[0001] 本发明涉及食品3D打印技术，尤其是真菌蛋白材料及制作方法。

[0002] 随着全球人口的增长和生活水平的提高，肉类消费量持续增加。然而，传统的畜牧业面临着资源消耗大、环境污染严重、动物福利问题突出等诸多挑战。此外，部分消费者出于健康、伦理或宗教等原因，选择减少肉类摄入。因此，开发营养健康、口感优良、生产环保的植物基肉替代品成为食品工业的重要研究方向之一。真菌蛋白因其独特的组分特性和纤维结构，在仿肉制品领域显示出广阔的应用前景，受到研究者和企业的高度关注。

[0003] 目前，真菌蛋白的生产工艺已经较为成熟，多种产品已实现商业化销售。然而，在口感质构方面，真菌蛋白仍难以完全模拟动物肌肉的纤维排列和咀嚼感。研究表明，消费者对植物肉的接受度在很大程度上取决于其与真实肉类的相似程度。因此，如何改善真菌蛋白的质地和口感，赋予其肉样的纤维结构，是当前亟待解决的关键技术问题。3D打印技术为加工定制化食品提供了新的可能，通过对打印参数的优化和对配方的调控，可精准构建食品的微观结构和宏观形貌。将3D打印技术应用于真菌蛋白的加工，有望突破传统工艺的局限，实现菌丝纤维的定向排列，提升仿肉制品的口感品质。

[0004] 尽管3D打印在巧克力、奶酪、面团等食品中的应用已有大量研究，但在真菌蛋白加工领域的探索还十分有限。真菌蛋白的流变特性和热物理性质与其他常见食品原料差异较大，无法直接应用已有的打印参数和配方体系。如何调控真菌蛋白的流变行为，使其在打印过程中实现连续稳定的挤出，并在打印后维持整体结构的完整性，是一大技术挑战。此外，打印过程中的剪切力和热效应可能会影响蛋白质的构象和凝胶特性，进而影响产品的质地和感官品质。

[0005] 因此，亟需开展真菌蛋白3D打印工艺的系统研究，深入分析打印参数与真菌蛋白材料特性之间的关联，优化配方体系和工艺条件，以期获得兼具合理营养、理想口感和稳定质构的仿肉制品。

[0041] 实施例一，3D打印的真菌蛋白材料的制备发酵后的真菌蛋白水分调制80%，添加提前准备好的3%的卡拉胶水凝胶。制备出3D打印原料。为了确认真菌蛋白的可打印性和打印后的质构特性，选取4%、5%、6%、7%的蛋清蛋白粉与提前制备好的真菌蛋白原料混合均匀，混合后在4 ℃ 下过夜保存稳定样品，确认蛋清蛋白粉完全溶解。

[0042] 对照组设计：制备水分80%的真菌蛋白+3%的卡拉胶+5%的蛋清蛋白EWP混合凝胶手工成型，不经过3D打印设备。

[0043] 3D打印参数设置，根据原料特性结合预实验结果选取喷嘴直径1.6 mm，丝径1.2 mm，喷嘴温度25℃，为打印条件进行根据提前用3ds max设计好的模型进行3D打印。对照组的原料按比例混合后用普通磨具成型不经过3D打印。

[0044] 3D打印后产品制备，打印后的原料和对照组分别用95℃的水浴锅蒸煮30min， 后4℃保存过夜，测试质构前将样品在室温下平衡1小时。

[0045] 指标测定，测定样品的流变学特性、质构特性、微观结构（扫描电子显微镜）如图1所示，混合体系中G′和G′′的变化说明随着应力的呈下降趋势，原因可能是由于蛋清蛋白的添加改变了菌丝体系的网络结构和相互作用。在低应力下，菌丝体系可能受到蛋清蛋白的增加而形成更为松散的网络结构，导致较低的储存模量。然而，当施加较高的应力时，该松散的网络结构可能无法有效地维持整个体系的稳定性，从而导致储存模量下降。此外，蛋清蛋白的添加还可能改变了菌丝体系中的分散性和粘度，影响了体系的流变特性。因此，储存模量随着应力上升而下降的现象可能是因为蛋清蛋白与菌丝相互作用引起的网络结构变化和流变性质的调整。

[0046] 如图2所示，基于挤压的食品3D打印中，理想的物料应具有剪切稀化行为和较低的表观粘度值，更有利于物料的挤出。表观粘度表示打印原料的流动性，决定了材料能否从喷嘴中顺利挤出。不同EWP添加量下真菌蛋白原料的表观粘度均随着剪切速率的增大而减小，表现出剪切稀化行为。

[0047] 体系中随着频率的增加G′呈上升趋势，原因可能是通过添加蛋清蛋白，可能形成更多的交联结构或者聚合物链之间的互相作用增强，从而提高了体系的储存模量。损耗模量变化不大原因是体系的弹性模量较高(G′高于G′′)，频率的提升对G′′无明显作用原因可能是当菌丝与蛋清蛋白的添加达到一定比例后，体系中的交联结构已经接近饱和状态，频率的改变对于储存模量的影响较小。

[0048] 如图3所示，随着蛋清蛋白添加量的上升3D打印后的真菌蛋白凝胶体系的硬度，咀嚼性，胶着性等质构特性呈上升趋势。其中蛋清蛋白添加量6%时的质构特性与牛肉的质构特性无明显差别。在同等EWP添加量下3D打印后的硬度，咀嚼性，胶着性显著高于对照组，原因可能是3D打印通过挤压的方式提升菌丝跟蛋白质之间的相互作用，缩短菌丝间隙使蛋白质和菌丝体更紧密的结合。

[0049] 如图4所示，真菌蛋白3D打印后的扫描电镜图可以发现菌丝体被蛋清蛋白包裹，菌丝和菌丝之间由蛋清蛋白相连接。跟对照组对比可发现打印后的菌丝体和蛋白质结构变得更加紧密，这有助于提升质构和咀嚼特性。结合扫描电镜和打印后的真菌蛋白样品可确认3D打印技术有望实现菌丝的方向性排列。3D打印之后的真菌蛋白表面光滑具有纹理性，结合质构特性和内部结构结果可发现蛋清蛋白添加量为6%时打印后的真菌蛋白具有良好的质构和内部结构特性。

[0050] 在本实施例中，蛋清蛋白的添加会影响真菌蛋白的流变性能，随着蛋清蛋白添加量的上升混合体系的机械性能呈上升趋势，这有利于打印后模型的支撑性能，但过
高的机械力导致3D打印过程出丝不均匀以及断丝情况。

[0051] 3D打印过程中通过设备的挤压真菌蛋白菌丝体‑蛋清蛋白混合体系变得更加紧密，菌丝间隙缩小导致质构的显著上升。3D打印后EWP添加量6%的质构特性跟牛肉的质构无显著差异。

[0052] 通过扫描电镜图可发现真菌蛋白‑蛋清蛋白混合体系通过3D打印变得更加紧密，菌丝和菌丝之间由蛋清蛋白填充，实现横向排列。打印后的真菌蛋白表面光滑，纹理明显，具有成类似于动物肉的纤维结构。

[0053] 在本实施例中，蛋清蛋白添加量对真菌蛋白流变特性的影响，同时，表明蛋清蛋白添加量与质构特性(如硬度、胶着性等)有关。这些数据表明不同组分之间存在着复杂的相互作用和耦合效应。

[0054] 实施例二，在真菌蛋白中添加马铃薯蛋白，玉米淀粉，食用盐以制备3D打印材料。在水分含量为80%的真菌蛋白原料中添加6%的蛋清蛋白，并分别研究1%，1.5%，2%，2.5%，3%，
3.5%，4%，4.5%，5%的马铃薯蛋白，0.5%，1%，1.5%，2%，的玉米淀粉，2%，2.5%，3%，3.5%，4%的食用盐添加时油墨流变特性和质构的研究。

[0055] 3D打印参数设置：根据原料特性结合预实验结果选取喷嘴直径1.6 mm，丝径1.2 mm，喷嘴温度25℃，为打印条件进行根据提前用3ds max设计好的模型进行3D打印。对照组的原料按比例混合后用普通磨具成型不经过3D打印。

[0056] 3D打印后产品制备：打印后的原料和对照组分别用95℃的水浴锅蒸煮30min， 后4℃保存过夜，测试质构前将样品在室温下平衡1小时。

[0057] 指标测定：测定样品的流变学特性、质构特性。

[0058] 响应曲面分析：采用Design – Expert以质构的(硬度，弹性，内聚力和咀嚼性)作为响应值，建立中心组和试验设计 (CCD)。自变量的因子水平 (编码值为‑1，0，+1) 分别为：马铃薯蛋白1%，1.5%，2%，2.5%，3%，3.5%，4%，4.5%，5%；玉米淀粉白添加量0.5%，1%，1.5%，2%，；食用盐：2%，2.5%，3%，3.5%，4%具体设计和试验结果如表所示。

[0059] 如图5所示，其中图a为储存模量；图b为损耗模量。

[0060] 体系中G′随着应力的上升呈下降趋势。G′′先上升后下降趋势，这跟添加卵清蛋白时一样。原因可从两个方面进行考虑1. PP和EWP的蛋白质相互作用。2. EWP和MYCP的蛋白质相互作用。但G′和G′′值比同等量的EWP低，说明体系中PP‑EWP的相互作用比EWP‑MYCP低。

[0061] 如图6所示，其中a为黏度；b为储存模量；c为损耗模量。

[0062] 体系中G′高于G′′这与应力扫描结果相对应并且表明凝胶物具有较高的弹性和较低的粘性。原因是可能是马铃薯蛋白的加入改变了体系的微观结构和相互作用，导致菌丝与马铃薯蛋白之间的相互作用增加。这种相互作用使得体系在受到外力作用时更难发生形变，从而表现出储存模量随频率上升的特性。

[0063] 如图7所示，随着马铃薯蛋白添加量的上升打印之后的真菌蛋白硬度，弹性，内聚力呈上升趋势。与相同添加量蛋清蛋白相比，马铃薯蛋白对只够特性的影响不显著。

[0064] 如图8所示，其中，a为储存模量；b为损耗模量。

[0065] 随着应力的上升凝胶体系的储存模量和损耗模量呈下降趋势原因可能是应力的增加可能会改变真菌蛋白和一米淀粉的分子结构，导致分子内部的排列或相互作用发生变化。这可能导致混合物的弹性特性降低，从而降低储存模量。

[0066] 如图9所示，a为黏度；b为储存模量；c为损耗模量。

[0067] 体系中G′高于G′′这与应力扫描结果相对应并且表明凝胶物具有较高的弹性和较低的粘性。原因是可能是淀粉的加入改变了体系的微观结构和相互作用，导致菌丝与淀粉或着淀粉与蛋白质之间的相互作用增加。这种相互作用使得体系在受到外力作用时更难发生形变，从而表现出储存模量随频率上升的特性。

[0068] 如图10所示，蛋白质和淀粉分子之间的相互作用，形成更多的凝胶交联点，导致质构特性的上升。

[0069] 如图11所示，氯化钠跟凝胶系统中的蛋白质与菌丝体相互作用，减少分子间静电排斥力提高蛋白质聚合提高质构特性。

[0070] 如图12所示，根据响应曲面结果：考虑质构时真菌蛋白3D打印的马铃薯蛋白添加量3.69%，卵清蛋白7%，玉米淀粉1.85%，氯化钠2.81%，这里是重量百分比。

[0071] 在本实施例中，马铃薯蛋白，玉米淀粉，食用盐的添加会通过流变特性和机械性能影响真菌蛋白3D的打印特性。根据不同添加物之间质构特性变化测定可发现食用盐对质构的影响最为显著，原因可能是食用盐通过静电作用与菌丝体发生互作，导致混合凝胶内部结构的进一步的紧密。根据响应面结果真菌蛋白3D打印中马铃薯蛋白添加量3.69%，卵清蛋白7%，玉米淀粉1.85%，氯化钠2.81%时质构最好。如果没有特别说明，本申请中的比例都是重量比或重量百分数。

[0072] 在本实施例中，从图中可知，玉米淀粉的添加量对真菌蛋白的流变特性(如储存模量、损耗模量和表观粘度)有显著影响，而这些流变特性又与3D打印性能密切相关。同时，玉米淀粉的添加量也影响了真菌蛋白打印样品的质构特性，如硬度、内聚性和咀嚼性等。这些结果表明，玉米淀粉与其他组分(如蛋白质)之间可能存在相互作用，共同影响着真菌蛋白材料的性能。

[0073] 在本申请中，80%是指调制后真菌蛋白的水分，蛋清蛋白4%是真菌蛋白和蛋清蛋白粉直接通过96:4配比而成，其他重量份数和重量比，可以参照这一说明。

[0074] 在配方优化方面，本申请以真菌蛋白为主要原料，通过添加其他功能性组分，如蛋清蛋白、马铃薯蛋白、玉米淀粉和食用盐等，对真菌蛋白的流变特性和凝胶特性进行了调控。具体而言，蛋清蛋白和马铃薯蛋白的添加可以提高体系的蛋白质含量，增强蛋白质之间的相互作用，促进凝胶网络的形成。玉米淀粉作为增稠剂，可以提高体系的粘度和稳定性。食用盐则通过增加蛋白质分子间的静电屏蔽作用，减弱分子间的排斥力，促进蛋白质聚集和凝胶形成。通过响应面优化，研究者得出了各组分的最佳添加比例：在80%含量的真菌蛋白基础上，蛋清蛋白添加6%，马铃薯蛋白添加3.69%，玉米淀粉添加1.85%，食用盐添加
2.81%。这一配方不仅赋予了真菌蛋白合适的流变特性，保证其在打印过程中能够连续稳定地挤出，而且显著改善了打印产品的质构特性，如硬度、弹性、内聚性和咀嚼性等指标均接近真实肉类。

[0075] 采用响应面优化设计，系统研究不同组分及其配比对真菌蛋白3D打印材料性能的影响，并通过数学模型和统计分析得出了最佳配方。本实施例考虑多个因素的交互作用，能够全面评估配方的影响，而不是简单的单因素试验。

[0076] 在3D打印工艺方面，研究者针对真菌蛋白材料的特点，优化了打印参数，如喷嘴直径、打印温度、挤出速度等。合适的喷嘴直径(1.6mm)和挤出速度(1.2mm/s)有利于材料的连续均匀沉积，避免出现断丝或堵塞等问题。适宜的打印温度(25°C)可以维持真菌蛋白的凝胶状态，防止其在打印过程中发生相分离或流动变形。此外，研究者还采用了特定的打印路径和填充模式，如交叉网格状填充，不仅提高了打印样品的整体强度，而且形成了类似肌肉纤维的各向异性结构。扫描电镜分析表明，经过打印处理的真菌蛋白样品中，菌丝纤维沿打印方向有序排列，形成了致密的层状结构，这与天然肌肉组织的微观结构高度相似。因此，3D打印技术可以在微观尺度上精准控制真菌蛋白的组织构建，赋予其独特的质构特性。

[0077] 为了进一步解释3D打印处理对真菌蛋白质构的改善机制，可以从以下几个方面进行分析：首先，打印过程中的剪切力会使蛋白质分子发生重排和定向，形成沿剪切方向平行排列的纤维状结构。这种定向结构不仅提高了材料的各向异性，而且促进了蛋白质分子间的相互作用，增强了凝胶网络的强度。其次，打印过程中材料经历了快速的冷却和固化过程，这有利于凝胶网络的快速形成和稳定。快速冷却可以减少蛋白质分子的热运动，加速氢键等二级键的形成，提高凝胶的强度和弹性。最后，打印过程中材料受到的压力也有助于蛋白质分子的聚集和交联。高压条件下，蛋白质分子间的距离缩短，疏水相互作用增强，从而促进了更紧密的网络结构的形成。

[0078] 综上所述，上述两个实施例通过配方优化和3D打印工艺的创新，成功地改善了真菌蛋白的质构特性，为开发高品质的植物基仿肉制品提供了新的思路和方法。一方面，通过添加不同的功能性组分，调控真菌蛋白的流变特性和凝胶特性，获得了适合3D打印加工的材料体系；另一方面，通过优化打印参数和路径，在微观尺度上精准控制了真菌蛋白的组织构建，赋予其类似肌肉纤维的各向异性结构，显著提升了其质构特性和口感品质。这些研究成果不仅丰富了3D食品打印技术的应用范围，而且为未来植物基肉制品的产业化生产提供了重要的理论和技术支撑，具有广阔的应用前景。

[0079] 在本申请中，解决了真菌蛋白加工过程中的质构和口感问题。传统的真菌蛋白制品虽然在营养和健康方面具有优势，但在质地和口感上难以模拟真实肉类的纤维结构和咀嚼感。而该方案通过配方优化和3D打印工艺的创新，成功地改善了真菌蛋白的质构特性，赋予其类似肌肉纤维的各向异性结构，使其在硬度、弹性、内聚性和咀嚼性等指标上接近真实肉类，显著提升了口感品质。这一突破性进展有望推动植物基仿肉制品的发展，满足消费者日益增长的健康、营养和感官需求。

[0080] 通过扫描电镜分析，发现经过3D打印处理的真菌蛋白样品中，菌丝纤维沿打印方向有序排列，形成了致密的层状结构，这与天然肌肉组织的微观结构高度相似。同时，rheological and texture analysis结果表明，优化配方的3D打印真菌蛋白样品在硬度、弹性、内聚性和咀嚼性等质构指标上与真实肉类接近。由此可以推断，3D打印技术可以在微观尺度上精准控制真菌蛋白的组织构建，赋予其独特的质构特性，从而有效改善其口感品质，使其更接近真实肉类。

[0081] 拓宽了3D食品打印技术的应用范围。目前，3D打印技术在巧克力、奶酪、面团等食品中已有广泛研究，但在真菌蛋白加工领域的应用还十分有限。该方案针对真菌蛋白的特点，优化了打印材料配方和工艺参数，证明了3D打印技术在植物基仿肉制品加工中的可行性和优越性，为3D食品打印技术开辟了新的应用方向。这不仅丰富了3D打印食品的种类，而且为其他非常规食品原料的3D打印加工提供了借鉴和参考。

[0082] 通过系统研究，优化了适合真菌蛋白3D打印加工的材料配方(添加蛋清蛋白、马铃薯蛋白、玉米淀粉和食盐等)和工艺参数(喷嘴直径、打印温度、挤出速度等)，成功实现了真菌蛋白的3D打印成型，并显著改善了其质构特性。这一成果表明，尽管真菌蛋白与常见的3D打印食品原料(如巧克力、奶酪等)在理化特性上存在差异，但通过合理的配方设计和工艺优化，仍然可以实现其高质量的3D打印加工。由此可以推断，3D打印技术在食品加工领域具有广阔的应用前景，不仅适用于常规原料，也可以通过创新研究拓展至特殊原料，为开发新型食品制品提供新的可能。

[0083] 为植物基仿肉制品的产业化生产提供了技术支撑。随着人们健康意识的提高和可持续发展理念的深入，植物基肉替代品市场迎来了快速增长。然而，如何大规模生产高品质的植物基仿肉制品，仍然是一大技术瓶颈。该方案采用3D打印技术，实现了真菌蛋白制品的精准成型和微结构构建，为植物基仿肉制品的规模化生产提供了新的思路和方法。与传统加工工艺相比，3D打印技术具有高度的灵活性和可设计性，可以根据需要定制不同形状、尺寸和内部结构的产品，满足消费者的个性化需求。同时，3D打印技术易于实现自动化和智能化控制，有利于提高生产效率和产品质量的一致性，降低生产成本。因此，该方案为未来植物基仿肉制品的产业化发展奠定了坚实的技术基础，具有重要的现实意义和应用价值。

[0084] 采用3D打印技术，通过对打印参数的优化和对配方的调控，精准构建了真菌蛋白制品的微观结构和宏观形貌，使其在质构和口感上接近真实肉类。这一结果表明，3D打印技术可以突破传统加工工艺的局限，实现对食品微结构的精准控制和定制化生产。同时，文献中还讨论了3D打印技术在食品加工中的优势，如高度的灵活性、可设计性和自动化程度，有利于实现产品的个性化定制和规模化生产。由此可以推断，将3D打印技术应用于植物基仿肉制品的生产，不仅可以显著提升产品品质，而且有望实现大规模工业化生产，推动植物基肉替代品行业的快速发展。

[0085] 在评估真菌蛋白3D打印材料时，需要考虑多个性能指标，如流变特性(黏度、储存模量、损耗模量等)、质构特性(硬度、弹性、内聚性、咀嚼性等)和微观结构(菌丝排列、孔隙率等)。这些指标对于材料的打印性能和最终产品品质都有重要影响。从实施例一和二的数据可知，某些组分对特定指标可能有正面效果，但对其他指标可能有负面影响。马铃薯蛋白的添加有助于提高样品的硬度和咀嚼性，但同时也可能增大材料的流变性能，进而影响其打印性能。蛋清蛋白的添加虽然可以提高样品的质构特性，但过量添加可能导致材料流变性能的下降，不利于打印过程的顺利进行。因此，需要通过合理的配方设计，在各组分之间进行平衡和优化，以获得综合性能最佳的3D打印材料。这就需要开展大量的实验和分析工作，而不是仅通过有限的尝试即可实现。获得最佳配方需要系统的优化设计和大量的试验分析，而不是简单的有限实验即可实现。

[0086] 同时，文献中的数据和图表表明，不同组分之间确实存在复杂的相互作用和耦合效应，某些组分对特定性能指标可能有正面效果，但对其他指标可能有负面影响。因此，需要在众多组分和性能指标之间进行平衡和优化，以获得综合性能最佳的3D打印材料。

[0087] 需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。