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热挤压3D打印技术具有能依据需求个性化外观制造和定制化营养配比的优势在食品领域备受关注。大米、小麦和马铃薯是居民膳食中的重要主食,其主要营养成分淀粉的消化、吸收和代谢对人体健康起着重要的影响作用,研究表明,慢消化淀粉和抗消化淀粉有利于人体健康。因此利用热挤压3D打印技术改变淀粉多尺度结构继而改变消化性能,赋予其新的营养功能,由此实现营养个性化淀粉类食品的定制,这将为健康食品的创制提供新思路和新途径,然而目前这方面的研究鲜见报道。本论文针对慢消化淀粉和抗消化淀粉结构的特点,提出通过控制糊化和耦合热挤压3D打印技术来调控淀粉的抗消化性能。在建立控制淀粉糊化方法并获得不同糊化度淀粉凝胶材料的基础上,利用SAXS、XRD、13C NMR等现代分析技术,探究控制糊化体系中淀粉材料、热挤压3D打印体系中不同糊化度或不同浓度的淀粉凝胶材料结晶结构域和无定形结构域的演变及淀粉分子链解旋与重排的行为,以及结构演变对打印成型性和消化性能的影响。阐明控制糊化协同热挤压3D打印-淀粉材料结构域演变-打印成型性优化-消化性能调控之间的关系,建立热挤压3D打印技术调控淀粉抗消化性能的设计方法。具体研究及结论如下:利用DSC方法建立淀粉材料糊化函数,获得定量控制糊化度的条件,制备出糊化度为30%、40%、50%、60%、70%的大米、小麦和马铃薯淀粉凝胶材料。利用现代分析技术明晰糊化度对淀粉材料多尺度结构及消化性能的影响。研究结果显示,随着糊化度的升高,淀粉颗粒不断溶胀和破损,偏光十字逐渐消失;层状结构逐渐破坏,纳米聚集体排列紧密度显著下降;相对结晶度不断降低;双螺旋和单螺旋含量显著减少,无定形结构比例显著增加;凝胶体系中结合水比例降低,半结合水比例增大。表明糊化度升高会导致淀粉凝胶材料有序化结构向无序化转变,使其快消化淀粉RDS含量增加,慢消化淀粉SDS和抗消化淀粉RS含量降低。完全糊化的大米、小麦和马铃薯淀粉凝胶材料的RDS含量分别从29.52%、31.16%和46.62%增大到94.97%、96.23%和94.36%。可见,控制糊化程度,保留结晶结构域和无定形结构域中的有序化结构,能抑制淀粉的消化。对在热挤压3D打印过程中不同糊化度淀粉凝胶材料的结晶结构域和无定形结构域的演变、淀粉分子链解聚和重聚集的行为、打印产品的成型性和消化性能的调控效果进行探究。结果表明,经过热挤压3D打印后,不同糊化度三种淀粉凝胶材料的层状结构、结晶结构、双螺旋结构进一步受到破坏,纳米聚集体排列紧密度显著下降,凝胶体系中半结合水含量增加,结合水含量降低,并随糊化度增加变化趋势越明显。单螺旋结构含量呈现先升高后下降趋势,由V6型向卷曲程度更高的V8型转变;大米、小麦淀粉材料打印样品形成新的V-型结晶。随着糊化度升高,打印出丝线宽先减小后增大,打印层数则是先增大后减少;RDS含量显著升高,SDS和RS含量显著下降,打印成型性好的样品也具有较高的SDS+RS含量。可见,热挤压3D打印虽然使淀粉分子链聚集形成一些新的有序结构,但导致淀粉材料整体结构进一步向无序化转变。糊化度低的淀粉凝胶材料具有抵御结构无序化转变和提高抗消化性能的能力。当大米、小麦和马铃薯淀粉材料糊化度分别为50%、40%和30%时,能获得理想的打印成型性和较高的抗消化性能。对糊化度适宜的淀粉凝胶材料,设置浓度范围为10-30%,考察在热挤压3D打印过程中,不同浓度淀粉凝胶材料结晶结构域和无定形结构域的演变、淀粉分子链解聚和重聚集的行为、对打印产品的成型性和消化性能的调控效果。结果发现,增加打印体系中淀粉凝胶材料浓度,能有效抵御水、热和机械力作用对淀粉结晶结构域和无定形结构域中有序化结构的破坏,促进淀粉分子链重排形成新的有序化结构,提高打印样品成型性,促进SDS和RS含量的增加。浓度为25%的大米、小麦和马铃薯淀粉凝胶材料打印样品获得最佳打印效果,样品的SDS+RS含量明显提高,分别达到29.59%、28.43%和48.82%。表明淀粉凝胶材料的浓度是调控热挤压3D打印淀粉样品消化性能的重要因素。依据上述研究结果建立了控制糊化耦合热挤压3D打印调控淀粉结构域及消化性能的物理模型及相关分子机制,认为热挤压3D打印对淀粉消化性能的调控取决于打印过程中淀粉结构域的演变。在保证理想的打印成型性前提下,尽量控制低糊化度和高物料浓度,有利于减弱水、热和机械剪切力力协同作用对淀粉材料有序化结构的破坏,促进淀粉分子链取向和重聚集形成新的局部有序结构,从而有效提高打印产品的抗消化性能。所获得的研究结果具有很好的学术价值和实用意义,可为利用热挤压3D打印技术个性化创制营养健康淀粉类食品提供新的设计思路和方法。