FRI|山东农业大学:pH 调控芝麻油体界面厚度与粗糙度用于 3D 打印吞咽困难食品:质地、流变学及口腔摩擦学

吞咽困难是全球范围内影响数百万老年人及神经疾病患者的常见临床症状，患者因难以将食物从口腔有效输送至胃部而面临营养不良风险，因此针对该人群的食品需满足质地定制、润滑适宜、符合国际吞咽困难饮食标准化倡议（IDDSI）指南且保持营养密度与感官可接受性的严格要求。3D 打印技术能精准控制食品结构与质地，成为制备个性化吞咽困难食品的理想工具，而乳化凝胶作为稠厚液体食品的常用胶体体系，其性能依赖界面膜的厚度、致密性等特性，这些特性直接影响体系稳定性、流变学性质及结构特征。芝麻油体（SOBs）作为从芝麻中提取的天然脂蛋白复合物，呈半固体乳化凝胶状，可直接用于 3D 打印，且其界面膜特性决定了自身理化稳定性，pH 变化会诱导其界面蛋白构象转变与重分布，进而改变颗粒大小、ζ- 电位及表面粗糙度，但现有关于 SOBs 的研究仅局限于提取优化和基础稳定性评估，pH 调控其界面膜厚度的机制及其对 3D 打印性能和吞咽营养适用性的连锁影响仍不明确，基于此开展相关研究具有重要意义。

1. pH 调控 SOB 界面性质的核心机制

pH 通过改变芝麻油体（SOB）界面蛋白的组成与二级结构（α- 螺旋、β- 折叠含量），以及分子间作用力（静电相互作用、氢键等），实现对界面膜厚度和表面粗糙度的精准调控。随着 pH 升高，SOB 界面蛋白含量减少，界面膜逐渐变薄，其中 pH 5.5 时膜厚 1.68±0.53 μm，pH 7.0 时仅为 0.45±0.17 μm；表面粗糙度则呈现 pH 5.5 和 6.0 时较高（Rq 分别为 5.006 nm、6.531 nm），pH 6.5 和 7.0 时较低（Rq 分别为 1.960 nm、2.762 nm）的趋势。pH 6.0 时能平衡氢键与静电相互作用，形成致密且厚度适宜（1.44±0.45 μm）的界面膜，同时界面蛋白 β- 折叠含量最高，利于构建稳定的界面结构。

2. pH 6.0 为 SOB 基吞咽困难食品的最优条件

pH 6.0 处理的 SOB 展现出最优的宏观性能：流变学方面，其稠度系数 K 最高（82.87±2.45 Pa・sⁿ），流动行为指数 n 最低（0.190±0.012），剪切变稀特性最强，既能避免打印时喷嘴滴落，又能顺畅挤出；3D 打印性能上，打印精度（97.00±0.42%）和稳定性（99.00±0.47%）均为最高，打印样品在 0 h 和 1 h 后均能保持完整规则形状，无变形或坍塌；质地特性符合国际吞咽困难饮食标准化倡议（IDDSI）4 级标准，硬度适中（16.67±1.43 gf）、弹性高、 adhesiveness 适宜，既能保证吞咽安全，又能避免残留或不适，平衡了安全性与口感。

3. pH 通过界面特性影响口腔摩擦学行为

pH 诱导的 SOB 表面粗糙度变化直接影响口腔摩擦系数，且摩擦行为随滑动速度呈现三阶段特征（边界区、混合区、流体动力学区）。pH 5.5 因 adhesiveness 高，边界区摩擦系数较高；pH 6.0 在混合区达到适宜的低摩擦系数（0.28），且在高速滑动时凭借较高的界面粗糙度和结构强度维持稳定摩擦，利于吞咽困难人群的口腔加工；pH 6.5 和 7.0 虽表面光滑，但因界面结构较弱，高速区摩擦阻力不足，难以满足吞咽时的 tactile 需求。

4. 研究的应用价值与未来方向

本研究明确了 pH 调控 SOB 界面性质的关键作用，为 3D 打印定制化吞咽困难食品提供了可行策略和理论支持，证实了乳液凝胶在功能食品工程中的应用潜力。同时也存在局限，当前仅探究了 5.5-7.0 的 pH 范围，且聚焦于芝麻油体。未来可拓展 pH 调控范围，结合加热、超声等其他方法，或选用不同来源的油体，进一步优化 3D 打印吞咽困难食品的设计与性能。

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