2026年6月11日，天津商业大学陈金玉副教授、吴子健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“Collaborative improvement effect of xanthan gum and L-arginine on myofibrillar protein-based emulsion under low sodium and low oil phase: Interfacial behavior, rheology and 3D printability ”的研究论文。该研究首次揭示了阴离子多糖黄原胶与碱性氨基酸L-精氨酸在低钠低油条件下协同稳定肌原纤维蛋白乳液的作用机制，为开发低钠低脂、可3D打印的个性化肉制品提供了全新策略。
高盐饮食是诱发高血压、心血管疾病的重要风险因素，全球每年约300万死亡病例与钠摄入过量相关，减钠已成为现代食品产业发展的必然趋势。但在肉制品加工中，氯化钠是维持肌原纤维蛋白溶解性、乳化活性与凝胶强度的核心因素，采用钾盐、钙盐部分替代钠盐，会导致蛋白构象舒展不足、界面吸附能力下降，无法形成致密稳定的界面膜，最终造成乳液稳定性与产品质构劣化。
3D打印技术可实现食品造型、质构与营养的个性化定制，是肉制品功能化升级的重要方向。当前蛋白基3D打印墨水多依赖高内相乳液体系，依赖高油相占比提供粘弹性与自支撑力，但过量油脂摄入不符合健康饮食导向。低油相乳液虽更健康，却普遍存在粘弹性不足、结构易坍塌的问题，难以满足高精度3D打印要求。
现有研究已证实多糖或碱性氨基酸可单独改善蛋白功能，但二者协同调控低钠、低油双重约束下乳液稳定性与3D打印适性的机制仍不明确。本研究以黄原胶与L-精氨酸为复配改性剂，系统探究二者对部分钠盐替代下低油相肌原纤维蛋白乳液的调控效应与作用机制，为开发健康化、个性化的蛋白基3D打印食品提供理论支撑。
研究亮点
在氯化钠部分替代条件下，黄原胶与≤0.2%的L-精氨酸协同促进肌原纤维蛋白构象舒展。
体系通过疏水相互作用形成致密的界面蛋白膜。
黄原胶复配0.2% L-精氨酸的肌原纤维蛋白乳液具备优异的流变特性与3D打印性能。
1% L-精氨酸会诱导肌原纤维蛋白聚集，降低乳液稳定性与打印精度。
核心实验平台
本研究采用杭州时印科技有限公司FOODBOT-D1食品3D打印机作为核心成型实验设备，配置1.55 mm规格喷嘴，在打印速度15 mm/s、层厚1.55 mm、填充率80%的统一参数条件下，完成圆柱、蝴蝶、四叶草、小鼠等多造型的打印测试，精准量化不同配方的打印精度与结构稳定性，全面验证鱼糜墨水的挤出流畅性、层间结合能力与成型保形效果，为研究结论提供可靠的硬件支撑。
核心研究结果
（1）氯化钠部分替代条件下，黄原胶可通过氢键与静电作用诱导肌原纤维蛋白构象舒展，搭配≤0.2%的低剂量L-精氨酸可进一步促进疏水基团与巯基暴露，显著提升蛋白溶解度与界面吸附效率。最优配方下乳液吸附蛋白占比达47.3%，界面蛋白含量达33.3 mg/m²，界面张力大幅降低，液滴粒径均匀细小，乳液稳定性指数较对照组下降73%。
（2）体系通过疏水相互作用构建致密的界面蛋白膜，结合黄原胶水相弱凝胶网络的空间位阻与静电排斥效应，有效抑制液滴聚结与上浮，从界面与水相双重维度强化乳液物理稳定性。
（3）复配改性赋予乳液典型的剪切稀化特性，同时显著提升体系储能模量、屈服应力与触变恢复能力。静态下乳液具备充足粘弹性，可抵抗重力维持形态；挤出过程中粘度快速下降，保障喷嘴出丝顺滑连续；沉积后结构迅速恢复，为多层堆叠提供稳定支撑，完美匹配3D打印全流程的流变需求。
（4）优化后的低钠低油乳液具备优异的多场景加工稳定性，两次冻融循环后仍可维持完整打印形态与均匀液滴分布，离心、加热处理下无明显油水分离，同时脂质氧化速率显著延缓，可适配冷冻储存、热加工等多种肉制品加工场景。
（5）在油相占比仅25%、50%钠盐替代的双重约束下，黄原胶复配0.2% L-精氨酸的乳液3D打印精度达96%，五角星、环形标准模型轮廓清晰、棱角分明，无坍塌变形，成型效果媲美高钠对照组；该配方还可顺利打印乌龟、四叶草、蝴蝶等复杂精细造型，细节完整、表面光滑，个性化定制能力突出。
（6）L-精氨酸存在显著的剂量效应，当添加量升至1%时，会诱导肌原纤维蛋白过度聚集，导致界面吸附效率下降、乳液网络结构断裂，最终劣化乳液稳定性与3D打印精度。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. 肌原纤维蛋白样品及乳液的溶解度 (a)、乳化活性 (EAI) 与乳化稳定性 (ESI)(b)、以及 0、24、48 h 的乳析指数 (CI)(c)。
图3. 肌原纤维蛋白样品的游离巯基含量 (a)、荧光光谱 (b)、紫外光谱与二阶导数光谱 (c-d)、傅里叶变换红外光谱与二级结构 (e-f)、粒径分布 (g)、表面积平均粒径 (d₃,₂) 与体积平均粒径 (d₄,₃)(h) 及微观形貌 (i)。
图4. 肌原纤维蛋白乳液的蛋白润湿性 (a)、界面张力 (b)、吸附蛋白占比 (AP) 与界面蛋白含量 (IPC)(c)、界面蛋白的拉曼特征峰比值 (d-f)、液滴粒径分布 (g)、表面积平均粒径与体积平均粒径 (h) 及共聚焦激光扫描显微镜 (CLSM) 图像 (i)。
图5. 肌原纤维蛋白乳液的背散射光扫描与浊度稳定性指数 (TSI) 曲线 (a)；以及乳液微观流变学表征：均方位移 (MSD) 曲线 (b)、弹性指数 (EI)(c)、宏观粘度指数 (MVI)(d)、流动性指数 (FI)(e) 与固液平衡 (SLB)(f)
图6. 肌原纤维蛋白乳液的宏观流变学表征：稳态剪切扫描 (a)、三区间触变性测试 (3ITT)(b)、应变扫描 (c) 与频率扫描 (d-e)。
图7. 肌原纤维蛋白乳液的冻融稳定性 (a-b)、离心稳定性与热稳定性 (c-d) 及氧化稳定性 (e)。
图8. 肌原纤维蛋白乳液的3D打印性能：“五角星” 模型打印形貌 (a)、“环形” 模型打印形貌 (b)、打印精度 (c)，以及黄原胶+0.2% L-精氨酸最优配方打印的复杂造型 (d)。
图9. 肌原纤维蛋白的结构、理化与乳化特性与3D打印精度的相关性分析 (a)；以及黄原胶与精氨酸协同调控部分钠盐替代下乳液稳定性的作用机制 (i)、3D 打印所需的流变特性要求 (ii)、最优配方打印的精细造型 (iii) 的示意图 (b)。
研究总结
配方最优解：0.2%黄原胶与0.2%L-精氨酸复配，可在50%钠盐替代、低油相（φ=0.25）的双重健康约束下，实现乳液稳定性与3D打印性能的同步最优，是低钠低脂蛋白基3D打印墨水的理想改性方案。
分子机理明确：黄原胶通过氢键与静电斥力舒展蛋白构象，L-精氨酸借助阳离子-π作用进一步暴露疏水基团，二者协同增厚界面蛋白膜、构建水相弱凝胶网络，同步实现界面稳定与流变增强，是性能提升的核心机制。
设备价值凸显：杭州时印科技FOODBOT-D1食品3D打印机凭借稳定的挤出性能与标准化的成型输出，完成从标准精度测试到复杂造型验证的全流程打印实验，为低钠低油食品墨水的打印适性评价提供专业硬件支持。
产业价值突出：该多糖-氨基酸绿色协同策略，突破了低钠低脂肉制品的质构与加工性能瓶颈，结合3D打印技术可实现健康肉制品的个性化定制，为老年特膳、轻食健康食品的开发提供了全新路径。
该研究为低钠低油肉蛋白基3D打印食品的配方设计提供了系统的理论依据和实验数据支撑，也为多糖-氨基酸协同调控蛋白乳液性能的机制研究奠定了科学基础。
作者简介
陈金玉，副教授，硕士生导师。主要研究领域和方向为食品组分互作与品质形成机制、个性化功能食品设计与开发。主持国家自然科学基金项目1项、省部级项目3项。以第一/通讯作者发表SCI/EI论文20余篇，出版教材2部。指导学生荣获挑战杯、中国国际大学生创新大赛等教育部上榜竞赛国家级奖9项。已获得天津市优秀创新创业导师、天津商业大学优秀硕士学位论文指导教师、天津市优秀食品科技工作者、天津市“131”创新型人才等荣誉。
吴子健，教授，硕士生导师。主要研究方向为食品生物技术、食品加工与质量控制。入选天津市高校 “中青年骨干创新人才培养计划”，美国内布拉斯加大学林肯分校高级访问学者。担任《食品科学》《生物学杂志》《保鲜与加工》《食品研究与开发》等杂志编委，兼任天津市生物化学与分子生物学会、天津市食品学会、天津市农业机械学会理事及京津冀食品行业产教联盟副理事长。近五年发表论文百余篇，其中SCI论文四十余篇；申请国家发明专利十余项，授权2项。已获得天津市食品科技先进工作者、天津市优秀科技特派员、校级优秀毕业论文指导教师等荣誉。