2026年6月3日，华中农业大学黄琪琳教授团队在中科院农林科学一区Top 期刊Food Chemistry（IF=10.4）上在线发表了题为“Tapioca starch-yeast protein 3D printing system for dysphagia: Different hydrocolloids regulate viscoelasticity and 3D printing accuracy through molecular interactions”的研究论文。研究聚焦木薯淀粉-酵母蛋白复合凝胶体系，系统解析亚麻籽胶、刺槐豆胶、黄原胶、海藻酸钠四种水胶体如何通过分子间氢键作用调控凝胶粘弹性与网络结构，以此提升吞咽障碍友好型食品的3D打印精度与成型稳定性。
全球人口老龄化趋势持续加剧，30%~50%的老年群体受吞咽障碍困扰，开发质地适宜、营养均衡的易吞咽食品，对提升该群体营养摄入水平与生活质量至关重要。传统改性膳食多为均质糊状，外观单一、食欲性差，长期食用易引发进食意愿下降与营养不良。
食品3D打印技术可实现吞咽障碍食品在营养、风味与形态上的个性化定制，通过多维度重构调控食物质地，是特膳食品开发的重要技术方向。当前淀粉基单一基质存在营养结构单一、打印精度不足等局限；淀粉-蛋白复合体系可兼顾能量供给与营养提升，但成型精度与结构稳定性仍需优化。
亲水胶体因优异的吸水、增稠与凝胶特性，被广泛用于食物质构调控。本研究选取亚麻籽胶、刺槐豆胶、黄原胶、海藻酸钠四种常见亲水胶体，系统探究其对木薯淀粉-酵母蛋白复合体系打印性能、凝胶结构与分子间作用力的影响，重点关注其在吞咽障碍膳食中的实际应用价值。研究结合质构分析、流变学测试、微观形貌观测与分子表征，从多尺度揭示亲水胶体调控体系打印性能的作用机制，筛选最优3D打印配方，为新型酵母蛋白基吞咽障碍3D打印食品的开发提供理论支撑与技术参考。
研究亮点
水胶体可优化酵母蛋白-木薯淀粉（YP-TS）复合体系的综合性能。
5组复合凝胶均符合IDDSI 6级软质一口食膳食标准。
不同水胶体对3D打印精度与流变性能的提升效果排序为：FG＞XG＞LBG＞SA。
水胶体可增强YP-TS体系内的氢键作用，降低氢质子迁移率。
水胶体分子中羟基（-OH）与羧基（-COOH）的数量及存在形式，直接决定体系的氢键结合密度。
研究结果
（1）亲水胶体显著提升木薯淀粉-酵母蛋白凝胶的3D打印效果，空白对照组打印精度为80.53%，添加1%亚麻籽胶（FG）组综合表现最优，打印精度达 95.85%；四种胶体的提升效果排序为 FG > XG > LBG > SA。
（2）分子间作用力可有效调控打印性能：氢键是维持复合凝胶体系的核心作用力；亚麻籽胶因富含-OH 与-COOH 基团，可提供最多氢键结合位点，体系氢键密度最高；海藻酸钠以电离态-COO⁻的静电作用为主，对氢键形成的促进效果最弱。
（3）凝胶质构与IDDSI吞咽等级高度匹配：所有组别凝胶均符合IDDSI 6级软质食品标准，亲水胶体的添加未改变吞咽安全等级；亚麻籽胶组内聚性与咀嚼性显著优于其他配方，对应更佳的吞咽安全性。
（4）流变与水分测试表明，所有凝胶均具备剪切稀化特性，亚麻籽胶组储能模量最高、蠕变柔量最低，水分结合状态最均衡，可同时满足挤出流畅性与成型保形需求。
（5）淀粉凝胶微观结构、氢键强度与打印精度、IDDSI等级存在显著关联，致密均匀的孔隙网络对应更优的打印表现，氢键调控是平衡打印性能与吞咽安全性的关键。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. 不同亲水胶体作用下YP-TS-HCs复合体系的IDDSI测试结果。注：对照组为木薯淀粉-酵母蛋白（YP-TS）二元混合体系；SA、LBG、XG、FG 分别代表在YP-TS基质中添加海藻酸钠、刺槐豆胶、黄原胶、亚麻籽胶得到的三元体系。
图3. 不同亲水胶体改性复合凝胶的3D打印形貌（a）与尺寸偏差（b）。注：虚线代表模型设定的宽度与高度参数。
图4. 复合凝胶的流变学特性表征(a) 温度扫描曲线；(b,c) 频率扫描曲线；(d) 稳态剪切流动曲线；(e) 蠕变恢复曲线；(f) 应力扫描曲线；(g) 屈服应力统计。
图5. 不同亲水胶体改性复合凝胶的扫描电镜（SEM）微观结构。注：红色椭圆标注凝胶网络的壁厚度，黄色箭头指示复合凝胶中的酵母蛋白颗粒。
图6. 亲水胶体对木薯淀粉-酵母蛋白复合凝胶的作用机制：(a) 复合凝胶分子间作用力分析；(b) 固定角频率（10 rad/s）下的模量对比；(c) 凝胶体系水分分布；(d) 傅里叶变换红外光谱图；(e) 调控机制示意图
研究总结
- 配方最优解：所有复合凝胶均满足IDDSI 6级标准，确认为安全吞咽食品；水胶体将3D打印精度从80.53%提升至88.12%–95.85%，其中亚麻籽胶效果最优，是高蛋白型3D打印吞咽障碍膳食的理想配方方案；
- 分子机理明确：亲水胶体主要通过氢键与淀粉、蛋白相互作用，增加体系氢键密度、固定自由水，从而增强内聚性、自支撑能力与机械强度。亚麻籽胶因同时富含-OH与-COOH基团，氢键供体/受体位点最丰富，故效果最显著。
- 设备价值凸显：杭州时印科技食品3D打印机凭借稳定的运行性能、标准化的成型输出，完成全流程打印验证与精度表征，为淀粉基特殊膳食研发提供专业硬件支撑；
- 产业价值突出：新型酵母蛋白-淀粉复合打印体系兼具高营养价值与稳定成型能力，拓展了微生物蛋白在特膳领域的应用场景，为养老膳食、医用特殊食品的开发提供新路径。
该研究为吞咽障碍友好型3D打印食品的配方设计提供了理论依据，也为酵母蛋白这一新型微生物蛋白在功能性食品中的应用拓展了方向。
作者简介
黄琪琳，博士，华中农业大学三级岗教授、博士生导师。入选2025年全球前2%顶尖科学家、闽江学者等多项人才计划，担任国家及省部级科研项目评审专家，兼任多个学术组织委员及国际期刊编委。从事“水产品、粮食的加工与保藏”、“食品大分子结构与功能”及“药食同源资源开发”领域的研究。以通讯/第一作者发表论文125篇，其中SCI论文95篇，含中科院一区TOP期刊论文78篇，累计影响因子超850，ESI高被引论文6篇；授权国家发明专利近20件，获教育部科技进步二等奖，主编/副主编多部国家级规划教材。