2026年9月29日，上海交通大学农业与生物学院孙向军研究员团队在中科院农林科学一区Top期刊Food Hydrocolloids（IF=13.8）上在线发表了题为“The effects of walnut protein and its polyphenol conjugates on the rheological properties and printing characteristics of potato starch” 的研究论文。
马铃薯淀粉（PS）因糊化特性优异、质构可调，是挤出式3D食品打印的主流基材之一。但天然PS凝胶机械支撑不足，沉积后易坍塌、尺寸保真度差，难以直接用于高精度打印。
植物蛋白改性是调控淀粉凝胶性能的常用策略，但常规蛋白-淀粉混合体系存在网络均匀性不足、性能调控精度有限的问题。核桃蛋白是核桃榨油副产物，必需氨基酸含量丰富、功能潜力突出；而多酚共价缀合可精准修饰蛋白构象与聚集行为，进一步调控蛋白-淀粉相互作用。目前，核桃蛋白-多酚缀合物对淀粉凝胶流变网络与3D打印适性的调控规律与机制仍缺乏系统研究。
基于此，团队制备不同添加量的核桃分离蛋白（WPI），以及不同浓度的 WPI-鞣花酸（EA）、WPI-槲皮苷（QCN ）共价缀合物，系统探究其对马铃薯淀粉凝胶糊化、流变、微观结构与3D打印性能的调控效应，建立“分子修饰-网络结构-打印性能”的构效关系。
研究亮点
WPI可增强PS凝胶的黏弹性行为与结构支撑能力。
多酚共价修饰的WPI可进一步精准调控PS凝胶的流变行为。
在所有PS-WPI共混体系中，添加30% WPI的马铃薯淀粉凝胶展现出最优的3D打印性能。
与单纯PS-WPI体系相比，负载WPI-EA0.4/WPI-QCN0.4的淀粉凝胶可进一步提升打印精度。
PS复合凝胶的打印性能取决于其综合流变特性的协同平衡。
核心实验平台
本研究采用杭州时印科技有限公司食品3D打印机作为核心成型实验设备，配置0.41 mm规格喷嘴，在打印速度25 mm/s、填充速度30 mm/s、挤出与平台温度37℃的统一参数条件下，完成大写字母 “A”、空心方框两种模型的打印测试，通过尺寸偏差量化打印保真度，结合质构分析全面评估不同配方墨水的成型性能与结构稳定性。
核心研究结果
（1）30% WPI为PS凝胶最优添加比例，可显著增强凝胶黏弹性与结构支撑力，微观网络均匀致密、短程分子有序度最高；过量添加（50%）引发结构异质性上升，内聚力下降。
（2）WPI-多酚共价缀合物可进一步精准调控凝胶网络特性：WPI-EA0.4组凝胶储能模量与损耗模量最高，网络强度最强；WPI-QCN0.4组流动阻力与结构恢复更均衡，结构均一性更佳；过量多酚引发蛋白局部聚集，反而破坏网络均匀性。
（3）复合凝胶3D打印性能取决于综合流变特性的平衡，而非单一强度：30% WPI 组为纯蛋白改性体系中打印表现最优；WPI-QCN0.4组实现所有组别最高打印精度，成型表面光滑；WPI-EA0.4组打印产品硬度与黏附性突出，结构支撑力优异。
（4）改性通过水竞争效应调控淀粉糊化行为：WPI可限制淀粉颗粒溶胀，显著降低糊化焓；多酚缀合物主要通过调控蛋白-淀粉相互作用改变凝胶性能，对淀粉热转变温度与长程结晶结构无显著影响。
（5）所有复合凝胶均呈现典型剪切变稀特性与高触变恢复率（90%以上），剪切后结构重建能力优异，适配挤出式3D打印的挤出-成型工艺需求。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. WPI-多酚缀合物的多酚结合当量与反应性基团含量。(a) 多酚结合当量；(b) 游离氨基含量；(c) 巯基含量。
图3. 游离多酚、WPI及WPI-多酚缀合物的¹H NMR谱图。
图4. 含30% WPI-多酚缀合物的PS复合凝胶糊化曲线。虚线为糊化测试过程中的温度程序。
图5. 含30% WPI-多酚缀合物的PS复合凝胶频率扫描曲线。
图6. 含30% WPI-多酚缀合物的PS复合凝胶触变恢复行为。
图7. 含30% WPI-多酚缀合物的PS复合凝胶FTIR谱图与短程分子有序度。(a) 4000–500 cm⁻¹ 全谱；(b) 淀粉指纹区1100–900 cm⁻¹ 去卷积谱；(c) 各凝胶 A1047/A1022比值，不同小写字母表示组间差异显著（p<0.05）。
图8. 含30% WPI-多酚缀合物的PS复合凝胶XRD图谱。
图9. 各复合凝胶SEM微观形貌：(a–c) WPI、(d–f) WPI–EA0.4、(g–i) WPI–EA0.8、(j–l) WPI–QCN0.4、(m–o) WPI–QCN0.8。
图10. 含30% WPI-多酚缀合物的PS复合凝胶3D打印结构代表图：(a) 模型1，大写字母”A”；(b) 模型2，中空方框。
图11. 含30% WPI-多酚缀合物的3D打印样品打印精度。
图12. 含30% WPI-多酚缀合物的3D打印样品质构特性：(a) 硬度；(b) 弹性；(c) 内聚性；(d) 粘附性。
研究总结
副产物高值化：以核桃加工副产物来源的核桃蛋白为改性剂，结合核桃内源多酚的共价修饰，实现了农业副产物的功能化高值利用，符合清洁标签与可持续发展趋势。
调控策略精准：提出蛋白-多酚共价缀合调控淀粉凝胶的新策略，可通过多酚类型与添加量精准调控凝胶网络强度、流变行为与结构均匀性，适配不同的打印需求。
机制清晰明确：揭示了“流变平衡决定打印性能”的核心规律，明确了凝胶强度、结构恢复与打印保真度的构效关系，为淀粉基可打印墨水的理性设计提供了系统的理论支撑。
设备价值凸显：时印科技食品3D打印机凭借稳定的挤出控制与高精度成型能力，完成了多梯度配方的打印性能量化与精度验证，为淀粉基墨水的成型评价提供了专业硬件支撑。
作者简介
孙向军，上海交通大学农业与生物学院研究院/副教授，主要从事食品分子营养与食品毒理学研究，聚焦天然产物抗氧化应激、脂代谢调控的分子机理，以及食品加工过程中危害物产生与毒性机制研究。主持国家自然科学基金面上项目、国家863计划子课题、上海市科委标准化专项等多项科研课题，并发表多篇SCI论文。