2025年5月24日，西北农林科技大学食品科学与工程学院江昊教授团队在中科院农林科学一区Top期刊Food Chemistry（IF:8.5）上在线发表了题为“Effects of different polyphenols on the structural, physicochemical, digestive and 3D printing properties of mashed potatoes”的研究型论文。
近年来，食品3D打印技术因其可定制设计和营养调控特性，能够满足消费者多样化需求，在全球食品工业中广受关注。在各种3D打印方法中，挤出式打印凭借设备简单、成本低廉、操作便捷且与传统食品原料兼容性高等优势，成为食品领域最常用的打印方式。作为全球第四大粮食作物，马铃薯因其剪切变稀的假塑性流体特性，已被广泛应用于食品3D打印。然而，研究发现土豆泥在挤出打印过程中存在挤出困难和喷嘴堵塞问题，严重影响打印精度。添加外源添加剂是解决上述问题的简便有效方法。多酚作为一类植物次生代谢物，既可通过疏水作用进入直链淀粉螺旋空腔形成V型复合物，也能通过分子间氢键与淀粉形成非包容性复合物。这些相互作用具有改善植物基原料流变特性并调控其3D打印性能的潜力。此外，多酚的加入还能提升3D打印食品的营养价值。阿魏酸、单宁酸和芦丁是常见的多酚类物质，分别代表酚酸、单宁和类黄酮三大酚类亚型。目前关于多酚对淀粉理化特性和3D打印性能影响的研究大多集中于单一酚类与淀粉的相互作用，而不同类型多酚对淀粉基食品结构、理化性质和3D打印性能影响的系统性研究仍较缺乏。
本研究系统探索了三种多酚化合物（阿魏酸、单宁酸和芦丁）在0%-7.5%（w/w）添加浓度范围内对马铃薯泥理化特性的影响。研究采用5 g马铃薯冻干粉与35 mL去离子水充分水合形成悬浮液，随后将阿魏酸、单宁酸和芦丁以0、1.5%、4.5%和7.5%（w/w）的比例分别加入该分散体中并充分混合，80℃水浴加热12 min，胶凝化后冷却至室温，制备成3D打印墨水。主要研究了这三种多酚对马铃薯泥结构特性、3D打印性能、水分分布、流变学特性、糊化和消化率的影响，并探索了相关机制。这项研究为多酚在3D打印马铃薯食品领域的开发和应用提供了创新的见解和数据支持。
研究亮点
• 多酚可以调节马铃薯泥的3D打印性能。
• 三种多酚均通过非共价氢键与马铃薯淀粉相互作用。
• 多酚类物质影响马铃薯泥凝胶网络结构的形成。
• 多酚类物质的添加降低了马铃薯泥的体外消化率。
• 单宁酸对马铃薯泥的抗消化作用和挤压调控效果最佳。
研究结论
（1）加入0%~4.5%（w/w）的多酚类物质可以有效地改善材料的挤出性能，使打印产品的表面更光滑。然而，在7.5%（w/w）的添加量下，打印产品的自支撑能力显著减弱，导致结构坍塌和打印精度下降。
（2）多酚与淀粉通过非共价氢键形成非包合复合物，这种相互作用破坏了马铃薯淀粉的短程有序结构和双螺旋结构，降低了马铃薯泥-多酚复合物的结晶度。
（3）多酚在提高马铃薯泥的水溶性和持水能力的同时，降低了其粘弹性和膨胀势，抑制了淀粉回生，并提高了储存稳定性。
（4）多酚通过抑制α-淀粉酶的活性降低了马铃薯泥的体外淀粉消化率，从而增加了抗性淀粉的含量。 （5）多酚与马铃薯泥的相互作用可能受多酚浓度和酚羟基数量影响，效果表现为单宁酸＞芦丁＞阿魏酸。在所有马铃薯泥-多酚复合物中，分子量最大的单宁酸对马铃薯泥的特性影响最显著，且表现出最优的抗消化能力。
（6）综合考虑3D打印性能和抗消化特性，含有4.5%（w/w）单宁酸的马铃薯泥最适宜用于制备低消化率的3D打印马铃薯产品。
（7）本研究为多酚在3D打印马铃薯基食品领域的开发应用提供了创新见解和数据支持。
（8）未来研究应着重分子水平的作用机制解析和体内验证，以推动多酚-淀粉体系在3D打印功能性食品制造中的应用。
图文赏析
图1. 以（a）”三叶草”和（b）”棋盘”为模型制备的马铃薯泥和不同马铃薯泥-多酚复合物的3D打印产品图像。
图2. 以”三叶草”为模型制备的马铃薯泥和不同马铃薯泥-多酚复合物的3D打印产品的（a）长度、（b）宽度、（c）高度和（d）打印精度。
图3. 马铃薯泥和不同马铃薯泥-多酚复合物的扫描电镜图（500 ×）：A：马铃薯泥，B1：阿魏酸-1.5%、B2：阿魏酸-4.5%、B3：阿魏酸-7.5%，C1：单宁酸-1.5%、C2：单宁酸-4.5%、C3：单宁酸-7.5%，D1：芦丁-1.5%、D2：芦丁-4.5%、D3：芦丁-7.5%。
图4. （a-f）不同多酚和不同马铃薯泥-多酚复合物的X-射线衍射曲线：（a）阿魏酸、（b）单宁酸、（c）芦丁、（d）马铃薯泥和马铃薯泥-阿魏酸复合物、（e）马铃薯泥和马铃薯泥-单宁酸复合物和（f）马铃薯泥和马铃薯泥-芦丁复合物；（g-i）马铃薯泥和不同马铃薯泥-多酚复合物的傅里叶变换红外曲线：（g）马铃薯泥和马铃薯泥-阿魏酸复合物、（h）马铃薯泥和马铃薯泥-单宁酸复合物和（i）马铃薯泥和马铃薯泥-芦丁复合物。
图5. 马铃薯泥和不同马铃薯泥-多酚复合物的水分分布和弛豫时间。
图6. 马铃薯泥和不同马铃薯泥-多酚复合物的流变学特性：（a）储能模量（G’）、（b）损耗模量（G’’）、（c）损耗角正切（tan δ）、（d）表观粘度和（e）相关性热图分析。
作者简介
江昊，博士，西北农林科技大学教授、博士生导师，陕西省青年科技新星，现任陕西省“四主体一联合”谷物科学工程中心负责人。主要从事农产品加工、果蔬干燥、食品加工新技术研发及特色资源综合利用等研究工作。主持国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、中国科协青年人才交流计划等多项科研项目。以第一或通讯作者发表学术论文50余篇，申报专利10余项，制定行业/团体标准2项，出版学术专著2部。研究成果获中国轻工业联合会技术发明二等奖和中国商业联合会科学技术一等奖等奖励。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144919
