2026年5月2日，华中农业大学食品科学技术学院刘凤霞副教授团队在新锐期刊分区表一区Top期刊Food Hydrocolloids （IF:12.4）上在线发表了题为“Effect of pectin on emulsifying properties of soy protein isolate: Tailoring emulsion gel inks for 3D printed food systems”的研究型论文。
为满足吞咽障碍、高蛋白、低热量等定制化食品的市场需求，开发兼具营养、质地与外观的精准营养产品成为趋势。3D打印技术虽在个性化食品制造中展现出潜力，但适用于挤出的食品“墨水”—尤其是能快速凝胶化且具备优良流变与营养特性的墨水—仍是研发难点。在众多食品墨水中，乳液凝胶因具有独特的凝胶‑油滴复合结构，表现出良好的打印适应性，但其原料的功能与营养特性仍需系统优化。
大豆分离蛋白作为营养丰富、成本合理的蛋白源，是潜在打印基材，但其可打印性常需通过添加亲水胶体改善。然而，传统胶体在清洁标签与长期健康影响方面存在争议。果胶作为一种天然多糖，在功能性与营养性上更具优势，尤其适用于精准营养食品的设计。但其功能高度依赖于链结构（如酯化度、分子量），不同果胶与蛋白的相互作用机制及其对乳液稳定性、凝胶性能的影响尚不明确，基于大豆分离蛋白‑果胶的乳液凝胶墨水在3D打印中的应用潜力也有待挖掘。
本研究旨在通过酶法处理获得不同酯化度的果胶，探究其对大豆分离蛋白乳化特性及乳液稳定性的影响，并优选复合体系构建钙离子诱导的乳液凝胶墨水，通过调控油相比例优化其流变与打印性能。具体而言，将高、低甲氧基果胶（E1、E2）配制成不同浓度溶液（0.66%、1%、2%，w/v），与5%（w/v）大豆分离蛋白溶液按1:1混合，制成果胶终浓度分别为0%-1%（w/v）的复合体系，调节pH至7.0后，加入10%（v/v）精炼大豆油，经均质处理形成乳液。通过对乳化特性及稳定性的系统分析，筛选出性能较优的大豆分离蛋白-低甲氧基果胶（SPI-LMP）复合物，分别添加10%、20%和30%（w/v）大豆油，并通过钙离子诱导凝胶化制备乳液凝胶墨水。研究采用傅里叶变换红外光谱、内源荧光光谱、表面疏水性、平均粒径和Zeta电位等手段，分析了大豆分离蛋白及其与果胶复合物的分子结构、乳化特性和贮藏稳定性；借助流变学分析、扫描电子显微镜和低场核磁共振技术，揭示了乳液凝胶墨水的流变行为、微观结构和水分分布状态；通过3D打印模型评估了其实际打印精度和成型性能。该研究为开发清洁标签、营养导向的定制化3D打印食品提供了系统的理论与技术基础。
研究亮点
• 采用大豆分离蛋白-果胶生物聚合物体系对乳液进行稳定化处理。
• 低甲氧基果胶（LMP）对大豆分离蛋白乳液的稳定效果优于高甲氧基果胶。
• 乳化油滴作为活性填充物，增强了Ca²⁺-LMP凝胶基质的结构强度。
• 添加1%（w/v）的LMP可为高精度3D打印提供稳固的结构完整性。
• 乳化油滴含量的增加可实现顺滑且高分辨率的打印效果。
研究结论
（1）高甲氧基果胶因其较高的酯化度、分子量和更多疏水甲基酯基团，通过疏水压缩作用和大豆分离蛋白（SPI）发生强相互作用，形成较厚的界面包覆层，反而降低乳化效率，最终导致严重的相分离。
（2）低分子量的低甲氧基果胶（LMP）可快速扩散至油水界面，通过强静电排斥作用形成高稳定性、带电的界面屏障，从而显著提升乳液稳定性。与高甲氧基果胶相比，LMP表现出更优的乳化性能和更高的乳液稳定性。
（3）优化后的SPI-LMP生物聚合物可成功转化为Ca²⁺交联的粘弹性凝胶。
（4）嵌入在SPI-LMP-Ca²⁺互穿凝胶网络中的乳化油滴增强了凝胶网络结构，赋予其优异的机械强度、低蠕变柔量、快速的触变恢复能力以及高达99%的持水性。
（5）1%（w/v）的LMP添加量可提供稳固的结构完整性，避免坍塌；与此同时，将分散相提高至20%和30%（w/v）分别实现了顺滑挤出和高保真打印。
（6）SPI-LMP乳液凝胶是一种具有潜力的3D打印材料，可推动针对特殊膳食需求的定制化植物基食品的发展。
（7）为实现大规模应用，仍需进一步研究乳液凝胶墨水及其3D打印结构在不同加工条件（如冻融循环、热处理）下的储存稳定性与微生物稳定性。此外，基于LMP的3D打印食品体系在体外消化特性及精准营养中的控释动力学也有待后续深入探究
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. 大豆分离蛋白（SPI）及其与果胶（CP）复合物的结构特性：(a) 傅里叶变换红外光谱图、(b) 二级结构分析。
图3. 大豆分离蛋白（SPI）及其与果胶（CP）复合物的结构特性：(a) 内源荧光强度、(b) 表面疏水性。
图4. 大豆分离蛋白（SPI）及其与果胶（CP）复合物的乳化特性：(a) 平均液滴粒径、(b) Zeta电位。
图5. 大豆分离蛋白（SPI）及其与果胶（CP）复合乳液在贮藏期间的宏观视觉外观和稳定性。
图6. 大豆分离蛋白（SPI）及其与果胶（CP）复合乳液在贮藏期间的粒径分布。
图7. 大豆分离蛋白-低甲氧基果胶乳液凝胶的流变特性：(a) 和 (b) 角频率扫描（范围：0.1-100 rad/s）、(c) 和 (d) 振荡应变扫描（范围：0.1-1000%）。
图8. 大豆分离蛋白-低甲氧基果胶乳液凝胶的粘弹性行为：(a) 表观粘度、(b) 三阶段触变性测试、(c) 蠕变与回复测试。
图9. 乳液凝胶在不同放大倍数下的冷冻扫描电镜显微图像：(a) 放大倍数 1500×（比例尺 30 μm）、(b) 放大倍数 3000×（比例尺 10 μm）、(c) 放大倍数 10000×（比例尺 5 μm）。
图10. 乳液凝胶的持水性（a）与挤出后（3D打印结构）的水分分布（b）。
图11. 使用大豆分离蛋白-低甲氧基果胶乳液凝胶3D打印结构的宏观外观。
图12. 大豆分离蛋白-低甲氧基果胶乳液凝胶的3D打印性能，包括尺寸误差（直径和高度误差）以及圆柱体形状的打印保真度。
作者简介
刘凤霞，副教授，主要研究方向为果蔬非热加工及副产物综合利用方面的基础和应用研究，主持国家自然科学基金面上/青年项目、“十四五”、“十三五”国家重点研发计划项目子课题等科研项目10余项；在国内外重要学术期刊上发表相关论文50余篇；授权国家发明专利10余项（第一发明人5项）；主编编著1部、参编规划教材2部；主持制定地方标准1项、参与制定农业行业标准3项；获神农中华农业科技奖科学研究类成果一等奖、湖北省科技进步一等奖、中国食品科学技术学会科技创新奖—技术进步一等奖各1项。