2022年7月13日，江南大學(xué)范大明教授課題組在農(nóng)林科學(xué)1區(qū)Top期刊Food Chemistry(Q1；IF：9.231)上在線發(fā)表了題為“Effects of preheating-induced denaturation treatments on the printability and instant curing property of soy protein during microwave 3D printing(微波3D打印過程中預(yù)熱誘導(dǎo)變性處理對(duì)大豆蛋白可打印性和即時(shí)固化性能的影響)”的研究性論文。Xiaofei Yu為第一作者，范大明教授為通訊作者。

該文重點(diǎn)研究微波3D打印過程中預(yù)變性對(duì)大豆蛋白糊可打印性和印刷性能的影響。為此，研究人員進(jìn)行了以下分析以探索適合微波3D打印的蛋白質(zhì)變性程度：

研究了預(yù)變性與漿料流變性能的關(guān)系，以確定預(yù)變性對(duì)可打印性的影響。

在微波3D打印和TGase協(xié)同作用下，將預(yù)處理后的大豆蛋白糊打印成空心球，以評(píng)價(jià)其即時(shí)固化能力，并尋找合適的變性程度，使其發(fā)生從液態(tài)到固態(tài)的相變。并對(duì)3D打印產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度、水分含量和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

研究了3D打印過程中化學(xué)作用力的變化，以確定大豆蛋白的凝膠機(jī)理。

研究了預(yù)變性引起的二級(jí)和三級(jí)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。定量表征了大豆蛋白最適宜的預(yù)變性程度。

研究亮點(diǎn)

適度變性可以改善大豆蛋白的可打印性和成型質(zhì)量。

預(yù)變性使大豆蛋白的有序結(jié)構(gòu)得以展開。

大豆蛋白在TGase和微波作用下實(shí)現(xiàn)了自凝膠化。

研究結(jié)論

在這項(xiàng)研究中，不適合3D打印的大豆蛋白在預(yù)變性后的打印過程中實(shí)現(xiàn)了自凝膠化。預(yù)變性工藝顯著改善了大豆蛋白糊的可打印性和成型質(zhì)量，使其能夠支撐中空結(jié)構(gòu)并抵抗由堆疊和切割引起的變形。

此外，TGase和微波共同作用形成的ε-(γ-谷氨酰胺)共價(jià)鍵是大豆蛋白凝膠形成的主要驅(qū)動(dòng)力。

加熱處理和L-半胱氨酸的加入促進(jìn)了大豆蛋白天然結(jié)構(gòu)的展開，暴露了TGase作用位點(diǎn)和其他官能團(tuán)。

在微波和TGase的協(xié)同作用下，大豆蛋白糊經(jīng)歷了流-固轉(zhuǎn)變。

添加L-半胱氨酸加熱25min的大豆蛋白糊具有最佳的可打印性和成型質(zhì)量，印刷產(chǎn)品的形狀完整、立體。然而，隨著加熱時(shí)間的增加，凝膠形成更粗糙的結(jié)構(gòu)，并發(fā)生堵塞。

結(jié)果表明，適度的預(yù)變性可以提高微波3D打印的打印性能，但過度的預(yù)變性可能會(huì)對(duì)打印性能產(chǎn)生負(fù)面影響，最大變性度為57%。

在未來的研究中，該課題組將使用其他含有不同分子量球蛋白的材料。因此，預(yù)變性和預(yù)變性方法在漿料3D打印和蛋白質(zhì)3D打印可行性評(píng)估中具有應(yīng)用前景。

圖文賞析

表1. 大豆蛋白制品在不同預(yù)變性處理下的印刷性能。

圖1. 加熱時(shí)間和添加 L-半胱氨酸對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響（A. 表面疏水性；B. 熒光光譜；C. 大豆蛋白預(yù)變性程度與3D打印性能的相關(guān)性）。

圖2. 預(yù)變性大豆蛋白和微波3D打印大豆蛋白凝膠的掃描電鏡顯微照片。

作者簡(jiǎn)介

范大明 教授

江南大學(xué)食品學(xué)院

博導(dǎo)，江南大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院副院長(zhǎng)，江南大學(xué)第七屆學(xué)術(shù)委員會(huì)委員，兼任農(nóng)業(yè)農(nóng)村部冷凍調(diào)理水產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、中國(guó)輕工業(yè)冷凍調(diào)理水產(chǎn)食品工程技術(shù)研究中心副主任、中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)青委會(huì)副主任委員。入選國(guó)家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，國(guó)家優(yōu)秀青年基金獲得者；曾獲國(guó)際食品科學(xué)技術(shù)聯(lián)盟(IUFoST)“青年科學(xué)家獎(jiǎng)”，中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)，畢業(yè)于江南大學(xué)，獲工學(xué)學(xué)士、碩士、博士學(xué)位，香港大學(xué)博士后，主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、企業(yè)橫向課題等20 余項(xiàng)。以第１完成人獲江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中 國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)各１項(xiàng)；以第１發(fā)明人獲授權(quán)專利30 項(xiàng)；第１及通訊作者發(fā)表SCI論文60 余篇，擔(dān)任 SCI期刊?Food Science & Nutrition?副主編，?食品工業(yè)科技?和?食品研究與開發(fā)?編委，?食品科學(xué)?青年編委。

論文鏈接：https:///10.1016/j.foodchem.2022.133682

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