江南大学张慜教授团队文献汇总（下）：食品3D/4D打印
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江南大学张慜教授团队食品增材制造领域
文献汇总
导 读
江南大学食品学院食品资源开发与综合利用团队（张慜教授团队），长期从事生鲜食品加工和保鲜新技术研究。食品增材制造（3D/4D打印）为该团队近五年来的主要研究方向之一，研究对象涵盖果蔬类、粮油类、鱼类、藻类、奶类等生鲜食材类以及食用胶体、淀粉、蛋白、多糖等配方材料。近年来，该团队在国内外率先开展了食品3D精确打印/高效打印/功能性打印、食品3D打印的预处理/后处理、食品3D打印过程优化建模、基于低场核磁/近红外的食品3D打印智能检测、食品4D智能打印等方面的开创性研究，已实现了40多种可食用材料体系的精准打印，并通过富含益生菌、虫草素、花青素、维生素D等特色功能性组分的保护性打印，获得了60多款具有良好功能性的3D/4D打印食品。近年来以第一完成单位（张慜教授为通讯作者）在SCI刊物上发表食品增材制造论文60余篇（其中一区SCI论文42篇）。
为了更好地了解张慜教授团队在该领域的研究，我们汇总了其团队近年来发表的部分代表性研究成果。
(一)
食品3D打印特性、精确打印及功能性打印研究
1
江南大学刘振彬、张慜等：3D打印的打印精度及其在食品领域的应用综述
2017年9月1日，江南大学刘振彬、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Bhesh Bhandari等在TOP期刊Trends in Food Science and Technology（1区，IF: 12.563）发表了题为“3D printing: Printing precision and application in food sector”的综述文章。
该综述收集和分析了有关如何实现精确和准确食品3D打印的信息，回顾了3D打印在多个食品领域的应用，提供了对3D打印的趋势和挑战的批判性见解和建议，并得出以下结论：要实现精确打印，材料特性、工艺参数和后处理方法是最关键因素。此外，3D 食品打印还面临三个挑战：1）打印精度和准确度，2）加工生产力和3）生产色彩缤纷、多口味、多结构的产品，一旦这些挑战得到解决，该技术有望得到广泛应用。
DOI: 10.1016/j.tifs.2017.08.018
2
江南大学冯春艳、张慜等：可打印食用凝胶的材料特性和3D打印过程中的打印参数优化综述
2018年1月20日，江南大学冯春艳、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Bhesh Bhandari在TOP期刊Critical Reviews in Food Science and Nutrition（1区，IF: 11.176）发表了题为“Materials properties of printable edible inks and printing parameters optimization during 3D printing: A review”的综述文章。
近年来，3D打印在许多热门研究领域如：组织工程、再生医学领域、食品工程和航空航天等以快速操作、降低生产成本、定制几何形状等优势吸引了越来越多的关注。对3D打印的应用的显著增长，也增加了具有良好材料性能的可打印材料的需求。许多研究人员对可打印材料进行了大量研究，范围从单一材料到复合材料。该综述重点介绍了可打印食品材料。它还收集和分析了有关可打印可食用材料的材料特性对3D打印精度影响的信息。此外，还讨论了打印参数对精准打印的影响，并提出了当前的挑战和对未来研发的建议。
DOI: 10.1080/10408398.2018.1481823
3
江南大学赵琳琳、张慜等：食品功能性3D打印的最新进展--配料和内部结构的功能综述
2020年7月28日，江南大学赵琳琳、张慜*（通讯作者）、Bimal Chitrakar与澳大利亚皇家墨尔本理工大学Benu Adhikari在Critical Reviews in Food Science and Nutrition（1区，IF：11.176）发表了题为“Recent advances in functional 3D printing of foods: A review of functions of ingredients and internal structures”的综述文章。
3D食品打印技术将3D打印与食品制造相结合，关于3D食品打印各个方面的出版物数量迅速增加，表明该技术对食品行业的重要性。提供个性化产品以满足口味偏好和特定饮食需求的潜力是增加这项技术研究的原因之一。目前缺乏对功能性3D打印的系统评价。因此，该综述系统地回顾了用于创建可打印食品配方的功能成分及其功能，包括对健康有益的生理功能和理化功能。此外，它还分析了3D打印过程中使用或开发的内部结构的功能（填充结构和填充密度），以及它们对3D打印食品的质构的影响。
DOI: 10.1080/10408398.2020.1799327
4
江南大学滕秀秀、张慜等：控制3D打印马铃薯凝胶在微波加工中过度膨化的策略
2021年9月25日，江南大学滕秀秀、张慜*（通讯作者）与加拿大麦吉尔大学Arun S. Mujumdar在LWT-Food Science and Technology（1区，IF: 4.952）发表了题为“Strategies for controlling over-puffing of 3D-printed potato gel during microwave processing”的研究论文。
淀粉基3D打印食品对微波快速加热非常敏感，因为微波会加速淀粉的糊化和凝胶网络的形成，从而增强食品保持水蒸气的能力，进而导致打印样品的过度膨化。该文利用从大豆渣中提取的不溶性膳食纤维（SDIF）和内部结构的调整解决了打印产品过度膨化的问题。实验结果表明，添加10%（w/w）的SIDF使产品具有更好的脆度和形状保持能力。 SIDF对膨胀率的影响归因于水分流动性降低、机械强度增强和马铃薯凝胶变形能力下降。此外，选择平行线和高孔隙率的内部结构可以更好地控制产品膨化。
DOI:10.1016/j.lwt.2021.112508
5
江南大学郑志亮、张慜等：挤出型3D打印食品的可打印高度和尺寸稳定性
2021年4月12日，江南大学郑志亮、张慜*（通讯作者）、刘振彬在Journal of Food Engineering（1区，IF: 5.354）发表了题为“Investigation on evaluating the printable height and dimensional stability of food extrusion-based 3D printed foods”的研究论文。
食品凝胶体系的流变特性对其在挤出型3D打印中的打印性能至关重要，并且低场核磁共振参数与流变特性之间存在很强的相关性。该论文旨在研究食品凝胶体系的打印性能与流变特性、机械强度和流动性之间的关系，并量化3D打印结构的形状稳定性和自支撑行为。结果表明，食品油墨的剪切粘度和杨氏模量在一定范围内与样品的3D可打印高度呈线性相关，储能模量与打印样品的形状稳定性呈线性相关。该项研究为3D可打印高度、形状稳定性和食品油墨材料特性之间的关系提供一些普遍适用的信息。
DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2021.110636
6
江南大学杜雨薇、张慜等：乳清蛋白对提升魔芋复合凝胶3D打印性能的影响
2020年12月2日，江南大学杜雨薇、张慜*（通讯作者）、陈慧芝在LWT-Food Science and Technology （1区，IF: 4.952）发表了题为“Effect of whey protein on the 3D printing performance of konjac hybrid gel”的研究论文。
该文章旨在探究乳清蛋白添加量对魔芋胶体系3D打印性能的影响，通过提高乳清蛋白配比优化体系的打印性能，从而获得一个理想的多糖蛋白复合凝胶体系。结果表明，不同的乳清蛋白添加量对凝胶体系有显著影响，包括水分分布、流变特性、质地、微观结构等。当乳清蛋白的添加量小于20%时，凝胶体系的打印性能较差，添加20%乳清蛋白的凝胶体系的打印性能更好。与含有低浓度乳清蛋白的凝胶体系相比，含有较高浓度乳清蛋白的凝胶的表观粘度 G' 和 G'' 均显著增加。当乳清蛋白的添加量大于20%时，会对体系产生很大的影响。综合各种指标和经济因素，确定添加20%乳清蛋白的魔芋-乳清蛋白凝胶体系是一种理想的3D打印材料。
DOI:10.1016/j.lwt.2020.110716
7
江南大学黄梦莎、张慜等：填充水平和打印变量对糙米3D打印精度和质地特性的影响
2019年5月17日，江南大学黄梦莎、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Bhesh Bhandari在Food and Bioprocess Technology（IF: 4.481）发表了题为“Assessing the 3D printing precision and texture properties of brown rice induced by infill levels and printing variables”的研究论文。
该文章研究了填充水平和不同的打印参数对糙米3D打印精度和质地特性的影响。研究结果显示，高度和直径都受到喷嘴尺寸和设计周长的显著影响。更小的喷嘴尺寸和更大的周长使3D打印产品更接近设计的产品。填充比例对尺寸属性的影响很小，但与质地特性（硬度和粘性）密切相关。喷嘴尺寸不仅改变了孔隙率，而且改变沉积的层数，间接影响了质地特性。较大尺寸的喷嘴可以显著减少打印时间，但存在一些尺寸偏差。此外，相比传统的铸造（模具）方法，3D打印产品的硬度较低。
DOI: 10.1007/s11947-019-02287-x
8
江南大学陈洋杨、张慜等：蛋白基复合果蔬凝胶体系的精确3D打印研究
2021年1月25日，江南大学陈洋杨、张慜*（通讯作者）、Pattarapon Phuhongsung在LWT-Food Science and Technology（1区，IF: 4.952）发表了题为“3D printing of protein-based composite fruit and vegetable gel system”的研究论文。
该文章旨在开发具有良好3D打印性能的蛋白质基复合果蔬凝胶体系。因此，研究了以五种不同的动植物蛋白为基质的凝胶体系的打印性能和感官特性。结果表明，基于花生分离蛋白的凝胶体系表现出最好的打印特性，具有较高的自支撑性和精度，打印产品在感官评价中也获得了最高的分数。这表明基于花生蛋白的凝胶体系能够被消费者很好地接受，这也使得该研究更具可行性和实用性。基于此，该文章对花生蛋白基凝胶的通用性进行了检验。结果表明，对于不同的果蔬粉，基于花生分离蛋白的复合果蔬凝胶体系具有稳定且更好的打印性能。这为开发不同的花生分离蛋白基凝胶体系提供了一定的前提条件，为解决营养定制需求的多样性和提高消费者的接受度提供了可能。
DOI: 10.1016/j.lwt.2021.110978
9
江南大学刘振彬、张慜等：添加益生菌（双歧杆菌）的3D打印功能性土豆泥--加工参数对菌活力的影响
2019年12月21日，江南大学刘振彬、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Bhesh Bhandari在Food Research International（1区，IF: 6.475）发表了题为“Incorporation of probiotics (Bifidobacterium animalis subsp. Lactis) into 3D printed mashed potatoes: Effects of variables on the viability”的研究论文。
该文章研究了将益生菌（动物双歧杆菌Lactis BB-12）加入至3D打印土豆泥的可行性。添加益生菌的土豆泥被使用不同直径的喷嘴（0.6、1.0和1.4 mm）在不同的打印温度下（25、35、45和55℃）进行打印，并放置于5℃用于评估益生菌在储藏期的存活率。结果显示，小喷嘴直径（0.6 mm）会导致益生菌活力的下降。此外，打印时将土豆泥在55℃的喷嘴中储存45 min会使益生菌活性发生更显著的下降。通过其他加工参数获得的3D打印土豆泥在5℃储存12 天后，未发现打印样品中益生菌活力的显著变化。该项研究的成功，为通过3D打印开发功能性食品提供了一个新的维度。
DOI：10.1016/j.foodres.2019.108795
10
江南大学杨帆、张慜等：烘焙面团的3D打印物理性能研究
2018年1月5日，江南大学杨帆、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Sangeeta Prakash等在Innovative Food Science and Emerging Technologies（1区，IF: 5.916）发表了题为“Physical properties of 3D printed baking dough as affected by different compositions”的研究论文。
烘焙面团的凝胶形成特性和物理性质随水、蔗糖、黄油、面粉和鸡蛋含量的不同而变化。该文章旨在通过激光扫描共聚焦显微镜、低场核磁共振、流变仪和质构分析仪探究成分变化对面团3D打印的影响。结果表明，为了获得更好形状的打印样品，需要具有适当物理性能的假塑性凝胶，例如具有相对较高的可挤出性、凝胶强度、弹性和相对较低的延展性。使用含有水（29 g）、蔗糖（6.6 g）、黄油（6.0 g）、面粉（48 g）和鸡蛋（10.4 g）每100 g配方的面团具有最好的物理性能。
DOI: 10.1016/j.ifset.2018.01.001
11
江南大学王琳、张慜等：鱼糜凝胶3D打印特性研究
2017年3月27日，江南大学王琳、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Bhesh Bhandari等在Journal of Food Engineering（1区，IF: 5.354）发表了题为“Investigation on fish surimi gel as promising food material for 3D printing”的研究论文。
该文章介绍了一种基于鱼糜凝胶的新型3D打印食品，研究了添加NaCl对3D打印鱼糜凝胶的流变特性、凝胶强度、持水能力、水分分布和微观结构的影响，以及打印参数对打印鱼糜凝胶产品的精度和尺寸的影响。结果表明，含有1.5 g NaCl/100 g鱼糜的鱼糜凝胶可用于3D打印，添加NaCl有助于浆料及时从喷嘴流出，然后沉积以保持其形状；2.0 mm的喷嘴直径、5.0 mm的喷嘴高度、28 mm/s的喷嘴移动速度和0.003 cm3/s的挤出速率是打印高分辨率3D鱼糜样品的最佳参数。
DOI： 10.1016/j.jfoodeng.2017.02.029
（二）
食品3D打印的高效预处理/后处理研究
12
江南大学何畅、张慜等：食品3D打印——材料的前处理和后处理综述
2019年6月17日，江南大学何畅、张慜*（通讯作者）与澳大利亚墨尔本大学Zhongxiang Fang在TOP期刊Critical Reviews in Food Science and Nutrition（1区，IF: 11.176）发表了题为“3D printing of food: Pretreatment and posttreatment of materials”的研究论文。
食品3D打印的精确度和质量受多种因素影响。目前，大部分研究集中在可打印材料的开发和打印参数的控制上，以提高打印精度和产品质量。然而，材料预处理方法和后处理技术对食品3D打印的影响较少受到关注。该综述通过收集现有数据和研究，分析了预处理技术（破碎、凝胶化等）和后处理技术（蒸煮、干燥、快速冷却技术、4D打印等）对3D打印食品精度和形状保真度的影响。它还总结了当前食品 3D 打印面临的挑战，并对该技术的未来发展提出了一些想法。
DOI: 10.1080/10408398.2019.1641065
13
江南大学郭超凡、张慜等：Ca2+-微波协同预处理提高荞麦淀粉-果胶体系的3D打印性能
2020年12月18日，江南大学郭超凡、张慜*（通讯作者）与泰国国王科技大学Sakamon Devahastin在Food hydrocolloids（1区，IF: 9.147）发表了题为“Improvement of 3D printability of buckwheat starch-pectin system via synergistic Ca2+-microwave pretreatment”的研究论文。
该文旨在研究Ca2+-微波加热协同预处理对荞麦淀粉和高甲氧基果胶凝胶体系打印性能的影响。结果显示，Ca2+-微波加热协同预处理成功地改变了荞麦淀粉-高甲氧基果胶凝胶体系的流变特性和3D打印行为。微波加热减弱了荞麦淀粉和高甲氧基果胶之间的氢键，从而增加了凝胶体系的损耗因子，使体系表现出更多的塑性行为。另一方面，Ca2+的添加导致了荞麦淀粉-高甲氧基果胶凝胶与Ca2+的交联，从而导致聚集。这种聚集反过来降低了凝胶体系的粘度。Ca2+-微波加热协同预处理降低了凝胶体系的流动应力。降低的粘度和流动应力使凝胶更容易通过喷嘴挤出，从而提高了凝胶体系的打印精度。此项研究为打印体系的材料性能优化提供了新的思路和方向，也为Ca2+-微波加热协同预处理在真实果蔬面团体系中的应用奠定了基础。
DOI： 10.1016/j.foodhyd.2020.106483
14
江南大学范晗之、张慜等：微波-盐协同预处理对大豆分离蛋白-草莓凝胶体系3D打印表现的影响
2019年12月31日，江南大学范晗之、张慜*（通讯作者）、刘振彬在LWT-Food Science and Technology（1区，IF: 4.952）发表了题为“Effect of microwave-salt synergetic pre-treatment on the 3D printing performance of SPI-strawberry ink system”的研究论文。
该论文研究了盐和微波预处理对大豆分离蛋白-草莓油墨体系3D打印性能和自支撑行为的影响。结果表明，盐和微波处理大大提高了油墨体系的打印精度和自支撑性能。70 W微波处理的加盐样品形状精度最好，横向弛豫时间最短，硬度、胶粘性、弹性和内聚性最高。低功率微波处理的样品在电子鼻和色度方面表现出规律的变化。随着微波功率的增加，L*、a*、b*值下降，电子鼻响应先上升后下降。此外，盐的添加促进了3D打印产品的可成型性和稳定性。
DOI： 10.1016/j.lwt.2019.109004
15
江南大学冯春艳、张慜等：马铃薯加工副产品：3D打印后空气油炸后处理研究
2020年3月7日，江南大学冯春艳、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Bhesh Bhandari在LWT-Food Science and Technology（1区，IF: 4.952）发表了题为“Use of potato processing by-product: Effects on the 3D printing characteristics of the yam and the texture of air-fried yam snacks”的研究论文。
该文章旨在将马铃薯加工副产物开发为3D打印材料。为研究马铃薯加工副产物的打印性能，作者将山药和马铃薯加工副产物以不同比例混合进行打印，发现所有的配方都具有良好的打印性能。此外，该文章研究发现，打印变量（填充水平和填充结构）会影响打印产品的重量和孔隙率。经空气油炸后，产品质量发生了改变，产品的变形程度与马铃薯加工副产物的添加量和打印线条的方向有关。
DOI: 10.1016/j.lwt.2020.109265
16
江南大学刘振彬、张慜等：通过调整内部结构改变3D打印空气油炸后处理马铃薯产品质地的研究
2020年2月20日，江南大学刘振彬、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Arianna Dick等在Food and Bioprocess Technology（IF: 4.481）发表了题为“Texture modification of 3D printed air-fried potato snack by varying its internal structure with the potential to reduce oil content”的研究论文。
该文研究了不同内部填充模式对3D打印马铃薯零食质地的影响。结果显示，空气油炸后马铃薯零食有轻微的收缩，空气油炸马铃薯零食的硬度和脆性受填充水平的影响显著，当填充水平降低时硬度也显著降低。然后，作者通过改变产品每个部分的填充结构，开发出了一种具有多种质地特性的马铃薯零食。该研究的成功，说明可以通过调整内部结构来改变空气油炸3D打印马铃薯零食的质地特性，也为开发一款具有多种质地的空气油炸马铃薯零食提供了基础。
DOI: 10.1007/s11947-020-02408-x
（三）
食品3D打印过程优化建模与复杂体系快速打印研究
17
江南大学郭超凡、张慜等：食品3D打印过程中模型构建和切片的综述
2019年10月3日，江南大学郭超凡、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Bhesh Bhandari在TOP 期刊Comprehensive Reviews in Food Science and Technology（1区，IF: 12.811）发表了题为“Model building and slicing in food 3D printing processes: A review”的综述文章。
3D打印已成功应用于食品加工，并受到食品科学研究人员的广泛认可。近些年，研究人员针对3D打印凝胶体系的特性、打印机设计和打印参数进行了大量的研究和综述。然而，很少有文章专门描述食品打印中使用的3D模型和切片方法。该综述介绍了一些特定领域对3D打印模型的要求，讨论了模型切片过程中的关键参数设置，并讨论了数值模拟技术在食品3D打印模型构建和打印中的可能应用。该综述的目的是增加研究人员对3D打印模型和切片的关注，以优化打印过程并为未来的研究提供一些有用的信息。
DOI: 10.1111/1541-4337.12443
18
江南大学郭超凡、张慜等：计算机模拟技术模拟挤出型食品3D打印过程的系列研究
2020年5月3日和2019年4月28日，江南大学郭超凡、张慜*（通讯作者）等在Journal of Food Engineering（1区，IF: 5.354）和Computers and Electronics in Agriculture（IF:5.565)分别发表了题为“3D extrusion-based printability evaluation of selected cereal grains by computational fluid dynamic simulation”和“A comparative study between syringe-based and screw-based 3D food printers by computational simulation”的研究论文。
该系列研究结合计算机仿真模拟和实际打印实验分别比较了两种挤出型3D打印机的性能和多种谷物凝胶的打印能力。第一项研究结果显示，基于螺杆的3D食品打印机具有复杂的流体特性，在挤压管内壁和螺杆螺纹之间的间隙处发现了一些回流；而基于注射器的3D食品打印机显示出更简单的流体特性，易于调整；结合实际打印实验确定注射器式3D打印机具有更好的打印性能。第二项研究中，绿豆凝胶打印模拟所需活塞压力最高，糙米、荞麦、黑米和薏米凝胶模拟所需的打印活塞压力逐渐降低。这些结果与模拟最小流动应力和打印实验的结果一致。上述系列研究的成功，说明通过计算机仿真模拟可用于评估和预测不同3D打印机和不同物料的打印过程，从而对3D打印研究提供更多有价值的信息并对实际打印实验提供更多的辅助和支持。
DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2020.110113
DOI：10.1016/j.compag.2019.04.032
19
江南大学杨帆里、张慜等：利用流体流动数值模拟优化柠檬汁凝胶3D打印工艺
2020年5月3日，江南大学杨帆里、郭超凡、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Bhesh Bhandari在LWT-Food Science and Technology（1区，IF: 4.952）发表了题为“Improving 3D printing process of lemon juice gel based on fluid flow numerical simulation”的研究论文。
食品3D打印作为一个新兴领域近年来倍受关注，为食品加工技术的发展和转型带来了新的思路和机遇。该文章利用POLYFLOW软件对柠檬汁凝胶打印过程中流道中的压力场进行了分析。结果显示，在相同形状的流道中，速度场和剪切速度场由入口体积流量决定；不同工艺参数的变化会引起流道内压力场不同程度的变化，其中喷嘴直径的变化对压力分布的影响最大。
DOI: 10.1016/j.lwt.2018.12.031
（四）
基于低场核磁/近红外的食品3D打印智能检测研究
20
江南大学姜齐永、张慜等：3D食品打印材料的检测评价新技术综述
2021年2月1日，江南大学姜齐永、张慜*（通讯作者）与加拿大麦吉尔大学Arun S. Mujumdar在TOP 期刊Critical Reviews in Food Science and Nutrition（1区，IF: 11.176）发表了题为“Novel evaluation technology for the demand characteristics of 3D food printing materials: A review”的综述文章。
3D打印作为最近开发的食品制造方式，正在为食品行业带来一场革命。被打印的食品材料的流变学和机械特性是其打印性能的决定因素。因此，分析不同 3D打印技术对材料性能的要求并评估打印材料的性能至关重要。该综述中，作者讨论了食品材料的打印特性和分类；概述了挤出型打印、选择性激光烧结、粘合剂喷射和喷墨打印四种打印方式，以及每种打印方式所需的合适材料特性。最后，重点介绍了用于评估3D 打印产品的最新技术，包括低场核磁共振、计算机数值模拟、应用参考材料、形态识别和一些新的仪器分析技术。
DOI: 10.1080/10408398.2021.1878099
21
江南大学陈慧芝、张慜等：通过低场核磁共振和介电特性对比分析鱼糜凝胶的3D打印性能和流变特性
2020年8月4日，江南大学陈慧芝、张慜*（通讯作者）在Journal of Food Engineering（1区，IF: 5.354）发表了题为“Comparative analysis of 3D printability and rheological properties of surimi gels via LF-NMR and dielectric characteristics”的研究论文。
3D打印材料的流变特性对其可打印性和质量起着至关重要的作用。该文章旨在评估低场核磁共振和介电特性预测不同NaCl和水浓度下鱼糜凝胶的流变特性和可打印性的潜力。流变学参数分层聚类分析结果显示，鱼糜凝胶可分为难挤出、良好挤出自支撑、良好挤出难自支撑、难成型四组。对俩种监测技术进行比较发现，基于低场核磁共振的判别分析显示出更高的样品打印性分类精度，使用低场核磁共振预测主要流变特性的偏最小二乘回归模型具有更好的预测精度和稳定性。因此，认为低场核磁共振在预测鱼糜凝胶的流变特性和可打印性方面具有巨大潜力。
DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2020.110278
22
江南大学刘振彬、张慜等：基于低场核磁共振的土豆泥3D打印性能预测
2020年5月11日，江南大学刘振彬、张慜*（通讯作者）等在Journal of Food Engineering（1区，IF: 5.354）发表了题为“Indirect prediction of 3D printability of mashed potatoes based on LF-NMR measurements”的研究论文。
该文章旨在建立一种有效的方法来快速预测土豆泥的3D可打印性。根据3D打印性能或基于流变特性的主成分分析结果，土豆泥可分为三类：自支撑但不可挤出、自支撑和可挤出、可挤出但不可自支撑。Fisher判别分析表明，基于流变特性预测土豆泥的3D打印性能是可靠的。主成分回归和偏最小二乘法被证明可以有效地基于低场核磁共振参数预测土豆泥的流变特性，从而间接但快速地预测其3D可打印性，而无需进行耗时的3D打印测试。
DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2020.110137
23
江南大学孙亚男、张慜等：微波预处理3D打印饼干用面团流变学/打印能力的低场核磁共振智能评估
2020年6月12日，江南大学孙亚男、张慜*（通讯作者）、陈慧芝在LWT-Food Science and Technology（1区，IF: 4.952）发表了题为“LF-NMR intelligent evaluation of rheology and printability for 3D printing of cookie dough pretreated by microwave”的研究论文。
该文旨在利用低场核磁共振智能评估微波预处理3D打印饼干面团的流变特性。Pearson相关分析表明，核磁共振的弱结合水峰面积和总水峰面积与面团流变参数η、G'和G''具有良好的相关性。因此，作者构建了基于低场核磁共振和偏最小二乘回归模型的预测模型，以此对面团的流变特性和打印性能实现快速无损检测；所得模型预测性能优越，流变特性（η、G'和G”）的相关系数分别为0.912、0.985和0.943，RPD值分别为3.665、3.419和3.391。
DOI: 10.1016/j.lwt.2020.109752
24
江南大学Pattarapon Phuhongsung、张慜等：用低场核磁共振来研究大豆分离蛋白凝胶的3D打印能力与流变学和结构特性的相关性
2020年1月7日，江南大学Pattarapon Phuhongsung、张慜*（通讯作者）与泰国国王科技大学Sakamon Devahastin在LWT-Food Science and Technology（1区，IF: 4.952）发表了题为“Investigation on 3D printing ability of soybean protein isolate gels and correlations with their rheological and textural properties via LF-NMR spectroscopic characteristics”的研究论文。
打印材料低场核磁共振谱图的主峰弛豫时间（T2）和峰面积（A22）被研究确定与打印材料的流变学特性和打印性能密切相关。因此，通过测定打印材料的低场核磁共振谱图，特别是T2和A22，可以准确预测材料的3D打印性能。该文章利用低场核磁共振谱图预测了黄原胶-大豆分离蛋白凝胶体系的3D打印性能。结果显示，含有0.5 g黄原胶每30 g大豆分离蛋白和1 g/100 mL NaCl溶液的黄原胶-大豆分离蛋白凝胶体系可以被成功打印，且精度最高。该凝胶体系的T2和A22分别为76.53 ms和4458.51。基于上述最佳参数与材料流变特性和打印性能的相关性可准确预测黄原胶-大豆分离蛋白凝胶体系的打印能力，从而有效减少了打印实验的数量。因此，基于低场核磁共振谱图预测被认为是一种有用的选择打印材料的方法。
DOI: 10.1016/j.lwt.2020.109019
25
江南大学陈杰灵、张慜等：利用近红外光谱预测紫薯泥的3D打印性能
2020年12月29日，江南大学陈杰灵、张慜*（通讯作者）与泰国国王科技大学Sakamon Devahastin在Journal of Food Engineering（1区，IF: 5.354）发表了题为“Novel alternative use of near-infrared spectroscopy to indirectly forecast 3D printability of purple sweet potato pastes”的研究论文。
对食品材料是否适合3D打印的常规评估需要耗时的流变特性测量。该文章提出了一种新颖的近红外光谱法，以不同配比的紫薯泥为试验材料，来预测食品材料的3D打印性能。根据实际3D打印试验以及测得材料流变参数的主成分和 Fisher判别分析，紫薯泥可被分为四类，即不可流动可支撑、良好流动可支撑、可流动支撑性差，和可流动不可支撑。此外，921-1361 nm波长范围内的近红外光谱与流变特性数据显示出很强的相关性。基于偏最小二乘法、主成分回归和人工神经网络的模型，采用合适的近红外光谱参数可以很好地预测紫薯泥的流变特性，因此可间接但快速地预测材料的3D打印性能。
DOI: 10.1016/j.lwt.2020.109019
（五）
食品4D智能打印研究
26
江南大学滕秀秀、张慜等：4D打印在食品领域的最新进展和发展建议
2021年2月14日，江南大学滕秀秀、张慜*（通讯作者）与加拿大麦吉尔大学Arun S. Mujumdar在TOP期刊Trends in Food Science & Technology（1区，IF: 12.563）发表了题为“4D printing: Recent advances and proposals in the food sector”的综述文章。
4D打印技术是3D打印的延伸，4D打印技术自2013年以来受到学术界和工业界的广泛关注。食品加工方面，4D打印技术允许定制食品具有更新颖和吸引人的感官特质。与航空航天、汽车、机器人、生物医学和材料领域4D打印综述较多相比，对于4D食品打印的综述至今未有。该综述讨论了4D打印技术在食品领域的最新进展，阐述了4D食品打印所需的条件，描述了3D打印制备的重组食品随时间的属性变化（形状、颜色、营养和风味）以及从3D打印向4D打印转换的原因，分析了4D食品打印的问题以及相应的解决方案，最后提出了未来4D食品打印的研究思路。该综述旨在为学术界和工业界从事4D食品打印的研究人员提供一些指导和参考。
DOI: 10.1016/j.tifs.2021.01.076
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江南大学陈洋杨、张慜等：利用新型添加剂改善天然食品凝胶3D/4D打印性能的综述
2021年9月1日，江南大学陈洋杨、张慜*（通讯作者）、孙亚男、Pattarapon Phuhongsung在Food hydrocolloids（1区，IF: 9.147）发表了题为“Improving 3D/4D printing characteristics of natural food gels by novel additives: A review”的综述文章。
该综述主要从脂质、亲水胶体和碳水化合物三类添加剂入手，探讨了这三类添加剂在3D/4D食品打印中对天然食品凝胶打印特性（流变特性、热性能、静电性能、营养特性和感官品质）的改善作用。
DOI: 10.1016/j.foodhyd.2021.107160
28
江南大学何畅、张慜等：pH/微波诱导4D打印淀粉基材料的自发变色/变形系列研究
2020年6月30日、2019年10月31日和2021年4月25日，江南大学何畅、张慜*（通讯作者）等在Applied materials & Interfaces（1区，IF: 9.229）和Innovative Food Science and Emerging Technologies（1区，IF: 5.916）发表了题为“Investigation on spontaneous shape change of 4D printed starchbased purees from purple sweet potatoes as induced by microwave dehydration”, “4D printing of mashed potato/purple sweet potato puree with spontaneous color change”和“Microwave-induced deformation behaviors of 4D printed starch-based food products as affected by edible salt and butter content”的研究论文。
食品智能材料3D打印后受外部因素刺激随时间发生4D颜色、形状等演变是最近受到越来越多关注的研究领域。因此，该系列文章研究了由pH/微波加热引发的3D打印紫薯泥的自发颜色/形状变化。pH诱导3D打印产品自发颜色变化研究中，作者利用双喷头打印机，打印了含有15%酸性紫薯泥、23%中性紫薯泥和27%紫薯泥的多片层结构，并通过打印产品内部的酸碱迁移，实现了产品颜色的自发变化。微波诱导3D打印产品自发形状变化研究中，作者通过调控材料配方及填充参数，经微波脱水诱导实现了3D打印产品的理想变形，使二维平面的花和蝴蝶转换为三维形态。进一步的，作者研究了食用盐和黄油含量对微波诱导4D变形的影响，结果显示盐和黄油含量的增加显著降低了打印产品的弯曲角度，因此需要将盐和黄油的含量控制在适当范围内。该系列研究提出的pH/微波诱导3D打印淀粉基产品自发色变/形变技术为4D食品打印的进一步应用奠定了良好的基础。
DOI: 10.1016/j.ifset.2019.102250
DOI: 10.1021/acsami.0c10899
DOI: 10.1016/j.ifset.2021.102699
29
江南大学Ahmed Fathy Ghazal、张慜等：pH诱导4D打印食品自发颜色和风味变化的系列研究
2019年8月23日和2021年2月15日，江南大学Ahmed Fathy Ghazal、张慜*（通讯作者）等在Food and Bioprocess Technology（IF: 4.481）和Food Research International（1区，IF: 6.475）分别发表了题为“spontaneous color change of 3D printed healthy food product over time after printing as a novel application for 4D food printing”和“Investigation on spontaneous 4D changes in color and flavor of healthy 3D printed food materials over time in response to external or internal pH stimulus”的研究论文。
该系列研究分别制备了基于花青素-马铃薯淀粉和基于红甘蓝汁、香兰素粉、马铃薯淀粉、不同果汁的智能3D打印材料。经上述两种系列智能材料打印获得的健康食品在pH诱导下，可随着时间的推移发生吸引人的颜色和风味变化。研究发现，3D打印健康食品的颜色和风味变化不仅可通过喷涂pH溶液实现，也可通过打印产品内部的物质迁移造成的pH刺激实现。该系列研究的成功，对于食品行业制造具有理想和有吸引力的感官特征的新型健康3D打印食品，并以此提高食欲不振人群的进食欲望具有重要意义。
DOI: 10.1007/s11947-019-02327-6
DOI: 10.1016/j.foodres.2021.110215
30
江南大学刘振彬、张慜等：受材料性质和加热机制影响的4D打印食用凝胶结构的脱水触发形状变化
2021年1月18日，江南大学刘振彬、张慜*（通讯作者）等在Food Hydrocolloids（1区，IF: 9.147）发表了题为“Dehydration-triggered shape transformation of 4D printed edible gel structure affected by material property and heating mechanism”的研究论文。
该文章首次介绍了淀粉基可食用3D打印结构的自发脱水触发形状变化；研究了材料性能、加热机制和形状变化行为之间的关系。结果表明，要实现打印样品的程序化形状变化，需要一定程度的打印材料附着力。弯曲度与水分蒸发量和收缩率成正比，与介电常数损耗因子成反比。介质微波脱水的快速脱水速率和内部加热模型不利于样品弯曲。而在空气对流脱水过程中，较大的收缩率和由表面向内脱水机制引起的“弯曲累积效应”有利于提高样品的弯曲度。然后，作者研究了填充结构对形状变化的影响以创建复杂的结构：如蝴蝶。该文章所获得的结论可为脱水触发可变形3D打印食品的生产提供普遍适用的信息。
DOI: 10.1016/j.foodhyd.2021.106608
31
江南大学陈臣、张慜等：微波和pH诱导藕粉凝胶4D打印产品自发颜色变化的系列研究
2021年1月9日和2021年6月28日，江南大学陈臣、张慜*（通讯作者）等在Innovative Food Science and Emerging Technologies（1区，IF: 5.916）和Food Research International（1区，IF: 6.475）发表了题为“4D printing of lotus root powder gel: Color change induced by microwave”和“Investigation of 4D printing of lotus root-compound pigment gel: Effect of pH on rapid colour change”的研究论文。
该系列文章分别以微波和pH为刺激源，以姜黄素乳液和牵牛花提取液为刺激响应材料，成功实现了打印产品在微波和pH诱导下的自发变色。第一项研究中，微波产生的热量使碳酸氢钠分解，使得打印产品的pH往碱性偏移。微波加热也使姜黄素暴露在碱性环境中，使得姜黄素发生脱质子作用，造成了其颜色由黄色向红色的转变。第二项研究则通过喷涂pH溶液诱导打印产品中的花青素快速色变。微波和pH处理前后打印产品醒目的颜色变化，为消费者提供了丰富的感官体验，也为4D食品打印提供了新的思路和方法。
DOI: 10.1016/j.ifset.2021.102605
DOI: 10.1016/j.foodres.2021.110630
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江南大学郭超凡、张慜等：微波加热明胶-阿拉伯胶复合凝聚物诱导4D打印荞麦-黄桃面团的颜色/香气变化
2020年6月30日，江南大学郭超凡、张慜*（通讯作者）与泰国国王科技大学Sakamon Devahastin在Food hydrocolloids（1区，IF: 9.147）发表了题为“Color/aroma changes of 3D-Printed buckwheat dough with yellow flesh peach as triggered by microwave heating of gelatin-gum Arabic complex coacervates”的研究论文。
该文探讨了使用微波加热作为刺激源和明胶-阿拉伯胶-油复合凝聚微胶囊作为刺激响应材料来实现3D打印荞麦面团颜色和香气变化的可行性。微波加热使得面团中的微胶囊破裂，包埋的风味油进行释放，使得打印产品颜色的显著变化和风味的显著增强。该研究的成功，说明明胶-阿拉伯胶-油复合凝聚微胶囊可能是一种潜在的热响应材料，可经微波诱导造成3D打印产品的颜色/香味变化，从而为4D食品打印提供了一种新的选择。
DOI: 10.1016/j.foodhyd.2020.106358
33
江南大学Pattarapon Phuhongsung、张慜等：基于微波加热诱导的大豆分离蛋白凝胶4D打印产品的风味开发
2020年8月12日，江南大学Pattarapon Phuhongsung、张慜*（通讯作者）与澳大利亚昆士兰大学Bhesh Bhandari在Food Research International（1区，IF: 6.475）发表了题为“4D printing of products based on soy protein isolate via microwave heating for flavor development”的研究论文。
该文旨在通过微波加热的外部刺激，开发具有风味自发改变属性的4D打印食品。该款4D打印食品由大豆分离蛋白、k-卡拉胶和香草风味组成，并经低场核磁、流变学测定优化了材料配比。随后，作者通过电子鼻、电子舌和GC-MS等设备明确了微波加热对打印产品风味的调控作用。基于消费者微波加热食物的常用时间，设定了20、40和60 min 的微波加热时段，以明晰风味物质在微波加热过程中的变化趋势。该文的研究结果，为热响应4D打印食品的开发，以及打印食品风味维度的研究奠定了一定的基础，为4D打印食品的多元化发展提供了新的思路。
DOI: 10.1016/j.foodres.2020.109605
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江南大学陈杰灵、张慜等：紫外照射诱导4D打印麦角甾醇紫薯泥中麦角甾醇向维生素D2的转化
2021年6月19日，江南大学陈杰灵、张慜*（通讯作者）与泰国国王科技大学Sakamon Devahastin在LWT-Food Science and Technology（1区，IF: 4.952）发表了题为“UV-C irradiation-triggered nutritional change of 4D printed ergosterol-incorporated purple sweet potato pastes: Conversion of ergosterol into vitamin D2”的研究论文。
尽管研究人员已经对4D打印进行了深入研究以诱导打印食品发生各种属性如形状、颜色、风味的演变，但关于使用该技术来改变打印食品营养属性的信息非常有限。该文章将麦角甾醇掺入至紫薯泥中作为3D打印的基础材料；由UV-C照射诱导打印产品的4D营养变化，即将麦角甾醇转化为营养价值更高的维生素D2。研究结果显示，麦角甾醇的最大添加量为0.65 mg/g紫薯泥，且当打印产品的填充率为70%时，可以实现最高的维生素D2转化率。
DOI: 10.1016/j.lwt.2021.111944
35
江南大学史亚濛、张慜等：微波诱导紫薯泥和油凝胶在4D打印中的自发形变
2021年8月4日，江南大学史亚濛、张慜*（通讯作者）、Pattarapon Phuhongsung在Journal of Food Engineering（1区，IF: 5.354）发表了题为“Microwave-induced spontaneous deformation of purple potato puree and oleogel in 4D printing”的研究论文。
随着3D打印技术在食品领域的广泛应用，4D食品打印技术应运而生。因为基于热响应智能材料的3D打印产品经微波处理后可实现4D变化，所以该文章以紫薯泥和油凝胶为主要材料进行了双喷头3D打印以及打印产品经微波处理后的4D变形研究。结果显示，以紫薯泥为外壳和以油凝胶为内部填充材料的打印产品利用油凝胶与水的比热容和介电性能的差异，造成微波处理后材料的不同熔融程度和速率，并以此为驱动力实现了打印产品的自发形变。该研究的成功，为食品4D打印的自发形变提供了新的思路。
DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2021.110757
张 慜
张慜，江南大学二级教授、至善特聘教授，江苏省高校“生鲜食品智能加工与保鲜”国际联合实验室主任，入选国家百千万人才，享受国务院特殊津贴。长期从事生鲜食品加工高新技术研究，近十年来在食品高效加工新技术领域有开创性的研究，培养毕业研究生/博士后近200名。2007年起先后担任Journal of Food Engineering；Drying Technology; International Agrophysics; Foods等SCI刊物的编委/副主编。2013年8月起，被澳大利亚昆士兰大学授予食品科学领域的荣誉教授。近五年主持国家、省部级和产学研重点项目20余项；获国内外发明专利授权230余项，荣获江苏省“十大杰出专利发明人奖”(2012年）和江苏省专利发明人奖（2020年）；以通讯作者发表SCI论文590余篇，被引总数超过1.3万次，H-index数为70（Web of Science），6度入选ELSIVER“中国高被引学者”榜单。主持的研究成果获国家科技进步奖二等奖、江苏省科技进步奖一等奖、中国商业联合会科技特等奖等科技奖励。
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