2026年2月21日，华中农业大学食品科学技术学院黄琪琳教授团队在中科院农林科学一区Top期刊Food Chemistry （IF:9.8）上在线发表了题为“Hydrocolloid mediated reconstruction and functionality of tapioca starch–yeast protein emulsion-filled gels: Toward β-carotene delivery and dysphagia-friendly foods of 3D printing”的研究型论文。
吞咽障碍友好型食品需兼具适宜质地和精准营养强化功能。3D打印技术能精确调控食品结构和营养分布，为个性化吞咽安全食品的制备提供有效手段。β-胡萝卜素作为营养强化中重要的脂溶性活性成分，其应用受限于水溶性低、稳定性差与吸收率低。包埋技术可改善其溶解性、稳定性与生物利用度，常用载体包括脂质体、水凝胶和乳液等。乳液虽具成本低、包封率高和缓释优势，但在胃肠环境中易因聚集、界面破坏或酶解导致活性物提前释放。乳液填充凝胶（EFG）结合了乳液的高负载和凝胶的保护控释功能，可增强活性成分稳定性、改善质地特性，尤其适用于吞咽障碍食品。结合3D打印技术，EFG为开发具控释功能的个性化营养食品提供了新途径。
蛋白质-多糖复合凝胶结合了蛋白质的两亲性和多糖的流变性，是克服单一组分局限性的重要递送基质。淀粉（如木薯淀粉）具备良好的凝胶性能，但3D打印时需要与蛋白质或水胶体复配以提高结构支撑性。酵母蛋白可提升淀粉基凝胶的机械性能与打印适应性。淀粉-酵母蛋白-水胶体三元复合体系具有协同增强黏弹性、稳定性及保护脂溶性活性成分的潜力，但在吞咽障碍友好型食品和3D打印递送领域的应用仍需进一步研究。
本研究旨在系统探究木薯淀粉（TS）-酵母蛋白（YP）-水胶体（HC）复合基质对β-胡萝卜素的包封、稳定和控释性能，并评估其作为吞咽障碍友好型食品基质的可行性。具体方法如下：配制14%（w/v）TS溶液；将TS与YP按5:2（w/w）比例混合制成TS-YP复合物；进一步添加1%（w/v）HC（包括黄原胶、黄原胶/亚麻籽胶（3:2, w/w）混合物和亚麻籽胶）构建TS-YP-HC复合体系。将上述基材与负载β-胡萝卜素的乳液按3:2（w/w）比例混合后经凝胶化处理，制备得到乳液填充凝胶（EFG）。研究内容主要包括：通过3D打印模型和国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）测试标准评价3D打印精度和吞咽适用性；系统表征其流变特性、质构特性及热力学性质等理化性能；考察β-胡萝卜素在EFG中的稳定性和体外消化行为；解析β-胡萝卜素在消化过程中的释放动力学及不同组分间的相互作用机制。本研究旨在阐明复合基质在脂溶性生物活性成分稳定递送中的作用，为同步改善吞咽障碍和营养缺乏问题提供理论依据与技术支撑。
研究亮点
• 乳液填充凝胶（EFG）可用于开发精准营养和吞咽障碍友好型食品。
• 水胶体的加入增强了体系的粘弹性和结构强度，提升了其3D可打印性。
• 水凝胶增强了EFG的耐寒性和热稳定性。
• 基于水胶体的EFG展现出较高的β-胡萝卜素包封率，并实现了其缓释功能。
• 所有EFG均符合IDDSI 5级标准，适用于开发安全且易于吞咽的食品。
研究结论
（1）水胶体的添加显著增强了乳液填充凝胶（EFG）的黏弹性和凝胶强度，从而提升了其挤出成型性、结构支撑性和3D打印精度。
（2）在木薯淀粉-酵母蛋白-水胶体（TS–YP–HC）基质中，增强的分子间相互作用降低了体系的可冻结水含量，提高了体系的冻融稳定性和热稳定性。
（3）TS–YP–HC对β-胡萝卜素的保护效果最佳，加热保留率和消化保留率分别达89.62%和71.48%。
（4）TS–YP–HC更为致密的凝胶网络有助于提高β-胡萝卜素的包封效率并实现缓释，其释放动力学遵循非费克扩散机制，涉及扩散和基质侵蚀的共同作用。
（5）所有EFG均符合国际吞咽障碍饮食标准化倡议第5级标准，验证了其作为面向吞咽障碍人群食品的安全性和适用性。
（6）本研究突显了水凝胶在调控淀粉-蛋白凝胶的结构-功能关系中的关键作用，为基于水凝胶的脂溶性生物活性物质递送系统设计提供了新思路，并为个性化营养和功能性食品的开发提供了理论指导。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. EMG和EFG的3D打印结果以及IDDSI测试结果。其中，EMG：乳液凝胶、EFG：乳液填充凝胶、IDDSI：国际吞咽障碍饮食标准化倡议。
图3. EMG和EFG的质构特性：硬度（A）、咀嚼性（B）、胶着性（C）、内聚性（D）和弹性（E）。其中，EMG：乳液凝胶、EFG：乳液填充凝胶。
图4. EMG和EFG的剪切应力（A）、表观黏度（B）、频率扫描下的储能模量G′（C）、损耗模量G′′（D）、三步阶跃应变恢复测试恢复曲线（E）和恢复率（F），以及在10%、100%、500%、800%、1000%应变幅度下的弹性利萨茹曲线（G）和黏性利萨茹曲线（H）。其中，EMG：乳液凝胶、EFG：乳液填充凝胶。
图5. EMG和EFG的持油性（A）以及差示扫描量热（DSC）热分析图：结晶（B）、熔化（C）和变性（D）过程。其中，EMG：乳液凝胶、EFG：乳液填充凝胶。
图6. 负载β-胡萝卜素的EMG和EFG在95°C下的热稳定性（A）和体外消化后β-胡萝卜素的生物可及性（B）。其中，EMG：乳液凝胶、EFG：乳液填充凝胶。
图7. 负载β-胡萝卜素的EMG和EFG在不同模拟消化阶段（模拟口腔阶段、模拟胃阶段、模拟肠阶段）的微观结构图像。其中，EMG：乳液凝胶、EFG：乳液填充凝胶。
图8. EMG和EFG消化过程中β-胡萝卜素的释放曲线（A）及其释放动力学（B）。其中，EMG：乳液凝胶、EFG：乳液填充凝胶。
图9. EMG和EFG作为精准营养和吞咽障碍食品的作用机制示意图。其中，EMG：乳液凝胶、EFG：乳液填充凝胶。
作者简介
黄琪琳，华中农业大学博士生导师，入选2025年全球前2%顶尖科学家、闽江学者、十百千人才工程、青年晨光计划。从事“水产品、粮食的加工与保藏”、“食品大分子结构与功能”以及“药食同源资源开发”领域的研究。担任国际期刊Green and Sustainable Chemistry、Food & Medicine Homology、Journal of Aquaculture and Research等杂志编委。以通讯/第一作者发表学术论文120余篇；省科技成果鉴定9项，授权国家发明专利近20件。获教育部2022年科技进步二等奖，华中农业大学优秀导师、教学成果以及教学质量奖多项荣誉。