2025年6月9日，Raybet在线官网易阳教授团队在中科院农林科学一区Top期刊Carbohydrate Polymers（IF:12.5）上在线发表了题为“Complexation-driven 3D printable whey protein-lotus root composite gels for dysphagia foods”的研究型论文。
吞咽困难是一种以吞咽功能受损为特征的临床病症，可能导致营养不良、误吸性窒息和肺炎等严重并发症。随着全球对吞咽困难管理的关注日益增加，针对吞咽困难患者设计的质构改良食品被广泛推荐。作为一种变革性技术，3D食品打印能够精确控制食品的成分和结构参数，有效消除硬质颗粒或粗糙团块等不良质构元素，从而提高吞咽安全性并降低误吸风险。此外，3D打印还能提升质构改良食品的视觉美感和感官吸引力。尽管目前使用黄原胶、阿拉伯胶和瓜尔胶等水胶体的3D打印吞咽困难食品已显示出良好效果，但其营养成分仍然相对单一。开发适用于3D食品打印的材料具有挑战性，因为这需要材料同时具备剪切稀化行为和理想的粘弹性。据报道，诱导打印墨水的不同组分之间形成的复合键网络可有效解决这一难题。
莲藕粉是一种营养丰富的食品原料，其淀粉含量高达70%~80%，具有显著的健康益处，尤其是9%的膳食纤维含量有助于肠道健康。在热加工过程中，莲藕粉能够形成具有合适粘度的凝胶，并表现出显著的剪切稀化行为，这使其在食品3D打印中具有潜在的应用价值。然而，目前关于莲藕粉在食品3D打印中的应用研究较为缺乏，尤其是在吞咽困难食品的开发方面尚未见报道。尽管莲藕粉展现出良好的特性，但它无法满足全面的营养需求，并且在打印精度上存在一定局限性。因此，需要引入互补材料以调控3D打印配方的质构特性，同时提升其营养价值并满足基本的流变学要求。目前，蛋白质-淀粉凝胶体系在吞咽困难饮食中受到越来越多的关注。然而，与动物蛋白-多组分凝胶体系相比，植物蛋白-多组分体系之间的相互作用所引起的结构和功能修饰，目前研究仍较为有限。
本研究探讨了蛋白质与莲藕粉之间的相互作用，旨在开发3D打印的吞咽困难食品。具体而言，按照不同质量比配置了多种蛋白质（包括豌豆蛋白、谷蛋白、卵清蛋白和乳清蛋白）与莲藕的复合水溶液，经过均质化处理和水浴加热后，制备了含有0~40%（w/w）蛋白质的莲藕复合凝胶。通过3D打印精度筛选出最优蛋白质。在此基础上，利用3D打印模型、快速粘度分析仪、流变仪、质构仪、热重分析仪和低场核磁共振仪，系统研究了复合凝胶的3D可打印性、粘度、流变特性、质构特性、热稳定性和持水性等理化特性；通过扫描电子显微镜和激光共聚焦拉曼光谱成像技术表征了复合凝胶的微观结构；结合X射线衍射、小角X射线散射、傅里叶红外光谱、分子间作用力测试和分子对接模拟，揭示了复合凝胶各组分之间的相互作用机制；并通过国际吞咽困难饮食标准化倡议测试评估了3D打印凝胶样品的易吞咽性及其负载不同营养强化剂的可行性。本研究为开发多营养、易吞咽食品提供了一种可行策略，并为个性化吞咽困难营养提供了一种具有前景的制备方法。
研究亮点
• 乳清蛋白显著提高了莲藕复合凝胶体系的弹性、持水力和3D可打印性。
• 含有20%（w/w）乳清蛋白的莲藕复合凝胶具有最佳的3D打印精度。
• 乳清蛋白与莲藕通过多重键络合协同作用构建了一种增强型凝胶体系。
• 乳清蛋白-莲藕复合凝胶可作为吞咽困难饮食的理想3D打印墨水。
• 3D打印乳清蛋白-莲藕复合凝胶具备负载多种营养强化剂的潜力。
研究结论
（1）含有20%（w/w）乳清蛋白的莲藕复合凝胶因多尺度络合协同作用表现出最佳3D打印性能，打印精度高达93%以上。
（2）乳清蛋白通过平衡淀粉-蛋白质相互作用、调节淀粉交联密度和优化打印墨水的流变特性，提升了凝胶体系的稳定性。
（3）乳清蛋白的加入诱导了α-螺旋向β-折叠的转变，并增强了乳清蛋白与淀粉之间的氢键作用；与此同时，疏水相互作用促进了蛋白质聚集，二硫键则促进了共价交联，通过多重键络合协同作用构建了增强型基质。
（4）乳清蛋白促进莲藕复合凝胶形成均匀致密的小孔网络，显著提升了体系的保水性和弹性。
（5）根据国际吞咽障碍食物标准化倡议标准，乳清蛋白-莲藕复合凝胶可归类为第5级（细碎湿润型），可作为吞咽困难饮食的3D打印墨水以及多种营养强化剂的载体。
（6）研究结果为蛋白质-莲藕复合材料的3D打印奠定了重要理论基础，展现了其在吞咽困难食品与功能性营养领域的广阔应用前景。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. 乳清蛋白和淀粉分子的对接构象。
图3.（a~d）不同配方凝胶的微观结构、（e~h）直径统计和（i~l）三维空间形态（蓝色、红色和绿色区域分别代表淀粉、蛋白质和纤维）。
图4.（a）基于不同乳清蛋白添加量的复合凝胶的国际吞咽障碍食物标准化倡议测试和（b）含有不同营养素的3D打印乳清蛋白-莲藕复合凝胶实物图。
作者简介:
易阳，博士、教授、硕士生导师，现任Raybet在线官网副院长，“食品营养生物学与健康产品创制”校级重点团队负责人，“农产品加工与贮藏”方向学术带头人，《Journal of Future Foods》和《食品安全质量检测学报》青年编委，入选省级和市级人才计划。主要从事特色果蔬资源的营养功能评价及高值利用研究，“莲藕健康功效的物质基础与作用机制研究”获2023年湖北省自然科学二等奖（排名第1）；先后主持国家自然科学基金面上/青年项目、国家重点研发计划项目任务、湖北省重点研发计划项目等纵向科研项目10余项；以第一/通讯作者发表SCI和EI收录论文40余篇；以第一发明人申请授权发明专利8件（转让4件）。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123864
