蛋白質(zhì)3D食品打印研究進(jìn)展

李京蓉，郇偉偉，宋麗麗,*

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)，省部共建亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江省林業(yè)生物質(zhì)化學(xué)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300）

我國(guó)食品行業(yè)正進(jìn)入以營(yíng)養(yǎng)為導(dǎo)向的發(fā)展新階段，產(chǎn)品加工從滿(mǎn)足人們的飽腹感和安全感，轉(zhuǎn)向滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的健康和幸福感需要；食品供應(yīng)從滿(mǎn)足一般、大眾食品消費(fèi)需求轉(zhuǎn)向滿(mǎn)足個(gè)性化、定制化食品消費(fèi)需求[1]。因此，食品行業(yè)需要找到新的生產(chǎn)方式和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)以滿(mǎn)足客戶(hù)需求。

隨著3D打?。═hree-dimensional printing）技術(shù)的日益成熟，其在工業(yè)[2]、航空航天[3]、醫(yī)療[4-5]和交通運(yùn)輸[6]等制造業(yè)領(lǐng)域中得到普遍應(yīng)用。近年來(lái)，由于人們將更多的目光投向食品行業(yè)，3D食品打?。═hreedimensional food printing，3D-FP）也應(yīng)運(yùn)而生[7]。通過(guò)3D-FP的食品顯示出許多超越傳統(tǒng)食品的優(yōu)勢(shì)，其造型復(fù)雜精美，更具視覺(jué)吸引力，能夠深深抓住消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)欲望[8]；其不但可使?fàn)I養(yǎng)成分配制個(gè)性化、精美造型定制化、食物資源浪費(fèi)低效化、食物易吞咽化[9]，而且還能出色地完成航天、軍隊(duì)等食品的供應(yīng)。這些優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了該技術(shù)在食品行業(yè)中的迅速發(fā)展[10]。

蛋白質(zhì)是一種被公認(rèn)為在提供人類(lèi)膳食營(yíng)養(yǎng)和增強(qiáng)人體免疫能力及抵抗力等功能中起重要作用且化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物大分子。蛋白質(zhì)作為膳食能量的重要來(lái)源之一，廣泛應(yīng)用于食品加工。近年來(lái)，植物蛋白產(chǎn)品、植物“肉”和高蛋白零食產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。為了開(kāi)發(fā)出能夠更加滿(mǎn)足當(dāng)代多元化膳食需求的植物蛋白產(chǎn)品，以高蛋白質(zhì)含量、高生物利用度、良好氨基酸結(jié)構(gòu)、功能性和生物化合物為主導(dǎo)的食品新基質(zhì)及以個(gè)性化、數(shù)字化為主導(dǎo)優(yōu)化食品加工的模式[11]已被廣泛研究。其中，新基質(zhì)包括大豆蛋白[12]、豌豆蛋白[8,13]、玉米醇溶蛋白[14]、藜麥蛋白[15-16]、綠豆蛋白[11]、日本小米蛋白[17]、菌菇蛋白[18]、藻類(lèi)蛋白[19-20]以及昆蟲(chóng)分離蛋白[21]。

蛋白質(zhì)除能提供必需氨基酸以保證人體對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)z入的需求，還具備一定的功能特性，如乳化性、發(fā)泡性、自凝膠化等[22]，這均有助于其開(kāi)發(fā)為3D食品打印的可食用生物油墨。上述大多數(shù)蛋白質(zhì)源已通過(guò)3D-FP加工，但蛋白質(zhì)材料的性能仍有不足。例如蛋白質(zhì)對(duì)溫度敏感，氨基酸結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，因此需要對(duì)其進(jìn)行一定處理，如采用高壓、超聲波等技術(shù)改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；對(duì)于蛋白質(zhì)易于與其他成分發(fā)生反應(yīng)這一特點(diǎn)，可以通過(guò)不同的檢測(cè)手段和評(píng)價(jià)方式，提供進(jìn)一步的優(yōu)化思路。研究表明，食品3D打印加工工藝的優(yōu)化和蛋白質(zhì)來(lái)源的拓寬有利于個(gè)性化蛋白質(zhì)類(lèi)食品的開(kāi)發(fā)。但目前還沒(méi)有一種可適配所有類(lèi)型蛋白的3D打印加工方案。本文旨在概述3D-FP 技術(shù)在蛋白質(zhì)食品工業(yè)中的研究進(jìn)展，闡述新型蛋白質(zhì)制備成打印材料的影響因素，以期促進(jìn)基于食品3D打印的蛋白質(zhì)類(lèi)功能產(chǎn)品和個(gè)性化食品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，為食品工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供新思路。

1 3D食品打印技術(shù)

1.1 新興食品開(kāi)發(fā)技術(shù)

3D 打印是增材制造（Additive manufacturing，AM）的總稱(chēng)，是一種通過(guò)將材料分層并逐層打印來(lái)開(kāi)發(fā)不同產(chǎn)品的技術(shù)[23]，其改變了傳統(tǒng)工業(yè)格局，并已應(yīng)用于食品生產(chǎn)中。3D-FP是以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種快速原型食品技術(shù)[24]。它提供了食品復(fù)雜形狀的自由、食物紋理的新穎、營(yíng)養(yǎng)成分的數(shù)字化、食品設(shè)計(jì)的個(gè)性化及供應(yīng)鏈的便捷化，真正實(shí)現(xiàn)在低成本、無(wú)生產(chǎn)線(xiàn)的條件下滿(mǎn)足差異化市場(chǎng)的需求，直接制作出傳統(tǒng)模具不能替代的奇妙食物，提高了經(jīng)濟(jì)收益，加快了食品工業(yè)邁向食品智能定制和精加工新時(shí)代的步伐[25-29]。

為實(shí)現(xiàn)3D 打印食品的生產(chǎn)，目前科研人員主要針對(duì)食物材料、打印參數(shù)等多方面進(jìn)行探索和研究[10，26，30-31]。食物材料的可打印性在很大程度上取決于食材自身的性能和所使用3D 打印機(jī)的參數(shù)。因此，在打印開(kāi)始前要充分了解打印材料的黏度、彈性、硬度、附著性、持水性等，這些特性能夠影響層與層之間相互粘連，相互支撐，進(jìn)而影響打印后食品的穩(wěn)定性[32-34]。形成合適的打印配方后，還需進(jìn)一步對(duì)打印參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)和優(yōu)化。如較小的噴嘴直徑可提高打印模型的精度[35]；較低的噴嘴高度可以避免擠出延遲，從而確保打印模型的層層堆疊并能降低終產(chǎn)品邊緣毛糙或內(nèi)部塌陷等的發(fā)生[36]；調(diào)試至合適的打印速度可以提高打印產(chǎn)品和模型的相似度，避免多余打印材料堆疊在打印軌跡而形成的重疊層，或因打印速度過(guò)快導(dǎo)致的出料中斷[30]。

荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組（TNO）已通過(guò)3D打印得到功能特性食物，通過(guò)改變蛋白質(zhì)和脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分的水平，為咀嚼和吞咽障礙者、老年人和運(yùn)動(dòng)員提供定制膳食[37，64]。數(shù)字食品加工計(jì)劃（DFPI）也相繼開(kāi)發(fā)出相關(guān)項(xiàng)目，如為士兵、軍隊(duì)、老年人提供個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)餐食，保證能量、蛋白質(zhì)和維生素D 的充足攝入[11]。近年來(lái)，對(duì)3D-FP 的研究不斷取得進(jìn)步，但其在材料選擇、混合材料的可打印性、打印產(chǎn)品形狀的穩(wěn)定性、與傳統(tǒng)食品加工技術(shù)的兼容性、3D-FP 消費(fèi)與健康監(jiān)管的完善性等多方面仍面臨挑戰(zhàn)[11,38]。

1.2 食品3D打印的深度開(kāi)發(fā)

近年來(lái)，隨著增材制造技術(shù)的深入研究，新的分支技術(shù)——4D、5D、6D技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，并獲得形態(tài)更加多樣的產(chǎn)品，它們的打印材料為“智能材料”（圖1）。

圖1 2D、3D、4D、5D和6D打印的流程、區(qū)別及打印食品的適用場(chǎng)景Fig.1 The 5 types of printing(2D,3D,4D,5D,and 6D printing)process flow and differences as well as application scenarios of printed food

4D 打印技術(shù)是在原有3D 的基礎(chǔ)上加入了時(shí)間軸，即打印材料隨時(shí)間發(fā)生不同程度變化，從而實(shí)現(xiàn)打印動(dòng)態(tài)3D 結(jié)構(gòu)的技術(shù)[39-40]。4D-FP 的發(fā)展增加了用餐時(shí)的視覺(jué)享受。其打印而成的產(chǎn)品在一定的外部刺激（壓力、pH、溫度、光、化學(xué)成分等）下，形狀、顏色、質(zhì)地和風(fēng)味隨時(shí)間而發(fā)生變化（圖2）。經(jīng)微波脫水誘導(dǎo)的紫甘薯泥（PSP）3D 打印產(chǎn)品的形狀發(fā)生了改變，呈現(xiàn)向上彎曲狀，而經(jīng)空氣脫水誘導(dǎo)的打印產(chǎn)品彎曲度更高（圖2A）。3D 打印含花青素的馬鈴薯淀粉凝膠或土豆泥在噴灑不同pH 溶液后自發(fā)變色，呈現(xiàn)隨pH變化的顏色梯度變化（圖2B和圖2C）。通過(guò)電子鼻檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，大豆分離蛋白、卡拉膠和香草混合物在微波誘導(dǎo)下會(huì)產(chǎn)生新的風(fēng)味物質(zhì)，這對(duì)于食欲不振的消費(fèi)者尤其重要。

圖2 部分4D食品打印產(chǎn)品效果圖[41-45]Fig.2 Some products using 4D food printing[41-45]

5D 打印的概念于2016 年首次由美國(guó)大學(xué)提出并實(shí)現(xiàn)[46]，它在原有3軸的基礎(chǔ)上添加了2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，可打印任何需求的曲直線(xiàn)或面，實(shí)現(xiàn)從不同角度和方向?qū)δＰ瓦M(jìn)行五軸打印[47]。與3D打印相比，5D打印實(shí)現(xiàn)了用更少的材料生產(chǎn)彎曲結(jié)構(gòu)的食品，得到多維度高強(qiáng)度的堅(jiān)固物體[48]，打印產(chǎn)品的穩(wěn)定性和美觀性得以提高，尤其是球形類(lèi)或具有曲面的食品，使食物更具吸引力。最近，6D打印技術(shù)也孕育而生，其概念于2021年由Georgantzinos等[49]提出。它是4D和5D 技術(shù)的結(jié)合，其產(chǎn)品可更高效、更可控地自彎曲，且在運(yùn)輸過(guò)程中形狀能保持較高的穩(wěn)定性[39，49]。相信在不久的將來(lái)，該技術(shù)在智能食品中會(huì)嶄露頭角。食品加工技術(shù)的發(fā)展也會(huì)隨著科技與工業(yè)的發(fā)展更加創(chuàng)造化、智能化。

2 可用于3D-FP的蛋白質(zhì)

2.1 動(dòng)物性蛋白質(zhì)

動(dòng)物性蛋白質(zhì)主要來(lái)源于禽畜魚(yú)類(lèi)等的肉、蛋、奶，并被作為其他來(lái)源蛋白比對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)和期望達(dá)成的目標(biāo)。其他來(lái)源蛋白通過(guò)各種技術(shù)手段使其具備與肉、蛋、奶相似的風(fēng)味或口感。目前有幾種新型動(dòng)物蛋白值得關(guān)注，其獲取難度和獲取周期均優(yōu)于傳統(tǒng)動(dòng)物性蛋白。其中魚(yú)糜蛋白和昆蟲(chóng)蛋白因具有蛋白質(zhì)含量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、可塑性?xún)?yōu)異的特點(diǎn)而用于3D-FP中。

魚(yú)糜（其所含蛋白為魚(yú)糜肌原纖維蛋白）可通過(guò)對(duì)魚(yú)肉進(jìn)行連續(xù)洗滌、脫水和切碎而獲得，這樣獲得的魚(yú)糜具有假塑性，即在非剪切過(guò)程中表現(xiàn)出較高的黏度，在擠出和剪切過(guò)程中黏度大大降低，因此魚(yú)糜肌原纖維蛋白是一種很有潛力的高蛋白食品3D打印材料，同時(shí)也可以作為其他食品3D 打印開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)材料[50]。適當(dāng)增加鹽濃度會(huì)降低魚(yú)糜的黏度，使其在3D-FP過(guò)程中擠出更容易。Wang等[51]以銀鱈魚(yú)為原料，從持水性、水分分布、流變性、凝膠強(qiáng)度及微觀結(jié)構(gòu)5方面探究氯化鈉的作用，發(fā)現(xiàn)添加1.5%的Na-Cl可以得到適合3D打印的材料。但流變特性會(huì)受到魚(yú)品種和加工方式的影響。Liu等[52-53]為提高魚(yú)糜蛋白的膠凝性能和打印精度，以金鯧魚(yú)為原料，探究了魚(yú)糜加工過(guò)程中水分與質(zhì)構(gòu)間的相關(guān)性以及流變行為、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和3D 打印特性之間的相關(guān)性。微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（MTGase）的加入可通過(guò)改善不溶性蛋白質(zhì)的溶解性，進(jìn)一步增強(qiáng)魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度和持水性[54]。Cao 等[55]探究了NaCl 和MTGase 的加入對(duì)白姑魚(yú)魚(yú)糜凝膠的影響，篩選出3D-FP 的最適添加劑濃度。

可食用昆蟲(chóng)蛋白是一種新的食品工業(yè)蛋白質(zhì)來(lái)源。已經(jīng)有團(tuán)隊(duì)根據(jù)黃粉蟲(chóng)分離蛋白（Mealworm protein isolate，MPI）的特性，開(kāi)發(fā)出一種適合老年人的3D-FP新型食品，將MPI加入到雞肉糜中既滿(mǎn)足了高蛋白攝入需求，又能有效降低雞肉糜的黏彈性和硬度，改善雞肉糜的質(zhì)地，使其打印成適合老年人或吞咽困難患者的食品[56]。黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)碾碎的粉末中蛋白質(zhì)和必需氨基酸含量都高于面粉，因此Severini等[57]嘗試采用黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)粉替代部分面粉制作面團(tuán)，來(lái)提高面團(tuán)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，提高黃粉蟲(chóng)粉添加量可增加面團(tuán)柔軟度，抑制打印產(chǎn)品在后處理中的尺寸縮小，使得3D-FP 產(chǎn)品具有更好的造型能力。Amarender 等[58]對(duì)蟋蟀科啞蟋屬（Gryllidae）的昆蟲(chóng)全精磨噴霧干粉進(jìn)行了測(cè)定分析及脫脂處理研究，結(jié)果表明，蟋蟀干粉的蛋白質(zhì)含量為63.43%，可作為食品工業(yè)的替代蛋白質(zhì)來(lái)源。除上述兩種昆蟲(chóng)之外，雙叉犀金龜（Allomyrina dichotoma）和白星花金龜（Protaetia brevitarsis）也作為可食用昆蟲(chóng)被研究過(guò)[21]。研究表明，以上3種可食用昆蟲(chóng)的蛋白質(zhì)含量為49%～85%，并具有人體所需的必需氨基酸，提取出的昆蟲(chóng)分離蛋白具有良好的乳化和凝膠性能，可以作為一種良好的蛋白質(zhì)功能增強(qiáng)劑。盡管目前尚未針對(duì)其3D 打印能力進(jìn)行驗(yàn)證，但已有初步跡象表明該材料具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力[21，59]。上述研究表明，昆蟲(chóng)蛋白可作為食品工業(yè)蛋白質(zhì)來(lái)源，且部分蛋白被驗(yàn)證可滿(mǎn)足3D-FP 材料的要求，今后可利用3D-FP技術(shù)改變昆蟲(chóng)蛋白的食物形態(tài)，使人們更易于接受這類(lèi)蛋白質(zhì)。目前僅部分昆蟲(chóng)蛋白粉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、理化屬性和推廣發(fā)展的合理性被明確，但這并不意味著大眾能夠接受，同時(shí)也要配套制定相關(guān)安全規(guī)定，以保障食品安全。

2.2 植物蛋白質(zhì)

根據(jù)近十年的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)：植物性食物對(duì)健康的積極影響已得到廣泛認(rèn)可，對(duì)植物蛋白材料的研究顯著增多[26]，尤其是對(duì)豆科植物（大豆、鷹嘴豆、豌豆等）蛋白和谷物分離蛋白（小麥蛋白、玉米醇溶蛋白、大米蛋白、高粱醇溶蛋白、燕麥蛋白等）的研究。

豆科植物蛋白因?yàn)闃O易獲得而廣為人知。大豆分離蛋白（Soybean protein isolate，SPI）富含人體必需氨基酸，具備相當(dāng)優(yōu)異的食品加工性能[60]。目前對(duì)大豆蛋白3D-FP的研究主要集中于添加親水膠體或者將大豆蛋白作為乳化劑和穩(wěn)定劑來(lái)改善大豆蛋白類(lèi)食品油墨的流變性能。已有研究表明，SPI與親水膠體（海藻酸鈉和明膠）混合可以形成理想的印刷材料[61]。在3D-FP 加工研究中，隨著SPI 添加量的增加，蝦肉糜的彈性、硬度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到顯著改善；添加6%SPI 的蝦肉糜打印精確度和打印穩(wěn)定性最高[62]。此外，可通過(guò)微波誘導(dǎo)增強(qiáng)SPI 的可打印性和即時(shí)固化性能[63]。SPI 雖富含人體必需氨基酸，但其蛋白質(zhì)消化率校正后氨基酸分?jǐn)?shù)（PDCAAS）較低，為此人們開(kāi)始尋找同樣具備完整氨基酸結(jié)構(gòu)又有較高PDCAAS的蛋白來(lái)源。其中，豌豆蛋白因富含蛋氨酸外的必需蛋白、對(duì)凝膠溫度要求低、吸濕能力強(qiáng)而使用最多[40]。豌豆蛋白與馬鈴薯淀粉混合的3D打印材料中，添加1%豌豆蛋白的打印質(zhì)量最好[30]。豌豆蛋白與海藻酸鈉質(zhì)量比為1∶4 的3D-FP 可打印性能表現(xiàn)最佳[8]。有研究表明，豌豆分離蛋白的添加促進(jìn)了食品蛋白質(zhì)含量的增加和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的提升；此外，新鮮豌豆-胡蘿卜-白菜制作的蔬菜型3D-FP食品適合吞咽困難患者食用，并具備足夠的營(yíng)養(yǎng)成分和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)[64]。

谷物蛋白主要存儲(chǔ)于植物的胚乳中，含量一般為7%～15%[65]。與大豆蛋白相比，谷物蛋白擁有不同的營(yíng)養(yǎng)及功能特性[66]。在大豆蛋白中添加小麥面筋蛋白可更大限度地提高其所產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)的多樣性[67]。Guo 等[68]研究證明，在大豆蛋白中添加適量的小麥面筋蛋白，有利于彌補(bǔ)氨基酸含量的不足，并在擠壓成肉類(lèi)類(lèi)似物時(shí)減少揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的損耗。莧菜、藜麥、白藜為富含纖維素的無(wú)麩質(zhì)蛋白，它們與玉米粉混合后經(jīng)過(guò)擠壓可得到新型無(wú)麩質(zhì)零食，3種食材因膳食纖維含量（莧菜＜藜麥＜白藜）差異造成產(chǎn)品截面擴(kuò)張指數(shù)和硬度不同[16]。玉米醇溶蛋白富含亮氨酸、谷氨酸和丙氨酸，可以用于制備功能性多肽。添加玉米醇溶蛋白的小麥面團(tuán)可將面筋形成的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)改為纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。近年來(lái)有研究證明，玉米醇溶蛋白還可作為食品原料的纖維材料，為制作肉類(lèi)類(lèi)似物產(chǎn)品提供基礎(chǔ)[69]。谷朊粉的原料是小麥粉，主要成分是面筋蛋白，多應(yīng)用在面食產(chǎn)品中。當(dāng)前，對(duì)于谷朊粉的研究集中于其自身特性（黏彈性、吸水性等）及作為面粉中添加物在糊化、流變等方面所產(chǎn)生的影響[70]。隨著消費(fèi)者對(duì)健康和糧食安全的日益關(guān)注，植物蛋白的應(yīng)用不再滿(mǎn)足于面粉制品，于是開(kāi)始探究制備口感和風(fēng)味兼?zhèn)涞乃厝庵破?，例如SPI 復(fù)配經(jīng)3D 打印制備成植物肉[71]；豌豆蛋白復(fù)配處理后可制備成適合特定群體的人造牛排[72]。

上述研究表明，目前已基本掌握豆類(lèi)蛋白、谷物蛋白的材料性能及其應(yīng)用于3D-FP中的打印性能和穩(wěn)定性，但對(duì)于潛在植物蛋白，如堅(jiān)果、植物葉片、花蕊中的蛋白質(zhì)[73]的相關(guān)探究較少。有研究證明，植物葉片蛋白因其低成本、易獲得、富含氨基酸，可作為食品中蛋白的補(bǔ)充劑[74-76]。研究發(fā)現(xiàn)，水葫蘆葉片的蛋白質(zhì)含量可達(dá)50%[77]，菠蘿蜜植物葉子的蛋白質(zhì)含量為65.82 g/100 g[78]，南瓜和莧菜葉片的蛋白質(zhì)含量分別為11.75%和10.7%[79]。桑葉蛋白在預(yù)防和治療潰瘍式結(jié)腸炎方面具有良好功效[80]。還有研究表明，牡丹花蕊蛋白能夠明顯提高面團(tuán)的硬度、黏著性和咀嚼性，添加量低于6%時(shí)效果優(yōu)于SPI；其能有效地促進(jìn)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，提高面團(tuán)的品質(zhì)[81]。盡管這些新型蛋白質(zhì)來(lái)源更加環(huán)保、營(yíng)養(yǎng)豐富且具備藥用功能，但未來(lái)還需要系統(tǒng)地研究其特性，以充分發(fā)揮其在3D打印食品領(lǐng)域的巨大潛力。

2.3 其他蛋白質(zhì)

微藻被認(rèn)為是最有前途的蛋白質(zhì)替代植物之一，這是因?yàn)槲⒃搴懈哌_(dá)50%的蛋白質(zhì)，并且具有出色的氨基酸組成，在滿(mǎn)足人們對(duì)可持續(xù)食品供應(yīng)需求方面具有巨大的潛力[82-83]。小球藻是綠藻門(mén)的球形成員，因?yàn)槠涞鞍踪|(zhì)含量高（51%～58%），作為食品補(bǔ)充劑和蛋白營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。小球藻富含多種氨基酸，其他有益營(yíng)養(yǎng)素（β-1,3-葡聚糖、維生素（VB 復(fù)合物和抗壞血酸））、礦物質(zhì)（鎂、鐵和鈣）、β-胡蘿卜素、葉綠素和小球藻生長(zhǎng)因子也較為豐富[84-86]。小球藻粉的替代添加可提高面包中蛋白質(zhì)、葉黃素、脂肪酸的含量，提高無(wú)麩質(zhì)面包的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[20]。An 等[32]在研究3 種形態(tài)的球藻油墨（新鮮小球藻、脫水小球藻干粉末和小球藻干粉與馬鈴薯淀粉混合物）打印效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，重新水化的小球藻凝膠比新鮮小球藻所形成的凝膠更優(yōu)質(zhì)。此外，延長(zhǎng)復(fù)水時(shí)間、加熱處理和添加淀粉明顯有助于提高復(fù)水小球藻粉末的三維成型性。這些研究為藻類(lèi)與其他成分結(jié)合形成新型3D-FP蛋白質(zhì)產(chǎn)品提供了可能性。然而目前藻類(lèi)的培養(yǎng)和加工技術(shù)尚不發(fā)達(dá)，需要提高技術(shù)成熟度以改變現(xiàn)狀。同時(shí)考慮到消費(fèi)者的健康及安全，藻類(lèi)加工過(guò)程中的食品安全問(wèn)題也應(yīng)加以更多的關(guān)注。

菌類(lèi)因數(shù)量大、種類(lèi)多、分布廣，是另一個(gè)可利用群體。Derossi等[87]將牛腸桿菌干粉作為鈣、鐵和蛋白質(zhì)的來(lái)源，添加到一種專(zhuān)為兒童設(shè)計(jì)的3D 打印零食中，證明了菌類(lèi)作為3D打印材料的可行性。Keerthana 等[18]利用食品3D打印技術(shù)，在試驗(yàn)中嘗試了不同比例的雙孢蘑菇粉與小麥粉的組合以改善小麥面團(tuán)的理化特性、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與香氣，制作出理化性質(zhì)優(yōu)良的蘑菇餅干，這為利用3D 打印技術(shù)可持續(xù)地在個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)方面開(kāi)發(fā)食物提供了參考和依據(jù)。同時(shí)，采用連續(xù)流動(dòng)發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵鏈孢霉菌（Fusarium venenatumA3/5）得到的菌絲體發(fā)酵產(chǎn)物——菌類(lèi)蛋白也被廣泛應(yīng)用[88]。纖維素含量高、脂肪含量低這兩大特性決定了菌類(lèi)蛋白在人造肉生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景[89]。自然界中的微生物數(shù)量龐大，是食品蛋白資源寶庫(kù)，但其開(kāi)發(fā)還存在局限性。在菌類(lèi)蛋白和人造肉加工生產(chǎn)中，具備安全性和良好加工性的可食用真菌已經(jīng)展現(xiàn)出高利用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。目前，對(duì)食用菌的菌類(lèi)蛋白產(chǎn)物探尋力度和深度不夠，未來(lái)應(yīng)加大挖掘食用菌的潛力。表1為對(duì)上述蛋白質(zhì)分類(lèi)的匯總。

表1 可用于3D食品打印的蛋白來(lái)源Table 1 Protein sources that can be used for 3D food printing

3 3D-FP中蛋白質(zhì)的改性

隨著功能性復(fù)合食品的出現(xiàn)和發(fā)展，在對(duì)3D-FP材料特性的探究中需重點(diǎn)關(guān)注蛋白質(zhì)與各組分間的相互作用，探究蛋白質(zhì)材料的流變性能和熱性能，以獲得滿(mǎn)足預(yù)期的食品。

3.1 多酚類(lèi)物質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)3D-FP產(chǎn)品的改性

蛋白質(zhì)與多酚的結(jié)合既能改善蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)，又能提高多酚類(lèi)化合物的利用度和生物利用率。自然界中存在的大多數(shù)蛋白質(zhì)和植物多酚類(lèi)化合物是通過(guò)非共價(jià)結(jié)合而存在的。閆馨月等[90]發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白中的β-伴大豆蛋白（7S）和大豆蛋白（11S）分別通過(guò)氫鍵和疏水作用與黃芩素結(jié)合，可改善打印凝膠的熱穩(wěn)定性。然而，由共價(jià)鍵形成的復(fù)合物更適用于食品，因?yàn)樗鼈兙哂懈鼜?qiáng)和更持久的高穩(wěn)定性。不同蛋白質(zhì)與多酚結(jié)合的能力不同。王晨等[91]利用熒光光譜法和傅里葉變換紅外光譜法分析，發(fā)現(xiàn)花青素與小麥醇溶蛋白、麥谷蛋白的結(jié)合作用不同，前者是疏水作用，后者是范德華力和氫鍵。白藜蘆醇和小麥醇溶蛋白的結(jié)合作用和花青素相同，但與玉米醇溶蛋白主要通過(guò)氫鍵作用結(jié)合?？偡雍渴怯绊懙鞍踪|(zhì)質(zhì)構(gòu)特性的重要因素。胡瑩等[92]研究發(fā)現(xiàn)，茶多酚添加量對(duì)大豆蛋白素肉的質(zhì)構(gòu)、色澤和微觀結(jié)構(gòu)等方面均有影響。增加茶多酚添加量，食物的硬度、膠著性、咀嚼性及拉伸強(qiáng)度均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)（圖3A）。然而，蛋白質(zhì)與多酚類(lèi)物質(zhì)發(fā)生哪種相互作用取決于兩者濃度，可通過(guò)不同的檢測(cè)手段探究相互力的轉(zhuǎn)變機(jī)制，以達(dá)到使打印材料具備更好塑性效果的目的。

圖3 部分食品3D打印中蛋白質(zhì)改性后的打印產(chǎn)品圖[7，92-94]Fig.3 Some printed products using 3D food printing with modified protein[7，92-94]

3.2 多糖類(lèi)物質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)3D-FP產(chǎn)品的改性

蛋白質(zhì)與多糖類(lèi)物質(zhì)（簡(jiǎn)稱(chēng)多糖）之間的作用以非共價(jià)結(jié)合為主，如多糖與蛋白質(zhì)的物理交聯(lián)促進(jìn)疏水作用，淀粉中大量的-OH 決定了氫鍵是淀粉和蛋白之間的親水作用力，多糖的陰離子基團(tuán)和蛋白質(zhì)上的帶正電基團(tuán)會(huì)產(chǎn)生靜電相互作用力。在蛋白質(zhì)3D打印原料中添加多糖化合物能夠改善材料的流動(dòng)性、黏度及硬度。Ji 等[7]探究了酪蛋白與木薯淀粉凝膠3D打印性能的潛在機(jī)制，結(jié)果表明，隨著酪蛋白含量的增加，3D 打印產(chǎn)品的精度得以提高。這是由于隨著酪蛋白含量增加，在熱處理后降低了淀粉短程有序結(jié)構(gòu)，從而增加了凝膠的彈性和剛性（圖3B）。Liu 等[93]利用低場(chǎng)核磁共振研究了不同種類(lèi)以及不同添加量的淀粉對(duì)于魚(yú)糜蛋白持水性、流變特性以及3D打印能力的影響（圖3C）。Pan等[94]通過(guò)添加金針菇多糖解決了大豆分離蛋白水凝膠重塑中存在的問(wèn)題，這是因?yàn)榇蠖沟鞍讖慕疳樄蕉嗵侵幸?OH后增強(qiáng)了β-片狀物結(jié)構(gòu)的生成，降低了凝膠黏性和強(qiáng)度，使水凝膠可以更輕易地?cái)D出，微觀結(jié)構(gòu)上更加均勻和致密（圖3D）。金針菇多糖的添加成功地改善了水凝膠的特性，從而使其具備3D 打印特性。這也成功證實(shí)了天然多糖具有改善蛋白質(zhì)3D打印性質(zhì)的作用。

3.3 油脂對(duì)蛋白質(zhì)3D-FP產(chǎn)品的改性

脂類(lèi)物質(zhì)有助于多方位改善蛋白類(lèi)食物的感官，提高產(chǎn)品硬度、潤(rùn)滑度。在魚(yú)糜加工處理中難免發(fā)生脂質(zhì)的損失，因此通常添加植物油、起酥油等外源性油脂來(lái)彌補(bǔ)，以改善魚(yú)糜制品的質(zhì)地和風(fēng)味。油脂的添加占據(jù)了蛋白質(zhì)基質(zhì)的孔隙，改變了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)和微環(huán)境，保護(hù)了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性，使產(chǎn)品風(fēng)味和口感得以改良，保水性和多汁性得以提高，彈性和色澤得以改善，凝膠強(qiáng)度和白度得以提高。Zhou等[95]研究發(fā)現(xiàn)，油茶籽油濃度對(duì)魚(yú)糜質(zhì)地和蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)有著積極作用，與魚(yú)糜凝膠的凝膠強(qiáng)度、乳液穩(wěn)定性和保水能力呈正相關(guān)，離子鍵和疏水相互作用力指數(shù)隨油脂濃度的升高而增加。冷凍掃描電鏡和拉曼光譜結(jié)果顯示，油脂的添加能夠增加蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量，增強(qiáng)凝膠三維網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。在蛋白質(zhì)凝膠形成過(guò)程中，油脂和蛋白質(zhì)的互作關(guān)系首先表現(xiàn)在界面蛋白膜形成過(guò)程中所需蛋白質(zhì)間的相互作用，其次是油脂與界面蛋白膜間的相互作用[50]。油脂和蛋白質(zhì)間最終形成油脂-界面蛋白膜-蛋白質(zhì)基質(zhì)乳化體系。Shao等[96]研究結(jié)果顯示，加熱導(dǎo)致β-折疊結(jié)構(gòu)的增加和其疏水作用的增強(qiáng)，表明油脂可以改變魚(yú)糜蛋白質(zhì)的微環(huán)境，提高蛋白凝膠性能。目前為了降低飽和脂肪酸含量，逐漸用植物油脂代替動(dòng)物油脂。但油脂的種類(lèi)和pH值都會(huì)影響油脂與蛋白質(zhì)間的作用力，因此在選用脂類(lèi)添加劑提高蛋白質(zhì)凝膠性能時(shí)要對(duì)環(huán)境參數(shù)多加注意。

3.4 外源蛋白對(duì)蛋白質(zhì)3D-FP產(chǎn)品的改性

在加工處理過(guò)程中，外源蛋白一般扮演抑制劑或交聯(lián)劑的角色。外源蛋白的添加會(huì)改變蛋白質(zhì)濃度，對(duì)體系分散性和組織化改性，影響蛋白質(zhì)間相互作用。一般豆類(lèi)蛋白均含有蛋白酶抑制劑，其可起到改善凝膠性能、抑制凝膠自溶的作用。Kudre 等[97]探究發(fā)現(xiàn)，黑豆分離蛋白和綠豆分離蛋白具有明顯抑制沙丁魚(yú)魚(yú)糜蛋白水解酶的效果，對(duì)肉糜凝膠化、持水性有促進(jìn)作用。研究發(fā)現(xiàn)，大豆分離蛋白、花生分離蛋白或大豆分離蛋白、大米分離蛋白這兩種混合外源蛋白的添加有利于增強(qiáng)凝膠密度，促進(jìn)肌原纖維蛋白（MP）自凝膠化。動(dòng)物性蛋白的添加對(duì)蛋白質(zhì)基質(zhì)的效果相似，但作用機(jī)制略有不同[98]。Rawdkuen等[99]研究發(fā)現(xiàn)，乳清濃縮蛋白表現(xiàn)為外源抑制魚(yú)糜自溶劑，同時(shí)乳清濃縮蛋白的添加濃度與魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度、保水性呈正相關(guān)。外源蛋白的交聯(lián)劑作用則可表現(xiàn)在與MP 相互作用、相互交聯(lián)、氫鍵和疏水相互作用力促進(jìn)凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成上。Wang 等[100]通過(guò)向未漂洗魚(yú)糜中加入不同添加量的雞胸肉后，顯著提升了肌動(dòng)蛋白含量和凝膠性能，產(chǎn)品表面更加光滑，凝膠網(wǎng)絡(luò)更致密。這說(shuō)明在混合過(guò)程中其可促進(jìn)蛋白質(zhì)間的交聯(lián)，改善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。綜上可知，不同種類(lèi)外源蛋白的添加能夠?qū)Φ鞍啄z特性和品質(zhì)起到積極影響。

酶類(lèi)蛋白中主要以谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（Transglutaminase，TGase）作為外源蛋白添加劑。TGase酶能夠催化蛋白質(zhì)中賴(lài)氨酸殘基上的ε-氨基和谷氨酸殘基上的γ-酰胺基發(fā)生轉(zhuǎn)酰基反應(yīng)，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間生成ε-（γ-谷酰胺）-賴(lài)氨酸共價(jià)鍵，促進(jìn)魚(yú)糜蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[50，54]，從而改善產(chǎn)品的口感、風(fēng)味及質(zhì)地等。此外，蛋白質(zhì)易受到生存、加工環(huán)境的影響，需要注意pH值對(duì)蛋白質(zhì)表面電荷和溶解度的促進(jìn)（或抑制）效果，不利的環(huán)境會(huì)使蛋白質(zhì)變性而無(wú)法達(dá)到改善凝膠結(jié)構(gòu)、提高打印效果的目的。綜上所述，不同類(lèi)別外源添加物對(duì)蛋白質(zhì)3D-FP產(chǎn)品的改性不同（表2）。

表2 3D食品打印中蛋白質(zhì)的改性Table 2 Modification of proteins in 3D food printing

4 預(yù)處理及后加工對(duì)蛋白質(zhì)3D-FP的影響

打印精度和形狀穩(wěn)定性是3D-FP 目前面臨的最大挑戰(zhàn)。為了開(kāi)發(fā)出性能更好的材料，借助熱處理、微波、超聲波、高壓等方法對(duì)材料進(jìn)行預(yù)處理或加工后處理，可提高打印精度和材料的穩(wěn)定性[26,101]。

水浴加熱是最常用的熱處理方法，依據(jù)食品材料對(duì)溫度的熱敏性而應(yīng)用于3D-FP中。許多研究利用這種機(jī)制對(duì)蛋白質(zhì)或其復(fù)配原料進(jìn)行打印前處理。Liu等[102]將蛋清蛋白溶液與明膠、玉米淀粉和蔗糖的混合物在55 ℃水浴下制備成具有可打印性的復(fù)合打印材料。Lille 等[103]將30%黑麥麩皮、35%燕麥濃縮蛋白或45%蠶豆?jié)饪s蛋白混合，經(jīng)水浴加熱后形成用于3D 打印的凝膠，打印后產(chǎn)品的穩(wěn)定性高。將乳清蛋白分離物和乳蛋白濃縮物以質(zhì)量比2∶5 的比例混合并添加一定量的甘油和黃原膠，也可以成功地進(jìn)行3D打印[33]。

3D-FP 蛋白產(chǎn)品大多處于液態(tài)或半固態(tài)，在包裝和運(yùn)輸過(guò)程中易發(fā)生形變，微波協(xié)同3D-FP 熱處理方式能有效解決這一問(wèn)題。Yang 等[104]研究微波真空干燥后處理方式對(duì)芒果汁凝膠的影響，比較不同干燥時(shí)間下打印產(chǎn)品的風(fēng)味、質(zhì)地、水分分布和介電性能，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)4 min微波真空干燥處理后得到的產(chǎn)品表現(xiàn)出最佳的形狀穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。趙子龍[105]采用微波3D 打印協(xié)同方法完成了打印過(guò)程中魚(yú)糜的液固轉(zhuǎn)變。Yu 等[63]將大豆蛋白與半胱氨酸微波加熱不同時(shí)間（20、25、30 min）以提高其打印性和自凝膠化，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶與微波協(xié)同作用形成的ε-（γ-谷氨酰胺）共價(jià)鍵作用有助于形成穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)大豆蛋白凝膠的液固轉(zhuǎn)變。Fan 等[101]研究了微波-鹽協(xié)同預(yù)處理對(duì)大豆分離蛋白-草莓油墨3D 打印性能和自支撐性能的影響，結(jié)果表明，鹽和微波處理可以顯著提高這類(lèi)油墨的打印精度和自支撐性能。微波干燥方式能更好地保留營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)確保顏色和質(zhì)地特性的最小變化，甚至引起風(fēng)味變化。但并不是所有的材料都能通過(guò)微波處理得到改善。

超聲波技術(shù)被認(rèn)為是一種具有應(yīng)用前景的環(huán)保技術(shù)。因蛋白質(zhì)易受高壓均質(zhì)過(guò)程中的空穴效應(yīng)影響，使蛋白乳化性質(zhì)等發(fā)生改變，因此超聲波通常在蛋白質(zhì)最終產(chǎn)品生產(chǎn)前應(yīng)用。超聲波主要通過(guò)促進(jìn)不同蛋白質(zhì)類(lèi)食物基質(zhì)中蛋白質(zhì)與其他膳食成分相互作用，從而提高打印材料的穩(wěn)定性[106]。Ma等[107]研究了超聲波處理后蛋白質(zhì)基質(zhì)中發(fā)生的靜電相互作用，表明450 W、70 ℃的超聲波處理能顯著加快大豆分離蛋白與多糖（柑橘果膠/蘋(píng)果果膠）的結(jié)合。Chen 等[108]在探究超聲波處理對(duì)鰱魚(yú)魚(yú)糜3D 打印特性的影響中發(fā)現(xiàn)：頻率100 kHz、功率300 W、持續(xù)時(shí)間45 min 的超聲波處理可減少對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的損傷，并增加其與水的相互作用。Chen 等[109]使用超聲波（20/23 kHz，400 W，10 min，10 ℃）加強(qiáng)雞肉糜和黃芩素之間的氫鍵和疏水性作用，從而減少對(duì)油的需求，增強(qiáng)凝膠的抗氧化能力。此外，采用超聲波和植物半胱氨酸蛋白酶可制成適合老年人的嫩化人造肉[110]。

超高壓技術(shù)是一種非熱處理加工技術(shù)，以水或流體作為介質(zhì)傳導(dǎo)壓力，可瞬時(shí)破壞共價(jià)鍵，不同程度改變肽鏈折疊層度和蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)[111]。超高壓的作用體現(xiàn)在以下幾方面：①加強(qiáng)蛋白質(zhì)打印凝膠強(qiáng)度。王炳智[112]研究了不同高壓對(duì)小麥面筋蛋白的影響，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增強(qiáng)，打印凝膠強(qiáng)度增大。這表明超高壓技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的展開(kāi)、疏水相互作用力、三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成起到了積極作用。②提高蛋白質(zhì)的乳化性和起泡性。周一鳴等[113]在研究高靜水壓對(duì)蕎麥蛋白功能性質(zhì)的影響中對(duì)此予以了證明。此外，研究證明，超高壓對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和其水合特性也有一定的影響。超高壓處理對(duì)共價(jià)鍵的瞬時(shí)破壞，導(dǎo)致二硫鍵、疏水基團(tuán)和其他官能團(tuán)暴露，蛋白質(zhì)分子受到拉伸，影響蛋白質(zhì)的溶解性和持水性。壓力為0～600 MPa時(shí)，溶解性隨壓力的增加表現(xiàn)為先下降后上升[114]。黃薇[115]的研究結(jié)果表明：同樣進(jìn)行超高壓處理，面筋蛋白和小麥醇溶蛋白的溶解性變化趨勢(shì)與麥谷蛋白相反；超高壓處理下蛋白的持水性和蛋白種類(lèi)相關(guān)。戴彩霞等[116]研究超高壓對(duì)菜籽蛋白功能性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)超高壓處理菜籽蛋白質(zhì)時(shí)，其溶解性受蛋白所處環(huán)境的酸堿度影響。高壓作用力、蛋白種類(lèi)和反應(yīng)環(huán)境條件（溫度、pH 等）因素不同程度上共同影響著蛋白質(zhì)的水合特性。根據(jù)上述提到的處理方式按其對(duì)蛋白質(zhì)3D-FP的影響進(jìn)行了歸納（見(jiàn)表3）。

表3 預(yù)處理及后加工對(duì)蛋白質(zhì)3D-FP的影響Table 3 Effect of pretreatment and post-processing on protein products prepared by 3D-FP

5 蛋白質(zhì)3D-FP性能檢測(cè)技術(shù)

黏彈性、剪切變稀性的流變特性和快速恢復(fù)性能是3D打印成功的關(guān)鍵。研究人員利用低場(chǎng)核磁共振（Low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）分析水分遷移變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，弛豫時(shí)間和相應(yīng)的峰面積等參數(shù)與食品油墨的剪切稀釋和黏彈性具有很強(qiáng)的相關(guān)性[117-118]。LF-NMR 是一種可以觀察到物質(zhì)質(zhì)量變化、水相和水分子結(jié)合狀態(tài)的檢測(cè)手段。該技術(shù)的使用證明了淀粉改善肉糜流變性和打印性時(shí)，水分分布也會(huì)隨之改變[119]。Liu等[93]的聚類(lèi)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，淀粉種類(lèi)、淀粉添加量、水分和流變性能與魚(yú)糜3D打印性能密切相關(guān)。以上研究均為L(zhǎng)F-NMR可作為預(yù)測(cè)食材的流變性能并評(píng)價(jià)其3D打印性能的手段提供了理論依據(jù)。

近紅外光譜法（Near infrared spectrometry，NIR）是數(shù)字化分析儀器和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的結(jié)合形成的研究方法，可用于分析食品中脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸等含量，并據(jù)此評(píng)定食品品質(zhì)。食品中膠體顆粒的大小對(duì)乳制品的理化、功能和感官特性有相當(dāng)大的影響。利用NIR 可以對(duì)牛奶樣品中的脂肪球大小進(jìn)行定量分析[120]。NIR 在食品行業(yè)中作為檢測(cè)工具體系還需進(jìn)一步完善，但利用該技術(shù)對(duì)食品類(lèi)成分與功能進(jìn)行預(yù)測(cè)或測(cè)量無(wú)疑是食品加工和3D-FP中一個(gè)不錯(cuò)的檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法。

傅立葉紅外光譜（FTIR）和拉曼光譜所呈現(xiàn)的圖譜已經(jīng)成為蛋白質(zhì)二級(jí)構(gòu)象信息的可靠數(shù)據(jù)分析來(lái)源[121]。康懷彬等[122]采用FTIR 研究高溫對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)溫度升高時(shí)，α-螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)向無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，對(duì)蛋白凝膠性和持水性有負(fù)面影響。Zheng 等[123]采用FTIR 研究發(fā)現(xiàn)，肉糜加工制備中，鹽可改變水分分布和蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量，改善肉制品品質(zhì)。

上述方法均能用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)材料的打印特性和評(píng)估打印產(chǎn)品的恢復(fù)性及穩(wěn)定性。但對(duì)其單獨(dú)使用僅能從水分分布或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，在探究新型蛋白質(zhì)打印材料時(shí)應(yīng)對(duì)以上方法進(jìn)行復(fù)合使用，這有利于更全面、更透徹地分析產(chǎn)品特性。如Yang 等[124]采用LF-NMR 和拉曼光譜法相結(jié)合的研究方法，從低場(chǎng)磁場(chǎng)和pH 兩個(gè)角度對(duì)提高豬肉糜凝膠特性的機(jī)理進(jìn)行更全面地探究。

6 展望

本文對(duì)3D打印技術(shù)應(yīng)用于食品行業(yè)的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了概述，總結(jié)了不同種類(lèi)蛋白質(zhì)及其3D打印產(chǎn)品特性的改變，并分析了蛋白質(zhì)與各食物組分間的相互作用力對(duì)3D-FP 產(chǎn)品的影響，這將有助于開(kāi)發(fā)新型的多組分蛋白質(zhì)3D-FP 食品，提高蛋白質(zhì)應(yīng)用的廣度或深度。但是，目前蛋白質(zhì)3D-FP 食品主要面臨兩方面的挑戰(zhàn)：一方面是如何發(fā)掘更多可以應(yīng)用于3D-FP的蛋白質(zhì)材料。由于打印特性與食品材料自身的理化性質(zhì)相關(guān)，有些材料難以直接進(jìn)行打印。為解決這一問(wèn)題，可以?xún)?yōu)化蛋白質(zhì)與不同食品組分間的作用力或通過(guò)預(yù)處理方式改善自凝膠性、假塑性，使其具備可打印的能力。參照魚(yú)糜蛋白、大豆分離蛋白、小麥醇溶蛋白成熟的體系研究，加深藻類(lèi)蛋白、昆蟲(chóng)分離蛋白、植物葉片蛋白、農(nóng)林副產(chǎn)品蛋白、堅(jiān)果蛋白等潛在蛋白質(zhì)來(lái)源的探究。另一方面，蛋白質(zhì)復(fù)合組分3D-FP 食品如何以更好的風(fēng)味、造型呈現(xiàn)，以適應(yīng)當(dāng)前消費(fèi)者市場(chǎng)和個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)市場(chǎng)。應(yīng)該宏觀把握前沿技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求動(dòng)向，進(jìn)一步推敲細(xì)化多元組分相互作用對(duì)蛋白凝膠的影響，完善復(fù)合凝膠理論體系，拓寬3D-FP食品加工來(lái)源和增強(qiáng)食物成品效果。同時(shí)，多種技術(shù)的結(jié)合是未來(lái)食品加工發(fā)展趨勢(shì)，如人工智能與3D-FP有效結(jié)合等。綜上所述，3D-FP 具有廣闊的應(yīng)用前景，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)3D-FP和蛋白質(zhì)結(jié)合的探究。當(dāng)然，3D-FP 技術(shù)還有很長(zhǎng)的探索之路，本綜述拋磚引玉，以期對(duì)新蛋白來(lái)源的開(kāi)發(fā)、活性成分的添加、食品感官的豐富性加以更多關(guān)注，共同面對(duì)3D-FP新的挑戰(zhàn)。