2026年8月11日，西南大学食品科学学院张宇昊教授、王洪霞副教授团队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“Enhancing surimi structure by lycopene-fennel extract Pickering emulsion: application in 3D printing analog beef with dynamic color and flavor retention” 的研究论文。研究以鱼糜源肌原纤维蛋白微凝胶为Pickering稳定剂，构建负载番茄红素与茴香提取物的功能型乳液，系统解析鱼糜结构强化机理与3D打印适性调控规律，实现模拟牛肉的动态色泽变化与风味缓释，为鱼糜基高端仿真肉制品开发提供了全新的结构设计思路。
鱼糜是浓缩肌原纤维蛋白的水产加工原料，凝胶特性优异，是食品3D打印的理想蛋白基材，但天然鱼糜脂质匮乏，难以模拟真实肉类的多汁口感与风味层次，直接添加液态油易导致油滴聚集、破坏蛋白凝胶网络。Pickering乳液以固体颗粒稳定油水界面，抗聚结、热稳定性优异，可将脂质均匀分散于蛋白基质，同时实现功能成分的包埋保护。
目前，负载番茄红素、茴香提取物的Pickering乳液对鱼糜微观结构与流变性能的调控机制尚不明确，其在3D打印模拟牛肉中的动态色泽响应、风味保留效应也缺乏系统研究。本研究以鱼糜提取的肌原纤维蛋白微凝胶（MMP）为稳定剂，构建不同油相占比的番茄红素-茴香提取物Pickering乳液，探究其对鱼糜结构、流变与打印性能的调控作用，并开发双喷嘴3D打印模拟牛肉，验证烹饪过程中的色泽与风味调控效果。
研究亮点
油相体积分数为80%的乳液具有较高的离心稳定性和热稳定性。
乳液强化型鱼糜在大振幅振荡剪切（LAOS）测试中表现出适宜的耗散能、大应变速率黏度（η’L）与大应变储能模量（G’L）。
乳液可诱导鱼糜蛋白疏水侧链暴露，进而强化凝胶网络结构。
美拉德反应与番茄红素Z-异构化共同驱动模拟牛肉的动态色泽变化。
茴香提取物赋予3D打印模拟牛肉优异的风味保留特性。
核心实验平台
本研究采用杭州时印科技有限公司双喷头食品3D打印机作为核心成型实验设备，配置1.2 mm规格喷嘴，在打印速度15 mm/s、层厚0.8 mm、填充率 80%的统一参数条件下，完成空心网格、海豹等模型的打印精度与稳定性测试，以及喜字、花朵、熊猫、猫爪、凯蒂猫等复杂双色模型的成型验证。设备凭借稳定的双料挤出流量控制、精准的层间堆叠能力，可精准量化不同配方鱼糜的打印适性差异，为模拟牛肉产品的填充结构优化提供可靠的硬件支撑。
核心研究结果
（1）肌原纤维蛋白微凝胶可高效稳定Pickering乳液，80%油相体积分数下性能最优：MMP平均粒径约303 nm、分布均一，水接触角60.83°兼具良好两亲性；80%油相组液滴紧密堆积呈多面体形，离心水分离率仅15.16%，加热后色泽变化最小，DPPH自由基清除率最高，兼具优异的物理稳定性、热稳定性与抗氧化活性。
（2）乳液引入促进鱼糜蛋白疏水侧链暴露并嵌入油滴，β-折叠含量显著提升，形成更致密的蛋白网络；体系结合水占比上升，持水性与热稳定性显著增强，最高热降解温度较空白组提升约68℃。
（3）乳液改性鱼糜具备优异3D打印适性，80%油相组打印精度最高：改性鱼糜呈现典型剪切变稀特性，高应变下流动性更好，便于喷嘴挤出；80%油相改性组空心网格打印面积精度达97.46%，高度精度达98.80%。
（4）双喷头3D打印模拟牛肉实现烹饪动态变色，质构贴近真实牛肉；空气炸锅烹饪过程中，美拉德反应与番茄红素Z-异构化协同驱动色泽由红向焦黄色渐变，质构硬度、咀嚼性随烹饪时间逐步提升，变化趋势与真实牛肉高度吻合。
（5）乳液包埋实现茴香风味缓释与抗氧化增效：茴香提取物被包封于乳液油相内部，烹饪过程中特征风味挥发速率显著降低，可长效掩盖鱼糜腥味；番茄红素、茴香提取物与山茶油协同发挥抗氧化作用，提升产品货架稳定性。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. MMP颗粒与不同油相占比（50%–90%）番茄红素-茴香提取物Pickering乳液的表征。(A) MMP 粒径分布；(B) MMP原子力显微镜形貌图；(C) MMP润湿性。(D) 新鲜乳液外观；(E) 对应液滴粒径分布；(F) 离心稳定性（水 / 油分离率）。(G) 90℃加热20 min后乳液外观；(H) 加热后乳液色差ΔE；(I) 加热后乳液 DPPH自由基清除活性。
图3. 不同油相占比（50%–90%）番茄红素-茴香提取物Pickering乳液的微观结构。(A) 光学显微镜图；(B) 激光共聚焦显微镜图，其中油相和蛋白分别用蓝色与红色荧光染料标记。
图4. 不同油相占比（50%–90%）番茄红素-茴香提取物Pickering乳液的流变特性。(A) 剪切速率扫描；(B) 应变扫描；(C) 频率扫描；(D-E) 温度扫描测试。
图5. Pickering乳液改性鱼糜样品的大振幅振荡剪切（LAOS）流变表征。(A) 弹性Lissajous图；(B) 黏性Lissajous图；(C) 剪切增稠比 T；(D) 三阶与一阶弹性Chebyshev (e₃/e₁)；(E) 大应变速率黏度 η’L；(F) 小应变速率黏度 η’M；(G) 大应变模量 G’L；(H) 小应变模量 G’M。
图6. Pickering乳液改性鱼糜样品的热稳定性与蛋白二级结构。(A) 热重分析（TGA）曲线；(B) 微分热重分析（DTG）曲线；(C) 拉曼光谱；(D)由酰胺 I 带反卷积得到的二级结构含量。
图7. Pickering乳液改性鱼糜样品的化学作用力、水分分布与微观结构。(A) 离子键含量；(B) 氢键含量；(C) 疏水相互作用含量；(D) 二硫键含量；(E) 低场核磁共振弛豫分布；(F) 对应各形态水分占比；(G) 500倍扫描电镜微观形貌图。
图8. Pickering乳液改性鱼糜样品的 3D 打印性能。(A) 打印的 “空心网格” 与 “海豹” 模型；(B) 对应打印面积精度与高度精度；(C) 打印立方体的凝胶强度；(D) 基于最优配方的创新复杂模型3D打印样品。
图9. 以红色蛋白相、白色脂肪模拟相经双喷嘴打印制备的3D打印模拟牛肉，及其在150℃空气炸锅烹饪0–12 min过程中的变化。(A) 填充结构对产品外观的影响；(B) 外观色泽变化；(C) 红外热成像图；(D) 色泽变化动力学（a、b随中心温度的变化）；(E) 直线填充结构模拟牛肉烹饪后的质构特性；(F-G) 直接添加茴香提取物组与乳液包埋茴香提取物组烹饪过程中的风味雷达图。
图10. 不同油相占比Pickering乳液构建、乳液引入强化鱼糜结构、以及3D打印模拟牛肉实现动态色泽（美拉德反应与番茄红素 Z-异构化）与风味保留（乳液液滴作为茴香提取物储库）的机制示意图。
研究总结
配方最优解：80%油相占比的Pickering乳液改性鱼糜为最优配方，兼具 97.46%的高打印精度、优异的热稳定性与持水性，同时实现番茄红素与茴香提取物的高效包埋，是鱼糜基仿真肉制品3D打印的理想方案。
分子机理明确：乳液油滴作为 “活性填料”，通过促进蛋白疏水侧链暴露与嵌入，强化油-蛋白疏水相互作用，重构蛋白凝胶网络，同步实现结构致密化与功能因子包埋，是体系性能全面提升的核心机制。
设备价值凸显：时印科技双喷头食品3D打印机凭借稳定的双料挤出控制与高精度成型能力，完成了多梯度配方优化与复杂双色模型打印验证，为仿真肉制品的多相3D打印提供专业硬件支撑。
应用前景广阔：鱼糜基Pickering乳液墨水兼具高营养与功能性，同步实现定制化3D成型、烹饪动态色泽响应与风味缓释，拓展了鱼糜在高端仿真肉制品、老年软质膳食、功能营养食品领域的应用场景。
作者简介
张宇昊，研究员、博士生导师，重庆市农业科学院副院长。国家级领军人才、国家神农青年英才，重庆首席专家工作室（食品与营养学科）领衔专家，重庆市科学技术带头人，入选全球高被引科学家（2025）和全球前2%顶尖科学家榜单（2023-2025）。主要研究方向为动物源食品蛋白高值利用、食品胶体化学、水产品加工、食品营养与胶体递送等。主持国家重点研发计划任务3项、国家自然科学基金重点项目1项、面上和青年项目4项、省级和横向项目30余项。以第一 / 通讯作者发表学术论文230余篇，其中SCI论文160余篇，授权发明专利20余件，参与制定标准8项。
王洪霞，副教授、硕士生导师，三区”科技人才，重庆市科技特派员，被列为全球2%顶尖科学家（2024和2025年度）。主要研究方向为生物大分子互作、3D/4D 打印个性化精准营养食品、绿色可降解食品包装。主持多项国家及省部级科研项目，以一作 / 通讯作者发表学术论文50余篇，其中SCI论文40余篇，授权发明专利3项。