喷雾干燥葡萄副产物颗粒增强3D打印黄原胶基质的生物活性与流变特性

本研究针对食品加工废弃物资源化利用和功能性食品开发需求，通过加压液体提取(PLE)技术从葡萄渣中获取富含酚类化合物(3.58±0.02 μg GAE/mL)和花青素(219.3±32.2 μg AT/mL)的提取物，采用喷雾干燥技术制备微胶囊颗粒(含514.1±28.5 μg TA/g)，并将其应用于黄原胶/海藻酸钠3D打印基质。研究发现添加颗粒可显著提升基质的稠度指数、储能模量(G’)和抗变形能力，打印样品与CAD模型吻合度提高，为开发pH指示剂、营养制剂和吞咽障碍患者功能性食品提供了新思路。

　　

全球每年产生数百万吨葡萄加工副产物，这些富含多酚类物质的"废弃物"实际上蕴藏着巨大的应用价值。联合国环境规划署(UNEP)数据显示，食品加工业的可持续转型迫在眉睫，而葡萄渣这类副产品的高值化利用正是实现可持续发展目标(SDG 12.3)的关键突破口。与此同时，吞咽障碍患者群体面临食物形态单一、营养摄入不足等问题，亟需开发兼具功能特性和适口性的新型食品。

针对这一双重挑战，圣保罗研究基金会支持的研究团队创新性地将葡萄渣资源化利用与3D食品打印技术相结合。研究人员首先采用绿色高效的加压液体提取(PLE)技术从葡萄渣中获得生物活性物质，测得总酚含量达6.08±0.04 mg/g，抗氧化活性为2.2±0.2 μmol FeSO₄/g。随后通过喷雾干燥技术制备微胶囊颗粒，以10%麦芽糊精为壁材，成功将花青素等活性成分的稳定性提高了数十倍。

关键技术包括：1)加压液体提取(PLE)工艺优化；2)喷雾干燥微胶囊化参数控制；3)黄原胶/海藻酸钠复合凝胶体系构建；4)流变特性分析(储能模量G'、损耗模量G"测定)；5)3D打印适性评价体系。研究使用的葡萄渣样品来自巴西Adega Família Ferragut酒庄的Vitis labrusca品种。

【生物活性成分分析】
提取物和微胶囊颗粒的生物活性表征显示，喷雾干燥工艺使花青素含量提升至514.1±28.5 μg/g，较原料提高700余倍。这种显著的富集效应为后续功能应用奠定了基础。

【流变特性研究】
添加微胶囊的样品表现出显著的流变性能改善：稠度指数提升约40%，储能模量(G')增加35%，表明材料具有更好的结构保持能力。这种特性对保证3D打印产品的尺寸精度至关重要。

【3D打印适性评价】
含颗粒的配方打印成品与CAD模型匹配度达92%，远高于对照组的78%。微观结构分析揭示酚类化合物与黄原胶分子间存在氢键相互作用，这是改善打印性能的分子机制。

这项研究开创性地构建了"废弃物高值化-功能材料开发-特殊人群应用"的全链条解决方案。通过微胶囊化技术攻克了生物活性物质稳定性难题，利用黄原胶的独特流变特性实现了功能性成分的精准递送。所开发的3D打印基质不仅可用于吞咽障碍患者的饮食干预，还为开发pH响应型智能包装材料提供了新思路。研究团队特别指出，该技术路线具有显著的规模化优势，单批次可处理公斤级原料，且整个工艺符合绿色化学原则。未来可进一步拓展至其他农产品加工副产物的高值化利用，推动食品工业的可持续发展转型。