3D打印定向构建关键结构域调控淀粉消化与营养特性的研究

Considering the development of personalized nutrition customization of healthy cereals foods and food intelligent manufacturing, the basic scientific research of 3D printing oriented fabrication of the key structural domains to control starch digestion and nutritional characteristics will be prospectively conducted. From the new point of view of controlling 3D printing processing conditions, regulating the movement of starch molecules and the fabrication of key structural domains and customizing the digestion and nutrition characteristics of starch, the interaction and molecular movement behavior between starch and polyphenols / lipids in 3D printing process will be systematically explored to reveal the disordered phase transition pattern of starch from the multi-scale ordered structure and the formation pathway of the key structural domains regulating the digestibility of starch and its complex; Moreover, the relationship and mechanism among the processing conditions of 3D printing, the key domains of multi-scale structure of starch and its complex, and the digestion and nutritional characteristics of starch and its complex will be clarified. Thus, the method of regulating the starch digestion and nutritional properties will be obtained through the 3D printing process and/or synergistic polyphenols / lipid complex which induced starch molecules to construct the key structural domains, realizing the molecular design through 3D printing personalized customization of nutritionally healthy cereal foods that meets the needs of different populations.The research results are of great significance to improve the nutrition characteristics of cereal foods, promote the application of 3D printing technology in food process and improve the national health level.

针对健康谷物食品个性化营养定制及食品智能制造的发展趋势，前瞻性地开展3D打印定向构建关键结构域调控淀粉消化与营养特性的基础科学研究。从控制3D打印加工条件、调控淀粉分子运动行为与关键结构域构建、个性化定制淀粉消化与营养特性的新颖角度，系统探讨3D打印加工过程中淀粉及其与多酚/脂质分子间的相互作用和分子运动行为，揭示淀粉多尺度结构无序化相转变规律和调控与淀粉及其复合物消化性能相关的关键结构域的形成途径；明晰3D打印加工条件、淀粉及其复合物多尺度结构中关键结构域、淀粉及其复合物消化与营养特性之间的关系和相互影响机制，获得3D打印加工或协同多酚/脂质复合作用诱导淀粉分子构建关键结构域定向调控消化和营养特性的方法，实现满足不同人群需求的营养健康谷物食品的3D打印个性化创制的分子设计。研究结果对提高谷物食品营养特性，促进3D打印技术在食品中应用，提升国民健康水平均具有重要的意义。

与膳食相关的慢性代谢性疾病问题已严重影响到我国居民的身体健康，创制个性化营养健康食品已成为提高国民健康水平的重大需求和有效防控慢性代谢性疾病的重要举措。作为基本膳食来源和对慢性代谢性疾病发生有重要影响的谷物食品的营养功能精准设计显得尤为重要，而其营养功能又主要受制于主成分淀粉的消化性能。具有个性化产品外观设计及营养功能定制优势的食品3D打印技术为食品领域带来了全新的发展概念和动力，但目前基本局限在利用不同营养功能食材配伍进行3D打印成型实现营养个性化定制的模式。因此，如何利用3D打印定向调控淀粉消化性能继而提升谷物食品营养功能已成为前沿研究热点及亟待解决的关键科学问题之一。. 本项目以消化性能决定于淀粉多尺度结构中的关键结构域为突破口，从控制3D打印加工条件、淀粉糊化度和多酚/脂质的复合作用、调控淀粉分子运动行为与关键结构域构建、个性化定制淀粉消化与营养特性的新颖角度展开系统深入研究，明晰了淀粉多尺度结构演变规律和与调控消化性能相关的关键结构域形成途径，从动物、肠道微生物、肠道免疫、血糖血脂代谢过程相关蛋白和基因等多层次阐明了消化性能调控营养功能的潜在分子机制，揭示了3D打印条件与多酚/脂质复合作用、分子运动行为与关键结构域构建、消化性能与营养特性调控之间的内在关系，为应用3D打印技术个性化定制营养健康谷物食品奠定了理论基础。. 通过项目的实施，获得了3D打印及其协同多酚/脂质复合作用诱导淀粉分子构建关键结构域定向调控消化性能的方法，利用其通过调控淀粉的消化性能可赋予具有调节血糖血脂、肠道微生态及肠道免疫功能等健康效应，可为具有防控慢性代谢性疾病发生和发展功能的健康谷物食品的创制提供新思路和技术支撑。可见，本项目的研究成果即具有先进性和重要的学术价值，又具有很好的应用前景，对促进食品科学的发展和营养健康食品产业的科技进步具有重要的意义。