馮 蕾，武敬楠,2，李 鳴，聶梅梅，李大婧, ，宋江峰，張培通，劉春泉

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所, 江蘇南京 210014；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 江蘇南京 210095；3.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所, 江蘇南京 210014）

3D打印，又稱為增材制造，是基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建的模型數(shù)據(jù)，通過(guò)層與層之間疊加沉積的方法制造具有復(fù)雜幾何形狀的技術(shù)手段，被稱為“第三次工業(yè)革命”[1?2]。由于3D打印技術(shù)具有設(shè)計(jì)自由化、操作簡(jiǎn)單化、加工自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥醫(yī)學(xué)、工藝產(chǎn)品、生物結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)計(jì)、日常用品等領(lǐng)域[3]。近年來(lái)，食品形式多樣化及膳食營(yíng)養(yǎng)個(gè)性化已成為食品行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，3D打印技術(shù)較高的靈活性對(duì)實(shí)現(xiàn)食品個(gè)性化定制具有重要的指導(dǎo)意義[4]。然而，打印材料對(duì)食品3D打印技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用具有重要意義。目前，3D打印食品材料種類(lèi)主要包括凝膠[5]、土豆泥[6]、巧克力[7]等。

山藥（Dioscorea opposita）為薯蕷科多年生作物，含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類(lèi)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及皂甙、類(lèi)黃酮等活性成分，具有增強(qiáng)免疫力、降血糖、降血脂、調(diào)節(jié)腸道菌群等多種生理功效[8?9]。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人們生活水平的提高，功能性食品受到消費(fèi)者的極大關(guān)注，山藥作為一種傳統(tǒng)藥食同源植物，成為最受青睞的功能性食品之一[10]。此外，山藥中淀粉含量較高（一般占干基60%~85%），其糊化溫度低、吸水能力強(qiáng)、機(jī)械性能好，作為3D打印材料具有一定優(yōu)勢(shì)[11]。武敬楠等[12]研究表明山藥淀粉濃度增加，凝膠體系表觀粘度、儲(chǔ)能模量、損耗模量增加，內(nèi)部微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸致密，從而影響其3D打印特性。因此，以山藥粉為食品材料深入研究其3D打印特性，對(duì)提高其生產(chǎn)應(yīng)用具有重要意義。

本實(shí)驗(yàn)以山藥粉為原料，通過(guò)探討山藥粉含量對(duì)凝膠體系的流變學(xué)性質(zhì)、3D打印特性、產(chǎn)品品質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征的影響規(guī)律，為食品3D打印材料應(yīng)用及功能性食品的個(gè)性化定制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山藥粉 由南京杰百柯生物科技有限公司。

HAAKE MARS Ⅲ 流變儀 賽默飛世爾科技有限公司；3D食品打印機(jī) 杭州時(shí)印科技有限公司；CT3 25K型質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)博勒飛公司；CM-700D型色差儀 日本柯尼卡美能達(dá)公司；JA-3003型千分之一天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；Quanta 200掃描電子顯微鏡 荷蘭FEI公司；ZX-27型傅里葉變換紅外光譜儀 德國(guó)Bruker公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 山藥凝膠的制備 將山藥粉過(guò)120目篩，與水以30%、35%、40%、45%、50%的質(zhì)量比混合均勻，在85 ℃水浴中穩(wěn)定30 min，期間用塑料薄膜包裹容器防止水分蒸發(fā)，水浴加熱后立即取出并冷卻至室溫，形成山藥凝膠，于4 ℃條件下貯藏待用。

1.2.2 動(dòng)態(tài)黏彈性測(cè)定 選用直徑為20 mm的不銹鋼平板夾具，設(shè)置測(cè)試平板間隙為1000 μm，測(cè)試溫度為25 ℃，線性黏彈區(qū)掃描應(yīng)變?yōu)?.1%，掃描頻率為1~10 rad/s，記錄山藥凝膠儲(chǔ)能模量（G'）、損耗模量（G"）隨振蕩頻率增加的變化情況[13]。

1.2.3 打印效果及打印精確性評(píng)價(jià) 將山藥凝膠樣品裝入打印料筒中，根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)，選用直徑為0.6 mm的噴嘴，移動(dòng)速度為25 mm/s，擠出程度為100%，打印直徑為15 mm，高15 mm，內(nèi)部填充為50%，外層數(shù)為2的圓柱，拍照并測(cè)量打印產(chǎn)品的直徑和高度，與模型尺寸的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，計(jì)算打印樣品的偏差來(lái)進(jìn)行精確度評(píng)價(jià)。

1.2.4 打印產(chǎn)品穩(wěn)定性測(cè)定 將打印后的樣品放置在密閉的玻璃盒內(nèi)，放入4 ℃冰箱中保存，1 h后取出樣品測(cè)量其直徑和高度，并與打印結(jié)束時(shí)的直徑和高度進(jìn)行比較，分別計(jì)算直徑偏差和高度偏差來(lái)進(jìn)行打印穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

1.2.5 色澤測(cè)定 測(cè)定3D打印凝膠樣品的色澤指標(biāo)L*值、a*值及b*值，并根據(jù)L*值、a*值及b*值計(jì)算ΔE。其中L*值為亮度值，a*值為紅色或者綠色值，b*值為黃色或藍(lán)色值，ΔE為總色差，值越大表示樣品之間的整體色澤變化程度越大，計(jì)算公式如（1）所示：

式中：L0*,a0*,b0*為初始山藥粉含量（30%）3D打印樣品的色澤值；Li*,ai*,bi*為不同山藥粉含量3D打印樣品的色澤值（i= 35%~50%）。

1.2.6 質(zhì)構(gòu)性質(zhì)測(cè)定 采用全質(zhì)構(gòu)測(cè)試模式測(cè)定3D打印山藥凝膠樣品的質(zhì)構(gòu)特性，其中探頭型號(hào)為T(mén)A25/1000圓柱型探頭，測(cè)試前速度、測(cè)試速度、測(cè)試后速度均為1.0 mm/s，壓縮比為50%，觸發(fā)力為5.0 g，2次壓縮間隔時(shí)間為5.0 s，得到3D打印凝膠樣品的硬度（g）、彈性（mm）、黏性（mJ）、內(nèi)聚性、膠著性（g）、咀嚼性（mJ）[14]。

1.2.7 微觀結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡觀察 將打印樣品冷凍干燥，取少量樣品用碳導(dǎo)電膠黏在樣品托上，放入離子濺射鍍膜儀中，對(duì)樣品進(jìn)行噴金處理，觀察樣品橫斷面的微觀結(jié)構(gòu)并拍照[15]。

1.2.8 傅里葉變換紅外光譜分析 稱取冷凍干燥的打印樣品2 mg，進(jìn)行波數(shù)為400~4000 cm?1的紅外光譜掃描，分辨率為4 cm?1，累計(jì)掃描32次得到紅外光譜圖[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0的ANOVA以及Tukey檢驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，得到的結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，圖表中不同字母表示數(shù)據(jù)的顯著性差異（P<0.05）；使用Origin 9.1軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 山藥粉含量對(duì)凝膠動(dòng)態(tài)黏彈性的影響

動(dòng)態(tài)黏彈性包括儲(chǔ)能模量（G'）及損耗模量（G"），儲(chǔ)能模量（G'）反映凝膠受力作用后恢復(fù)其原始形狀的能力，損耗模量（G"）反映凝膠受力作用時(shí)抵抗流動(dòng)的能力[17]。山藥粉含量對(duì)凝膠動(dòng)態(tài)黏彈性的影響表示3D打印原料力學(xué)特性的變化規(guī)律，可為3D打印原料特性提供參考依據(jù)。如圖1所示，隨著角頻率的增大，體系儲(chǔ)能模量（G'）變化不大，損耗模量（G"）逐漸增加，且在相同角頻率下，凝膠的儲(chǔ)能模量（G'）均大于損耗模量（G"），這一結(jié)果與 Liu 等[18]研究類(lèi)似。此外，山藥粉含量逐漸增加，凝膠的儲(chǔ)能模量（G'）及損耗模量（G"）呈先增大后降低趨勢(shì)，當(dāng)山藥粉含量為45%時(shí)，其儲(chǔ)能模量（G'）及損耗模量（G"）均達(dá)到最大值，隨著山藥粉含量的繼續(xù)增加，凝膠的儲(chǔ)能模量（G'）及損耗模量（G"）均明顯降低。這可能是由于凝膠的黏彈性與直鏈淀粉含量密切相關(guān)，過(guò)高的山藥粉含量阻礙了淀粉顆粒的吸水膨脹，抑制直鏈淀粉重排形成連續(xù)的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[19]。

圖1 山藥粉含量對(duì)凝膠黏彈性的影響Fig.1 Effect of yam powder on viscoelasticity of gel system

2.2 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印效果的影響

圖2為不同山藥粉含量的凝膠3D打印成型效果圖，模型設(shè)計(jì)為直徑15 mm，高15 mm，內(nèi)部填充為50%，外層數(shù)為2的圓柱，其中圖2A及圖2B分別山藥凝膠打印樣品圖及截面圖。觀察圖2可知，山藥粉含量為30%的凝膠儲(chǔ)能模量及損耗模量均較低，過(guò)低的黏度使凝膠流動(dòng)性好，漿料易擠出，但漿料的層與層之間緊實(shí)度降低，從而導(dǎo)致打印樣品結(jié)構(gòu)變形與坍塌。山藥粉含量為35%的凝膠儲(chǔ)能模量及損耗模量增大，凝膠黏度增加，流動(dòng)性降低，漿料的層與層之間緊實(shí)度升高，打印樣品的結(jié)構(gòu)變形及坍塌現(xiàn)象有所改善。山藥粉含量為40%的凝膠黏彈性適中，漿料線條連續(xù)，表面光滑，層層堆積緊密，結(jié)構(gòu)支撐性良好，表現(xiàn)出最佳的打印效果。當(dāng)山藥粉含量繼續(xù)增加至45%及50%時(shí)，淀粉濃度增加導(dǎo)致形成的山藥粉凝膠儲(chǔ)能模量及損耗模量增大，凝膠硬度及黏彈性較大，在打印過(guò)程中需要更大的擠出力，因此出現(xiàn)斷裂和擠出變形等現(xiàn)象，層與層之間產(chǎn)生縫隙，打印效果不佳。

圖2 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印成型效果的影響Fig.2 Effect of yam powder on printability of gel system

2.3 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印精確性的影響

3D打印樣品的精確度越高，產(chǎn)品的質(zhì)量越好[20]。通過(guò)比較模型尺寸的設(shè)計(jì)值與打印樣品實(shí)際測(cè)量值的偏差分析山藥粉粉含量對(duì)3D打印精確性的影響，其中打印偏差的絕對(duì)值越小，精確性越高，正值表示實(shí)際測(cè)量值高于設(shè)計(jì)值，負(fù)值表示實(shí)際測(cè)量值低于設(shè)計(jì)值。圖3顯示了山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印圓柱體的高度精確性偏差（圖3A）及直徑精確性偏差（圖3B）的影響。如圖3所示，山藥粉含量逐漸增加，山藥凝膠三維打印高度偏差及直徑偏差逐漸減小，當(dāng)山藥粉含量為40%時(shí)，其高度偏差及直徑偏差達(dá)到最小值，分別為?1.8%和0.2%，隨著山藥粉含量的繼續(xù)增加，山藥凝膠3D打印高度偏差及直徑偏差都明顯增大。因此，山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印精確性有明顯影響，且當(dāng)含量為40%時(shí)，山藥凝膠3D打印的精確性最高。

圖3 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印精確性的影響Fig.3 Effect of yam powder on 3D printing accuracy of gel system

2.4 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印穩(wěn)定性的影響

通過(guò)比較山藥凝膠3D打印樣品靜置1 h后的尺寸測(cè)量值與打印樣品初始測(cè)量值的偏差分析山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印穩(wěn)定性的影響。圖4顯示了山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印圓柱體的高度穩(wěn)定性偏差（圖4A）及直徑穩(wěn)定性偏差（圖4B）的影響。由圖4可知，凝膠3D打印樣品靜置1 h后的高度及直徑測(cè)量值與初始值的偏差均為負(fù)值，即尺寸測(cè)量值小于初始值。不同山藥粉含量的凝膠3D打印樣品，在40%濃度時(shí)高度穩(wěn)定性偏差最小，但整體無(wú)差異顯著性（P>0.05）（圖4A）。然而，隨著山藥粉含量的逐漸增加，凝膠3D打印樣品的直徑穩(wěn)定性偏差呈先增大后降低趨勢(shì)，當(dāng)山藥粉含量為40%時(shí)，凝膠三維打印樣品的直徑穩(wěn)定性偏差最小為-2.8%，顯著高于含量為30%及50%（P<0.05）。因此，山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印穩(wěn)定性有顯著影響（P<0.05），當(dāng)山藥粉含量為40%時(shí)，山藥凝膠3D打印的穩(wěn)定性最高。

圖4 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of yam powder on 3D printing stability of gel system

2.5 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印色澤的影響

表1顯示了山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印色澤的影響。從表中可知，隨著山藥粉含量的增加，凝膠3D打印樣品的L*值減小，即樣品的亮度值降低，含量為50%時(shí)，山藥凝膠3D打印樣品的亮度值顯著低于含量為30%及35%時(shí)的樣品（P<0.05）。凝膠3D打印樣品的a*值和b*值隨著山藥粉含量的增加而逐漸增加，其中不同山藥粉含量的樣品b*值差異顯著（P<0.05）。含量為40%、45%及50%的山藥凝膠3D打印樣品a*值顯著高于含量為30%及35%的山藥凝膠?？偵钪郸是綜合評(píng)價(jià)不同山藥粉含量的3D打印凝膠色澤差異，ΔE值越大表示色澤差異越大[21]。如表1中所示，隨著山藥粉含量的逐漸增加，凝膠3D打印樣品的總色差逐漸增大，其中山藥粉含量為40%及45%時(shí)，總色差差異不顯著（P>0.05）。綜上所述，山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印樣品的色澤有顯著影響（P<0.05），山藥粉濃度越高，水分含量越小，形成凝膠強(qiáng)度越強(qiáng)，導(dǎo)致凝膠3D打印樣品的亮度值降低，樣品偏紅黃色。

表1 山藥粉含量對(duì)3D打印樣品色澤的影響Table 1 Effect of yam powder on color of 3D printed samples

2.6 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印質(zhì)構(gòu)的影響

質(zhì)構(gòu)特性是消費(fèi)者對(duì)食物可接受程度的重要指標(biāo)，包括硬度、黏性、內(nèi)聚性、彈性、膠著性及咀嚼性[22]。從表2中可知，隨著山藥粉含量的逐漸增加，凝膠3D打印樣品的硬度、膠著性及咀嚼性逐漸增大，這可能是由于隨著山藥粉含量的增加，直鏈淀粉含量逐漸增加，形成凝膠過(guò)程中結(jié)晶體的密度相應(yīng)增加[23]。因此，過(guò)高的山藥粉含量影響了凝膠強(qiáng)度及體系流動(dòng)性，導(dǎo)致3D打印樣品的成型效果下降。其中，山藥粉含量為45%及50%的凝膠3D打印樣品硬度值無(wú)顯著差異（P>0.05）；山藥粉含量為40%、45%及50%時(shí)，凝膠3D打印樣品的膠著性無(wú)顯著差異（P>0.05）；不同山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印樣品的咀嚼性影響均不顯著（P>0.05）。觀察不同濃度山藥粉對(duì)凝膠3D打印樣品的黏性、內(nèi)聚性和彈性可知，不同山藥粉含量的凝膠3D打印樣品的黏性及內(nèi)聚性變化趨勢(shì)不明顯，且樣品之間差異不顯著（P>0.05）；山藥粉含量的增加使凝膠3D打印樣品的彈性降低，但山藥粉含量為40%、45%及50%時(shí)，凝膠3D打印樣品的彈性無(wú)顯著差異（P>0.05）。

表2 山藥粉含量對(duì)3D打印樣品質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effect of yam powder on textural characteristics of 3D printed samples

2.7 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印微觀結(jié)構(gòu)的影響

微觀結(jié)構(gòu)的表征是研究凝膠結(jié)構(gòu)與特性的重要手段[24]。圖5為不同山藥粉含量的凝膠3D打印樣品的斷面掃描電鏡圖。由圖中可知，所有的凝膠3D打印樣品的微觀結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，且不同山藥粉含量的凝膠微觀結(jié)構(gòu)存在一定差異。山藥粉含量為30%的凝膠多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不規(guī)則，孔隙大小不一，分布不均，孔壁較厚，結(jié)構(gòu)致密度較低。隨著山藥粉含量的增加，凝膠3D打印樣品的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐漸明顯，孔隙逐漸減小且逐漸趨于有序分布，孔壁變薄。當(dāng)山藥粉含量為40%時(shí)，凝膠3D打印樣品的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)明顯，孔隙大小均勻且分布有序，致密度較高。隨著山藥粉含量的繼續(xù)增加（≥45%），凝膠3D打印樣品的孔隙顯著減小，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)趨于更加致密的固態(tài)結(jié)構(gòu)，凝膠表面粗糙。結(jié)果表明，山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印樣品的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)具有顯著影響，這可能是由于隨著山藥粉含量的增加，水分子與淀粉分子之間作用越強(qiáng)，從而導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，形成的結(jié)構(gòu)更加致密[25]。

圖5 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印樣品微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 Effect of yam powder on microstructure of 3D printed samples

2.8 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印樣品分子結(jié)構(gòu)的影響

紅外光譜分析可用于官能團(tuán)及分子結(jié)構(gòu)測(cè)定，不同吸收峰的位置對(duì)應(yīng)特定的官能團(tuán)或化學(xué)鍵[26]。圖6為不同山藥粉含量凝膠3D打印樣品的傅里葉變換紅外光譜圖。由圖中可知，所有樣品均在995、1631、2891及3276 cm?1附近出現(xiàn)吸收峰，不同山藥粉含量的凝膠3D打印樣品傅里葉變換紅外光譜圖沒(méi)有出現(xiàn)新官能團(tuán)特征吸收峰，說(shuō)明沒(méi)有基團(tuán)產(chǎn)生。在波數(shù)995 cm?1處的吸收峰歸因于C-OH的彎曲振動(dòng)，在波數(shù)為1631 cm?1處的吸收峰歸因于COO-伸縮振動(dòng)，在波數(shù)為2891 cm?1處的吸收峰歸因于HC-H不對(duì)稱伸縮振動(dòng)，在波數(shù)為3276 cm?1處的寬吸收峰歸因于羥基O-H伸縮振動(dòng)[27?28]。此外，觀察不同濃度山藥粉凝膠的四個(gè)吸收峰位置得出，隨著山藥粉含量的增加，波數(shù)為3276 cm?1及2891 cm?1處的峰向高波數(shù)方向偏移，波數(shù)為1631 cm?1及995 cm?1處的峰向低波數(shù)方向偏移，即山藥粉含量的增加使H-C-H及羥基O-H鍵加強(qiáng)，C-OH及COO-鍵減弱。結(jié)果表明，不同山藥粉含量的凝膠3D打印樣品不產(chǎn)生新的官能團(tuán)，主要通過(guò)作用于H-C-H及O-H的氫鍵部分來(lái)改變凝膠特性，這一結(jié)果與王浩等[29]研究魔芋膠添加對(duì)3D打印材料官能團(tuán)影響類(lèi)似。

圖6 山藥粉含量對(duì)凝膠3D打印樣品官能團(tuán)的影響Fig.6 Effect of yam powder on functional group of 3D printed samples

2.9 聚類(lèi)分析

為了研究不同山藥粉含量的3D打印樣品及打印特性的差異性，采用平方歐式距離及組間聯(lián)接測(cè)量法分別對(duì)不同山藥粉含量的3D打印樣品及山藥粉3D打印性質(zhì)進(jìn)行聚類(lèi)分析[30]。圖7A顯示了不同山藥粉含量3D打印樣品的聚類(lèi)分析結(jié)果，如圖所示，當(dāng)距離接近2時(shí)，不同山藥粉含量的打印樣品可分為三大類(lèi)。其中第I類(lèi)為山藥粉含量30%及含量35%的打印樣品；第II類(lèi)為山藥粉含量40%及含量45%的打印樣品；第III類(lèi)為山藥粉含量50%的打印樣品。由圖7A可知，不同山藥粉含量打印樣品的色澤、質(zhì)構(gòu)、打印特性及分子結(jié)構(gòu)特征不同。圖7B顯示了山藥凝膠3D打印樣品品質(zhì)指標(biāo)的聚類(lèi)分析結(jié)果，如圖所示，當(dāng)距離接近3時(shí)，山藥粉3D打印樣品的特性可分為兩類(lèi)，其中色差值（L*、a*、b*值）、質(zhì)構(gòu)（硬度、粘性、內(nèi)聚性、彈性、膠著性、咀嚼性）、打印特性（高精確度、直徑精確性、高穩(wěn)定性、直徑穩(wěn)定性）聚為第 I類(lèi)，分子結(jié)構(gòu)（O-H、H-C-H、COO-、C-OH）聚為第II類(lèi)。由圖7B可知，隨著山藥粉含量的增加，打印樣品的色澤、質(zhì)構(gòu)及打印特性變化趨勢(shì)基本一致，而不同山藥粉含量打印樣品的分子結(jié)構(gòu)特征變化不明顯。綜上，山藥粉含量為30%及35%的3D打印樣品色澤偏亮，質(zhì)地較軟，打印精度及穩(wěn)定性較低，H-C-H鍵及O-H鍵較弱，打印樣品易坍塌變形；而山藥粉含量為40%及45%的3D打印樣品色澤逐漸變暗，質(zhì)地、打印精度及穩(wěn)定性較為接近；當(dāng)山藥粉含量為50%時(shí)，3D打印樣品的色澤較暗，質(zhì)地較硬，打印精度及穩(wěn)定性降低，C-OH及COO-鍵減弱，打印樣品斷裂現(xiàn)象嚴(yán)重。

圖7 山藥粉凝膠體系3D打印樣品（A）及3D打印性質(zhì)（B）聚類(lèi)分析Fig.7 Cluster analysis of 3D printed yam gel (A)and 3D printing properties (B)

3 結(jié)論

山藥粉含量對(duì)凝膠體系的動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性、3D打印成型性、色澤、質(zhì)構(gòu)特性、微觀結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)均有明顯影響。山藥粉凝膠屬于典型的弱凝膠動(dòng)態(tài)流變學(xué)體系，隨著山藥粉含量的增加，凝膠體系的儲(chǔ)能模量及損耗模量呈先增大后降低趨勢(shì)，3D打印樣品的硬度、膠著性、咀嚼性及總色差增加，彈性及亮度值降低，孔隙逐漸減小，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)趨于致密。不同山藥粉含量的凝膠3D打印樣品不產(chǎn)生新的官能團(tuán)，主要通過(guò)作用于H-C-H及O-H的氫鍵部分來(lái)改變凝膠特性。當(dāng)山藥粉含量為30%和35%時(shí)，凝膠濃度稀，打印樣品紋路不清晰、易變形且穩(wěn)定性差；當(dāng)濃度達(dá)到40%時(shí)，凝膠3D打印樣品成型效果較好，打印精確度及穩(wěn)定性較高，打印樣品放置1 h內(nèi)直徑穩(wěn)定性偏差最小為?2.8%；隨著濃度的增加（≥45%），山藥粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)，在打印過(guò)程中斷裂現(xiàn)象明顯，打印成型效果差，與設(shè)計(jì)模型偏差大。通過(guò)探究不同濃度山藥粉凝膠對(duì)3D打印的影響，不僅可以利用相關(guān)技術(shù)對(duì)山藥粉進(jìn)行加工利用，也拓寬了3D打印領(lǐng)域的物料范圍。