2026年6月3日，海南热带海洋学院申铉日教授团队联合海南大学在中科院农林科学一区Top 期刊Food Research International（IF=8.8）上在线发表了题为“3D-printed myofibrillar protein-starch emulsion gels enriched with astaxanthin and phycocyanin for dysphagia diet: A comparison of corn starch types”的研究论文。该研究系统比较了普通玉米淀粉、抗性玉米淀粉 和改性玉米淀粉对富含虾青素和藻蓝蛋白的肌原纤维蛋白高内相乳液凝胶的理化性质、结构、3D打印性能及吞咽安全性的影响，为个性化吞咽障碍膳食的精准设计与营养强化提供了科学依据。
吞咽障碍是影响口腔、咽部或食管功能的临床症状，会阻碍食物向胃部的安全输送，显著提升营养不良、脱水、吸入性肺炎甚至死亡的风险。随着全球人口老龄化加剧，吞咽障碍患病率持续上升，市场对个性化、安全且兼具适口性的特殊膳食需求日益迫切。国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）将食品质构划分为8个等级，其中4级为无需咀嚼的软质固体，5级需少量咀嚼。传统质构改良食品往往为保障安全性牺牲了感官吸引力与营养多样性，最终导致患者进食依从性差、营养摄入不足。
3D打印技术可精准调控食品的质构、形状与营养组成，通过多样化结构设计提升进食体验，为个性化吞咽障碍膳食提供了全新解决方案。乳液凝胶的可打印性与吞咽安全性高度依赖界面稳定性、聚合物链缠结与网络结构，淀粉与蛋白的复配体系是当前主流的研究基质。但现有研究尚未系统对比普通、抗性、改性三种玉米淀粉，在肌原纤维蛋白高内相乳液凝胶体系中对3D打印性能、IDDSI吞咽等级与双活性物质共包埋的综合影响。
虾青素是强效脂溶性抗氧化剂，兼具抗炎、护眼等生理功能，但化学稳定性差、生物利用度低；藻蓝蛋白是螺旋藻特有的水溶性色素蛋白，兼具抗氧化与免疫调节活性，同样存在储存稳定性不足的问题。将二者共包埋于乳液凝胶网络中，可通过基质的空间位阻效应提升稳定性，同时发挥抗氧化协同作用，为吞咽障碍食品赋予营养强化功能。
本研究以罗非鱼肌原纤维蛋白为水相基底，负载虾青素与藻蓝蛋白两种活性物质，制备高内相乳液凝胶（HIPEs），分别添加普通玉米淀粉（CS）、抗性玉米淀粉（RS）、改性玉米淀粉（MS）三种原料。系统评估了淀粉种类对乳液凝胶理化性质、微观结构、流变特性、3D打印性能、质构特性、活性物质包埋效率与储存稳定性的影响，并结合IDDSI标准评价吞咽适配等级，最终阐明淀粉分子结构-凝胶网络形成-吞咽性能的构效关系，筛选适配3D打印吞咽障碍膳食的最优淀粉类型。
研究亮点
玉米淀粉类型影响HIPEs的质构和结构。
抗性玉米淀粉（RS）诱导蛋白质结构转变，增强柔韧性。
RS-HIPEs在3D打印精度、稳定性和共包埋方面表现优异。
RS-HIPEs符合IDDSI 4级标准，具有低硬度和高内聚性。
核心实验平台
本研究采用杭州时印科技有限公司食品3D打印机作为核心成型实验设备，完成全部打印测试与性能验证工作。实验以倒置正四棱台模型（底面 20 mm、顶面 25 mm、高 10 mm）量化评估打印精度，并进一步通过字母、雪花、花朵、螃蟹等复杂精细造型，全面验证最优配方的挤出流畅性、层间粘合性与结构自支撑能力。
设备配置0.41 mm规格喷嘴，全程统一控制挤出速度25 mm/s、打印温度25±1℃、填充率100%，凭借精准的挤出流量调控、稳定的逐层成型输出与优异的参数复现性，充分保障不同配方体系间实验条件的一致性与数据可比性，为乳液凝胶打印性能的系统表征与研究结论的科学性提供可靠硬件支撑。
核心研究结果
（1）淀粉种类显著调控肌原纤维蛋白-淀粉高内相乳液凝胶的3D打印效果，空白对照组打印精度为89.62%，添加0.4%抗性玉米淀粉（RS）组综合表现最优，打印精度达98.08%；三种玉米淀粉的成型提升效果排序为RS > MS > CS。
（2）微观结构与粒径差异显著：抗性玉米淀粉凭借高直链线性构象形成致密界面膜，将乳液液滴粒径降至6.29 μm，凝胶网络均匀细腻无聚结；普通与改性玉米淀粉支链占比更高，随浓度升高液滴粒径增大，易出现局部聚集，网络均匀度下降。
（3）抗性玉米淀粉可诱导肌原纤维蛋白二级结构中α-螺旋占比降低、β-折叠占比升高，同时推动二硫键向t-g-t构象转变，构建低结晶度的均匀无定形网络，在不增强共价交联的前提下提升体系柔性与弹性。
（4）抗性玉米淀粉组符合IDDSI 4级软质固体标准，无需咀嚼即可安全吞咽；普通玉米淀粉与改性玉米淀粉组对应IDDSI 5级，需少量口腔加工；抗性玉米淀粉组弹性、内聚性最优，硬度、咀嚼性与粘附性最低，误吸风险更低。
（5）流变测试显示所有乳液凝胶均具备典型剪切稀化特性，其中抗性玉米淀粉组储能模量最高、屈服应变达294.0%，触变恢复与抗变形能力最强，可同时满足喷嘴挤出流畅性、层间结合紧密性与打印后自支撑的全流程需求。
（6）双活性物质包埋效果与凝胶结构高度关联，抗性玉米淀粉对脂溶性虾青素的包埋效率与储存稳定性最优，25℃储存10天保留率达79.36%；普通玉米淀粉对水溶性藻蓝蛋白的物理截留效果更佳；4℃冷藏可进一步提升两种活性物质的储存稳定性。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. 不同种类淀粉制备的高内相乳液凝胶（HIPEs）的 (A) 硬度、(B) 液滴粒径变化及 (C) 共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像。同一浓度下，不同大写字母表示不同淀粉种类的高内相乳液凝胶间存在显著性差异（P<0.05）；同一淀粉种类下，不同小写字母表示不同浓度间存在显著性差异（P<0.05）。CS：普通玉米淀粉；RS：抗性玉米淀粉；MS：改性玉米淀粉。
图3. 不同种类淀粉制备的高内相乳液凝胶的流变特性变化：(A) 频率扫描、(B) 表观粘度与剪切速率测试、(C) 三区间触变性测试（3ITT）、(D) 蠕变-恢复测试。
图4. 不同种类淀粉制备的高内相乳液凝胶的结构特征：(A) 拉曼光谱、(B) 蛋白质二级结构占比、(C) 二硫键构象、(D) X 射线衍射（XRD）图谱。
图5. (A)不同种类淀粉制备的高内相乳液凝胶 3D 打印成品外观、(B) 3D 打印精度，以及 (C) 0.4% 抗性玉米淀粉组高内相乳液凝胶的 3D 打印适性评估。
图6. (A) 虾青素（ASTA）与藻蓝蛋白（PC）的包埋率，以及 (B) 25℃储存下虾青素的保留率、(C) 4℃储存下虾青素的保留率、(D) 25℃储存下藻蓝蛋白的保留率、(E) 4℃储存下藻蓝蛋白的保留率变化。
图7. (A) 不同淀粉种类制备的高内相乳液凝胶的国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）测试结果，以及 (B) 不同淀粉种类高内相乳液凝胶的网络结构形成与吞咽性能的潜在机制示意图。
研究总结
- 配方最优解：三种玉米淀粉构建的复合乳液凝胶均符合IDDSI吞咽安全标准，可用于吞咽障碍膳食开发；抗性玉米淀粉可将3D打印精度提升至98.08%，同时适配IDDSI 4级软质固体要求，兼顾虾青素与藻蓝蛋白双活性物质的包埋效率与储存稳定性，是功能型3D打印吞咽障碍膳食的理想配方方案；、
- 分子机理明确：抗性玉米淀粉凭借高直链含量与线性链构象，通过界面吸附与疏水相互作用和肌原纤维蛋白结合，诱导蛋白二级结构向β-折叠转变、二硫键向t-g-t构象转化，构建低结晶度的均匀柔性网络，从而提升体系内聚性、自支撑能力与成型稳定性；直链淀粉占比越高，界面成膜能力越强，凝胶柔性与打印表现越优异。
- 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、精准的参数调节能力，完成不同配方体系的全流程打印验证与精度表征，为高内相乳液凝胶类特殊膳食的研发与成型测试提供专业硬件支撑。
- 产业价值突出：肌原纤维蛋白-淀粉复合打印体系兼具安全吞咽属性与双活性营养强化功能，拓展了海洋源蛋白与天然活性物质在特膳领域的应用场景，为老年膳食、医用特殊食品的个性化、功能化开发提供新路径。
该研究首次系统比较了三种玉米淀粉在肌原纤维蛋白基高内相乳液凝胶中的性能差异，建立了淀粉分子结构—凝胶网络性质—吞咽适宜性之间的关联机制，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，也为抗性淀粉在功能性特膳食品中的应用拓展了方向。
作者简介
申铉日，海南热带海洋学院食品科学与工程学院院长，二级教授，博士生导师，硕士生导师。日本北海道大学博士，日本学术振兴会（JSPS）外国人特别研究员，海南省自贸港C类人才，海南省“515人才工程”第二层次人才。兼任中国水产流通与加工协会资深委员、中国食品科学技术学会预制菜分会会员、海南省食品科学学会理事、科技部重点专项评审专家、国家自然基金项目函评专家。发表学术论文130余篇，其中SCI收录60余篇（TOP期刊30余篇），承担国家级项目7项、省部级项目20余项。
裴志胜，海南热带海洋学院食品科学与工程学院高级实验师，硕士生导师，海南热带海洋学院科技园管理办公室副主任，海南省自由贸易港E类人才。博士毕业于海南大学食品科学与工程专业。主持国家自然基金地区项目1项、海南省自然基金2项、横向课题2项。以第一作者或通讯作者发表学术论文17篇，其中SCI收录7篇，授权国家发明专利2项。