu)與人工直接揉捏成型的制品有所區(qū)別。小麥面粉的主要成分是淀粉和面筋蛋白，如圖3所示，面筋蛋白形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（白色）包裹著大小不一的淀粉顆粒（球狀），從而構(gòu)成致密穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。人工揉捏成形的制品面筋蛋白和淀粉顆粒隨機均勻分布（圖3A）。3D打印時，面團以條狀被擠出，按照設(shè)定程序“逐條”“逐層”地堆積成形，因而可以看到“條與條”“層與層”之間明顯的分界線，“條與條”之間的交匯處位置較低，面筋蛋白也是均勻地包裹在淀粉顆粒表面（圖3B～D）。高蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)面粉的打印制品由較厚的蛋白膜包裹著淀粉顆粒（圖3C），淀粉顆粒之間也有面筋網(wǎng)絡(luò)，而低蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)面粉打印制品只有淀粉顆粒表面有面筋網(wǎng)絡(luò)，淀粉顆粒之間只有少許零碎的面筋網(wǎng)絡(luò)（圖3D）。

圖3 面粉3D打印制品的微觀結(jié)構(gòu)Fig. 3 Microstructure of 3D printed flour products

2.9 熟化處理對3D打印制品的影響

小麥面粉3D打印后的制品是生坯，需要進行熟化處理后才能食用。本實驗采用蒸制的方法對生坯進行熟化處理，熟化后樣品外觀如圖4所示。與蒸制前相比，熟制品的形狀、紋路等基本沒有變化，但發(fā)生一定程度的褐變，而且體積略有增大。表7顯示，熟制品在軸和軸方向的長度均增加，但軸方向長度有所縮短。這可能是生坯在蒸制過程中淀粉吸水膨脹，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部所含氣體也發(fā)生膨脹，導(dǎo)致熟制品體積增大；但在體積膨脹的過程中，部分面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，導(dǎo)致其支撐力下降，因而熟制品的軸方向高度降低。蒸制后制品發(fā)生褐變的原因，可能與“死面”饅頭顏色不白的成因類似。據(jù)研究報道，饅頭的白度與其松軟、多孔的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且孔洞越小，白度越高。本實驗也對此進行了驗證，經(jīng)酵母發(fā)酵再進行熟化的樣品基本能保持白色（圖4I），但體積發(fā)生明顯膨脹，外觀結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大形變。未添加酵母的打印制品所含氣體較少，因此蒸制熟化后膨脹度較小，形狀保持較好，但由于缺少疏松多孔的含氣結(jié)構(gòu)，因而制品較硬、顏色發(fā)黃（圖4A～H）。

圖4 熟化后8 種小麥面粉的3D打印制品照片F(xiàn)ig. 4 Pictures of 3D printed products from eight wheat flour after steaming

表7 熟化后8 種小麥面粉的3D打印精度Table 7 3D printing precision of eight wheat flours after cooking

3 結(jié) 論

本實驗研究了8 種不同蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)小麥面粉的理化特性、混合特性、流變特性及其與3D打印特性的關(guān)系，結(jié)果表明，小麥面粉蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在9%～10%之間時打印效果較好。在選用的8 種小麥面粉中，ZY蛋糕用小麥粉、XL蛋糕粉和BN 207的打印效果最差，XL原味面包粉、XMY美味富強粉和BN 4199的打印效果略有提升，ZY原味小麥粉、XL中式面點粉的打印效果最佳，其中XL中式面點粉的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.33%，打印體積誤差僅為0.26%。XL中式面點粉的’大，有利于面團被打印擠出后保持自身的形狀，而ZY原味小麥粉面團tan大，面團延展性好，有利于面團擠出成型。蒸制熟化后打印制品在和軸方向的長度略有增加，但軸方向長度略有減小，且發(fā)生一定程度的褐變，口感較硬。若將打印制品進行酵母發(fā)酵，則熟化后制品的色澤較好，但是外觀形狀難以保持。綜上，以小麥面粉作為3D打印材料是可行的，其打印效果與小麥面粉的蛋白含量有較大關(guān)系。本研究為小麥面粉在3D打印食材中的應(yīng)用提供了初步依據(jù)。

但是，若將小麥面粉真正作為3D打印材料至少還有兩點問題需要解決：1）如何控制面團的發(fā)酵，使其既能賦予打印制品松軟的質(zhì)地口感，又能在蒸制后保持其精致的外型構(gòu)造。面團發(fā)酵后產(chǎn)生一定的氣體，在加熱熟化過程中，氣體膨脹賦予面制品蓬松含氣的結(jié)構(gòu)。但是，氣體膨脹有可能會導(dǎo)致3D打印制品的構(gòu)型發(fā)生變形或坍塌，影響制品外觀。所以，需要選擇合適的發(fā)酵或產(chǎn)氣方法，并對發(fā)酵過程和產(chǎn)氣程度進行適當(dāng)?shù)目刂?，才有可能兼顧松軟結(jié)構(gòu)和精美外型。2）需確定小麥面粉對3D打印模型的適應(yīng)范圍。本實驗僅研究了最簡單的方塊結(jié)構(gòu)模型，如果要體現(xiàn)3D打印的優(yōu)勢，就必須研究面粉能否打印更加復(fù)雜、精細的3D模型及其適用范圍。