2026年1月31日，西南大学食品科学学院钟耕教授团队在新锐期刊分区一区Top期刊Carbohydrate Polymers （IF:12.5）上在线发表了题为“Structural determinants of gelation kinetics in rambutan seed starches: Implications for enhanced precision in 3D food printing”的研究型论文。
3D打印技术以其设计灵活、节约材料、快速成型及个性化定制等优势，在食品领域展现出广阔前景。随着食品科技发展，研究重点正转向个性化营养与创新食品设计。食品3D打印技术有望实现精准营养递送、定制化膳食方案及食品形态创新，推动食品产业向智能化、个性化方向转型升级。
淀粉作为安全、经济的天然高分子材料，是当前食品3D打印的重要基质，但其凝胶动力学调控仍是实现高精度打印的关键挑战：凝胶过快易导致挤出粗糙，过慢则引发结构塌陷。当前淀粉3D打印改性主要依赖物理/化学/酶法或添加辅助组分，但存在安全风险、依赖外源调控、且难以克服淀粉固有结构对凝胶动力学的本质限制。由于不同来源淀粉性质差异显著，从分子层面调控其精细结构，开发具有定制化凝胶动力学的新型淀粉，成为突破打印精度瓶颈的关键方向。通过发掘农业副产物等新型淀粉资源，实现基于内在结构优化的高精度打印，有望为食品3D打印提供更可持续的解决方案。
红毛丹籽作为热带水果加工副产物（约占果实重量11%），目前多被废弃，但其富含淀粉等营养成分。鉴于同科属的龙眼籽、荔枝籽淀粉已显示出独特功能特性，红毛丹籽淀粉亦可能具备优良的凝胶特性与3D打印潜力。现有研究多关注其脂质成分，对其淀粉的系统性研究尤其是分子结构差异对3D打印性能的影响尚属空白。开发利用这类农业废弃物，既符合可持续发展方向，也为开发新型淀粉基功能材料提供了新思路。
本研究从不同品种红毛丹种子（BR-4、BR-5 和 BR-7）中提取了三种淀粉，旨在探索它们的理化性质差异及其作为3D打印墨水的应用潜力。提取工艺为：将红毛丹种子粉末经正己烷（固液比1:10）脱脂后，用95%乙醇去除色素与杂质，随后在pH 8.5的碱性条件下搅拌溶胀，经沉降、洗涤、鼓风干燥、过筛后获得纯化的淀粉样品。通过显微镜图像、小角X射线散射曲线、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱和分子量分布图谱等测试方法揭示了不同淀粉颗粒形貌和分子结构的差异；通过冻融稳定性、脱水收缩性、耐热性、糊化特性、粘度特性反映出淀粉的回生特性、流变性能及其凝胶特性；通过3D打印模型评估了其打印性能，并借助国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）测试评价了产品的吞咽适宜性；最后，通过分子结构和凝胶性质的相关性分析，初步解析了红毛丹籽淀粉的快速凝胶机制。本研究不仅为红毛丹籽这一农业废弃物的高值化利用提供了关键依据，促进了食品产业的可持续发展，也为设计开发面向个性化需求的3D打印食品提供了理论支持与技术策略。
研究亮点
• 从红毛丹籽中提取出快速室温凝胶、高慢消化淀粉，实现农业副产物高值化。
• 阐明红毛丹籽淀粉分子结构与凝胶、流变以及3D打印性能的构效关系。
• 筛选出BR-7 型淀粉，其凝胶速率快、打印精度高，综合性能最优。
• 红毛丹籽淀粉凝胶满足IDDSI 5 级标准，适用于轻度吞咽障碍人群。
研究结论
（1）提取的淀粉颗粒呈粒径均一的小型球状（7.28–8.26 μm），具有高分子量（9.99 × 10⁴–1.29 × 10⁵ kDa）和中等直链淀粉含量（21.59%–25.70%），可在室温下快速凝胶化（2–10分钟），且慢消化淀粉含量较高（69.71%–73.45%）。
（2）红毛丹籽淀粉凭借其适中的直链淀粉含量和丰富的支链淀粉短链，通过协同作用实现了高打印精度、强结构支撑和出色的抗消化特性。
（3）所有凝胶均满足国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）5级（细碎湿润型）标准，适用于轻度吞咽障碍人群。
（4）具有更高直链淀粉含量和丰富短链支链淀粉的BR-7淀粉，可形成致密的凝胶网络。该独特结构赋予其优异的凝胶速率（2 min，比豌豆淀粉快11倍）、凝胶强度、打印精度（99.14%）和抗消化性。
（5）富含高分子量直链淀粉的BR-4淀粉表现出更优的流动性与较低的挤出阻力，但其凝胶强度相对较弱，且成型后的结构稳定性较为有限。
（6）直链淀粉含量和链长适中的BR-5淀粉的3D打印表现介于BR-4和BR-7淀粉之间，具有较好的形状保持能力和较强的层间粘附力。
（7）本研究系统阐明了红毛丹籽淀粉的多尺度结构特征与其凝胶性能、流变行为之间的构效关系，为拓展其在食品工业领域的保水剂、增稠剂及3D打印材料等应用提供了重要的理论支撑与实践指导。
图文赏析
图1.图文摘要。
图2. 淀粉样品颗粒的形态学分析。OM：光学显微镜、PM：偏振光显微镜、SEM：扫描电子显微镜。
图3. 不同红毛丹籽淀粉的粒径分布(a)、小角X射线散射曲线 (b 和 c)、傅里叶变换红外光谱 (d)、拉曼光谱 (e)、X射线衍射曲线 (f)、链长分布 (g 和 h)、示差折光响应以及分子量分布图谱 (i)。
图4. 不同红毛丹籽淀粉的透明度(a)、冻融稳定性 (b)、脱水收缩性 (c) 以及差示扫描量热结果 (d 和 e)。
图5. 不同红毛丹籽淀粉的糊化曲线(a)、稳态剪切黏度-剪切速率曲线 (b)、振荡应变扫描流变结果 (c 和 d)、频率扫描流变结果 (e 和 f)、温度扫描流变结果 (g 和 h) 以及触变恢复结果 (i)。
图6. 使用不同红毛丹籽淀粉的质构剖面分析(a)、打印尺寸 (b) 以及3D打印结构 (c)。
图7. 不同红毛丹籽淀粉糊化后不同时间点的样品外观及其糊化后的扫描电子显微镜图像（300×和500×），a–e分别表示糊化后2 min、3 min、10 min、1 h和2 h的成像时间，数字表示淀粉糊化后的凝固时间。
图8. 不同红毛丹籽淀粉的国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）测试结果。
图9. 分子结构和凝胶性质间的相关性分析(a)、红毛丹籽淀粉快速凝胶化机制及其作为3D打印墨水潜在应用的推测 (b)。
图10. 不同红毛丹籽淀粉的消化曲线、模型拟合曲线、一级动力学拟合图(a-c)、以及快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉含量 (d)。
作者简介
钟耕，西南大学教授、博士生导师，重庆市第二届学术技术带头人，重庆高校魔芋工程研究中心副主任，中国粮油学会玉米深加工分会理事。研究领域为粮食资源和加工副产物综合利用、碳水化合物应用开发以及天然产物提取与性质研究。承担科技部、农业部、教育部，重庆市、四川省等项目40余项，与企业合作项目60余项。发表论文200余篇，授权发明专利30余项，主编、副主编和参编教材6本。研究成果获四川省科技进步三等奖、中国工商联合总会科技进步一等奖和中国粮油学会科学技术奖三等奖等10余项。