论文摘要
以植物油体为基底的乳化凝胶因具备独特的结构与力学特性，作为吞咽障碍食品 3D 打印油墨具有广阔应用前景。本研究将 κ- 卡拉胶、黄原胶、阿拉伯胶三种阴离子多糖分别与热改性芝麻油体（HSOB）复配，制备 3D 打印油墨，探究多糖类型对油墨流变特性、3D 打印性能、微观结构及水分分布的影响。结果表明，κ- 卡拉胶 - 热改性芝麻油体（κ-GC-HSOB）油墨展现出优异的尺寸精度、自支撑能力，打印制品表面光洁且缺陷极少；而黄原胶 - 热改性芝麻油体（XG-HSOB）和阿拉伯胶 - 热改性芝麻油体（GA-HSOB）油墨则表现出表面粗糙、结构坍塌及溢油等问题。国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）试验分级结果显示，热改性芝麻油体（HSOB）和 GA-HSOB 油墨打印制品为 4 级吞咽障碍食品，κ-GC-HSOB 和 XG-HSOB 油墨打印制品为 5 级吞咽障碍食品。综上，本研究阐明了不同阴离子多糖对热改性芝麻油体基油墨 3D 打印特性的强化机制，为开发芝麻油体基吞咽障碍友好型食品提供了理论支撑。
研究背景 
近年来全球人口老龄化加剧，吞咽障碍相关疾病发病率持续上升，市场对吞咽障碍友好型食品的需求激增。吞咽障碍易引发营养不良、吸入性肺炎甚至死亡，开发安全、营养、易吞咽的专用食品成为食品领域的研究重点，而传统吞咽障碍食品存在质构单一、感官品质差、营养多样性不足等问题，难以满足患者的多样化需求。3D 食品打印作为新兴的增材制造技术，可实现食品形状、质构和营养成分的个性化定制，其中挤出式 3D 打印因操作简便、适用性广成为主流技术，但食品油墨的打印适性受流变特性、微观结构和力学强度影响，仍是技术落地的核心难题，尤其吞咽障碍食品油墨需兼具优异的 3D 成型性和符合安全吞咽要求的质构特性。乳化凝胶因流变性可调、力学强度良好且能包封生物活性物质，是理想的 3D 打印油墨基底；而植物源油体作为天然乳化体系，具备可持续、加工程度低的优势，成为传统乳化剂和油脂的优质替代物。芝麻作为亚非地区广泛种植的高含油油料作物，籽中富含不饱和脂肪酸、木脂素等生物活性物质，其油体（SOB）营养丰富，是吞咽障碍人群的优质营养源，且热加工可增强芝麻油脂体界面蛋白吸附量、提升界面强度，为其 3D 打印应用奠定基础，但单一油体的流变和力学性能仍难以满足 3D 打印要求。多糖因具有增稠、胶凝和界面作用特性，常被用于调控乳化凝胶油墨结构，κ- 卡拉胶、黄原胶、阿拉伯胶三种阴离子多糖因来源广、生物相容性好、成本低成为优选，但三者结构差异导致其在乳化凝胶中的作用机制不同，且其与热改性芝麻油体的界面相互作用、对油墨 3D 打印关键特性的调控规律，以及由此实现的打印制品 IDDSI 分级适配性，尚未被系统研究。基于此，本研究以三种阴离子多糖改性热改性芝麻油体制备 3D 打印油墨，探究多糖对油墨结构特征和流变学特性的调控机制，明确结构与打印适性的构效关系，并完成制品 IDDSI 分级评价，以期为多糖强化型乳化凝胶油墨的开发及 3D 打印技术在医用营养食品领域的应用提供理论依据。
图文赏析
图 1 芝麻油体（SOB）与热改性芝麻油体（HSOB）的成分及流变学特性。(a) 十二烷基硫酸钠 - 聚丙烯酰胺凝胶电泳图谱；(b、c) 不同加热温度和时间下的基础成分；(d、e) 表观黏度；(f、g) 线性黏弹区的储能模量 G'。字母 a~e 表示组间存在显著差异（p<0.05）。
图 2 不同多糖 - 热改性芝麻油体油墨的冷冻扫描电镜图及结构模型。比例尺为 10 微米。
图 3 不同多糖 - 热改性芝麻油体油墨的理化指标。(a) 粒径分布；(b) 光学显微结构（比例尺为 20 微米）；(c) 平均粒径；(d) 电位。字母 a~c 表示组间存在显著差异（p<0.05）。
图 4 不同热改性芝麻油体基油墨的流变学特性。(a) 频率扫描；(b) 损耗角正切值；(c、d) 黏度行为；(e) 振幅扫描；(f) 线性黏弹区的储能模量 G'；(g) 三段触变性测试；(h) 触变恢复率。字母 a~c 表示组间存在显著差异（p<0.05）。
图 5 不同热改性芝麻油体基油墨的 3D 打印性能。(a、b) 打印 0 分钟和 60 分钟的三角棱柱制品；(c、d) 打印 0 分钟和 60 分钟的圆柱制品；(e) 打印精度；(f) 打印稳定性。字母 a~c 表示组间存在显著差异（p<0.05）。
图 6 表征分子间相互作用的微观指标。(a) 低场核磁共振图谱；(b) 水分类型分布；(c) 拉曼光谱；(d) 化学作用力；(e) 傅里叶变换红外光谱；(f) 蛋白质二级结构。字母 a~c 表示组间存在显著差异（p<0.05）。
图 7 不同多糖改性热改性芝麻油体油墨的国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）分级测试结果。
研究结论
本研究以 κ- 卡拉胶、黄原胶和阿拉伯胶三种多糖改性热改性芝麻油体（HSOB），制备了适用于挤出式 3D 打印的吞咽障碍友好型食品油墨，探究了多糖类型对油墨流变学特性、微观结构及分子间相互作用的调控规律，进而明确其对 3D 打印适性的影响。结果表明，多糖类型是影响热改性芝麻油体基油墨 3D 打印性能的关键因素：κ- 卡拉胶 - 热改性芝麻油体油墨凝胶强度高、硬度大、自支撑能力优异，打印过程中变形量极小，这归因于 κ- 卡拉胶可促进二硫键、疏水作用的形成，增加蛋白质 β- 折叠结构占比，并通过吸附于芝麻油体界面推动交联网络的构建；而阿拉伯胶会导致热改性芝麻油体结构坍塌，使油墨凝胶结构劣化、3D 打印性能变差。国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）分级试验表明，纯热改性芝麻油体和阿拉伯胶改性油墨的打印制品为 4 级吞咽障碍食品，κ- 卡拉胶和黄原胶改性油墨的打印制品为 5 级吞咽障碍食品。本研究为提升油体基食品的 3D 打印性能、开发吞咽障碍友好型食品提供了新策略，也为特种膳食产品中功能性胶体体系的研发奠定了理论基础。赵路苹：山东农业大学食品科学与工程学院副教授，硕士生导师。研究方向：粮油副产物高值化利用、植物油体乳液调控、蛋白改性及功能性产品开发。本研究得到中国山东省重点研发计划项目（项目编号：2023TZXD009）的资助。https://doi.org/10.1016/j.fochx.2026.103711
标注 “原创” 仅表明为原创编译，本平台不主张对原文享有版权。
本平台转载内容仅出于学术交流与信息传播之目的，并不代表本平台观点，亦不意味着证实内容的真实性。
转载文章的版权归原作者所有，若原作者不希望作品被转载或存在侵权行为，请联系本平台删除。
由于编译水平有限，推文或简历中若有不妥之处，我们深表歉意，请联系本平台进行修改或删除。
