基于复合驱动的3D打印莲藕-乳清蛋白复合凝胶在吞咽障碍食品中的创新应用

【编辑推荐】本研究针对吞咽障碍患者营养食品定制化难题，创新性地通过3D打印技术构建莲藕全粉(WL)-乳清蛋白(WP)复合凝胶体系。研究发现20% WP添加量使打印精度达93%以上，通过多尺度复合作用（氢键/疏水相互作用/二硫键）形成强化蛋白-淀粉基质，IDDSI测试证实其吞咽安全性，为开发个性化多营养素易吞咽食品提供新策略。

　　

吞咽障碍作为全球老龄化社会面临的严峻临床问题，常导致营养不良、吸入性肺炎等并发症。传统改良食品受限于基质材料的理化性质，存在营养单一、质地不均等问题。3D食品打印技术虽能精准调控食品结构，但现有打印材料如黄原胶等胶体营养匮乏，而新鲜蔬菜打印又面临多成分协同的挑战。莲藕全粉(WL)虽富含膳食纤维(9%)和淀粉(70-80%)，但其打印精度和营养均衡性不足；乳清蛋白(WP)虽具优异凝胶性和伪塑性，却因天然结构限制无法直接用于打印。这一矛盾凸显开发新型复合材料的迫切性。

湖北省科技厅资助的研究团队通过系统研究WL-WP复合凝胶的3D打印性能，发现20% WP添加量可实现407.77±0.508 mm²
基底面积和26.04±0.031 mm高度的精确打印，偏差仅7.77 mm²
和1.04 mm。研究采用多尺度表征技术（流变测试、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱）揭示WP通过降低淀粉分子交联度形成微孔网络，提升持水性；同时诱导α-螺旋向β-折叠转变，强化氢键作用。疏水相互作用促进蛋白聚集，二硫键实现共价交联，最终构建出多键复合的强化基质。

【材料与方法】
研究选用E
-Lian V品种莲藕制备WL，与四种蛋白质（WP/豌豆蛋白/谷蛋白/卵白蛋白）复合。通过流变仪分析剪切稀化行为，扫描电镜观察微观结构，IDDSI国际吞咽障碍饮食标准进行吞咽安全性评估，并测试营养强化配方的打印精度。

【Pervasive testing of 3D printing】
对比实验显示WP-WLG在动物/植物蛋白中表现最优，其剪切稀化指数较纯WLG提升38%，微孔网络使水分迁移率降低至0.12 g/(m²
·s)。

【Conclusions】
该研究首次阐明WL-WP复合凝胶的成胶机制：1）WP通过调节淀粉交联密度优化流变特性；2）多键复合作用形成强度梯度可控的凝胶网络；3）IDDSI Level 4级测试证实其吞咽安全性。成果发表于《Carbohydrate Polymers》，为功能性农产品高值化利用提供新范式，推动个性化吞咽障碍营养解决方案的临床转化。