2026年8月18日，扬州大学食品科学与工程学院陈颖老师团队在中科院农林科学一区Top期刊Carbohydrate Polymers（IF=13.2）上在线发表了题为“Interfacial engineering of starch-based ternary gels under nutritional constraints: Linking structure, rheology, and 3D printability ” 的研究论文。研究在可接受宏量营养素分布范围（AMDR）的营养约束下，通过不同界面工程策略构建淀粉-蛋白-脂质三元凝胶体系，系统揭示脂质界面调控对凝胶网络重构、流变行为与3D打印性能的调控机制，为营养均衡的淀粉基吞咽障碍3D打印食品设计提供了全新的结构导向思路。
全球老龄化进程加速，吞咽障碍已成为影响老年人营养摄入与生活质量的突出健康问题。传统质构改良食品普遍存在适口性差、质构单一、长期营养供给不足等短板。食品3D打印凭借精准质构调控、个性化结构设计与定制化营养递送的优势，为吞咽障碍食品开发提供了新路径，但打印材料需同时满足挤出阶段低黏度强剪切变稀、沉积后高模量快结构恢复的要求，面临经典的 “挤出性 -保形性” 平衡挑战。
现有研究多聚焦单组分或二元体系，淀粉、蛋白、脂质三类组分功能差异显著，传统体系难以实现流动性与结构稳定性的协同优化。同时，食品配方设计需符合AMDR宏量营养素供能比范围，在保障营养均衡的前提下调控流变与结构性能。目前营养约束下多相体系的界面行为、网络形成机制与打印特性仍缺乏系统认知。
基于此，本研究以玉米淀粉为凝胶网络骨架，大豆分离蛋白同时作为蛋白营养源与淀粉-脂质相互作用调节剂，采用直接混合、预乳化、Pickering乳化、高压均质四种界面工程策略，调控脂质分散状态与界面相互作用，系统探究其对凝胶网络重构、流变特性与3D打印性能的影响，并评价体系的吞咽障碍膳食适用性。
研究亮点
提出了一种面向淀粉基3D食品打印凝胶的营养约束设计策略。
蛋白引入与脂质界面工程可调控淀粉基凝胶的网络结构与功能特性。
建立了基于可接受宏量营养素分布范围（AMDR）的评分方法，用于评估淀粉-蛋白-脂质凝胶配方的营养合理性。
在能量约束条件下，系统构建了 “结构-相互作用-性能” 的关联关系。
优化后的三元体系在打印适性与循环复用性上，均优于单组分与双组分配方。
核心实验平台
本研究采用杭州时印科技有限公司FOODBOT-S2 PRO食品3D打印机作为核心成型实验设备，配置 0.84 mm规格喷嘴，在挤出温度25 ℃、打印速度15 mm/s、填充速度30 mm/s 的统一参数条件下，完成圆柱模型的打印精度与挤出缺陷层率测试，以及蝴蝶等复杂模型的成型验证。设备凭借稳定的挤出流量控制、精准的层间堆叠能力，可精准量化不同界面工程策略下凝胶的打印适性差异，为多循环打印稳定性评估提供可靠的硬件支撑。
核心研究结果
（1）建立AMDR营养量化评分方法，筛选出营养均衡的最优基础配方，碳水、蛋白、脂肪供能比为61.3%/15.2%/23.5%，完全符合推荐区间，营养评分达满分100；相比直接混合体系，乳液形式引入脂质可显著拓宽可打印浓度范围。
（2）界面工程可梯度调控乳液液滴尺寸，从普通乳化的26.92 μm降至Pickering 乳化的17.90 μm，高压均质进一步细化至0.20 μm；Pickering乳化组形成热诱导蛋白颗粒稳定的界面层，液滴分布均匀，界面结合力强。
（3）Pickering 乳化凝胶（CSOEP）打印性能最优，打印精度达89.7%，挤出缺陷层率仅0.9%，5次循环打印后精度仍保持89%以上，结构恢复率达92.0%；高压均质虽将液滴细化至纳米级，但过度机械剪切破坏界面有序蛋白结构，导致网络重建能力不足，打印精度降至55.6%。
（4）多尺度表征揭示界面调控网络重构机制，Pickering界面组装促进界面蛋白β- 折叠结构形成，协同增强疏水相互作用与离子键，将脂质液滴从结构缺陷转化为网络增强节点，构建出屈服应力适中、剪切变稀特性优异、结构恢复快速的平衡型凝胶网络。
（5）所有配方均符合IDDSI 6级吞咽障碍膳食标准，通过叉滴测试、勺倾测试与叉压测试，统一归类为IDDSI 6级（软质、可一口食用），适配吞咽障碍人群的膳食需求。
（6）Pickering乳化策略显著提升凝胶储存稳定性与持水性，最优配方组水分以结合水与不易流动水形式存在，无自由水，5天储存后结构完整、色泽均匀，质量保留表现更优。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. 样品制备流程示意图。
图3. 配方的能量供给比与打印适性。(A) 不同文献报道凝胶体系的能量供给比评分对比；(B) 直接加油体系的可打印相图；(C) 油乳液体系的可打印相图。
图4. 乳液的微观结构与液滴尺寸。(A) 激光共聚焦显微镜（CLSM）图；(B) 液滴尺寸分布。
图5. 凝胶墨水的3D打印性能。(A) 打印精度与挤出缺陷层率（EDLR）；(B) 外观形貌与微观结构观察。
图6. 凝胶样品的微观结构表征。(A) 扫描电子显微镜（SEM）图；(B) 激光共聚焦显微镜（CLSM）图。
图7. 凝胶相关表征结果。(A) 傅里叶变换红外光谱；(B) 蛋白二级结构分布；(C) X射线衍射图谱；(D) 分子间相互作用占比。
图8. 不同凝胶的流变特性。(A) 应变扫描曲线；(B) 频率扫描曲线（储能模量 G′与损耗模量 G″）；(C) 频率扫描曲线（损耗角正切tanδ）；(D) 稳态剪切黏度曲线；(E) 应力扫描曲线；(F) 交变应变结构恢复曲线。
图9. 凝胶样品的质构特性。(A) 硬度；(B) 弹性；(C) 胶着性；(D) 内聚性。
图10. T₂弛豫时间分布图。
图11. 不同凝胶的国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）测试结果。
图12. 3D打印重复性与凝胶储存稳定性。(A) 1、3、5次重复打印后的样品形貌；(B) 对应打印精度；(C) 储存1、3、5天后的凝胶形貌；(D) 样品残留质量。
研究总结
营养设计精准：基于AMDR的配方设计策略实现三大营养素供能比完全达标，营养评分满分，为淀粉基3D打印食品的营养均衡设计提供了可推广的量化框架。
界面机制清晰：Pickering界面组装通过诱导界面蛋白有序排列，协同氢键、疏水作用与静电作用，将脂质液滴从结构缺陷转化为网络增强节点，是体系性能全面提升的核心分子机制。
设备价值凸显：杭州时印科技食品3D打印机凭借稳定的挤出控制与高精度成型能力，完成了多界面工程策略的打印适性量化与多循环稳定性验证，为营养型凝胶墨水的成型性能测试提供专业硬件支撑。
应用前景广阔：营养均衡的淀粉基三元凝胶兼具高打印精度、优异结构恢复性与吞咽适配性，拓展了淀粉基材料在个性化吞咽障碍膳食、老年软质食品、精准营养食品领域的应用场景。
作者简介
陈颖，扬州大学食品科学与工程学院讲师、硕士生导师，华南理工大学与新加坡国立大学联合培养博士，兼任美国阿拉巴马大学人类与营养系助理研究员。主要研究方向为食品多糖软材料结构形成与功能调控，聚焦分子结构、界面作用与传质过程对材料成型及响应性能的影响。主持国家、省部级等科研项目多项，以第一 / 通讯作者发表SCI论文29篇，其中中科院一区论文17篇，授权发明专利3件。入选扬州市 “绿扬金凤” 优秀博士，担任多本国际期刊青年编委与客座编辑。