菊粉调控3D打印乳液凝胶感官特性与机械性能的机制研究及其在个性化食品开发中的应用

本研究针对咀嚼功能受限人群的饮食需求，创新性地将菊粉（inulin）作为质构改良剂应用于3D打印乳液凝胶体系。研究人员通过流变学分析（G′从2.99×103 Pa提升至1.08×104 Pa）、电子鼻检测和感官评价等多维技术，证实20%菊粉添加量可显著提升产品冻融稳定性（-18°C下G′达2.44×106 Pa）并改善山茶油特征性气味，为功能性食品开发提供新策略。

　　

随着人口老龄化加剧和饮食需求多元化发展，开发适合咀嚼功能障碍人群的个性化食品成为食品科学领域的重要课题。传统食品在质地调整和营养保留方面存在局限，而新兴的3D打印技术为食品个性化定制提供了新思路，但打印材料的流变特性与感官品质的协同调控仍是技术难点。山茶油虽富含不饱和脂肪酸，但其强烈的特征性气味和较差的低温稳定性限制了在功能性食品中的应用。

仲恺农业工程学院食品感官科学与技术应用中心的研究人员创新性地将菊粉——一种源自菊芋的益生元多糖，作为质构改良剂应用于3D打印乳液凝胶体系。通过系统研究菊粉浓度（6.7%-20%）对材料流变特性、打印精度和感官品质的影响，发现20%菊粉添加量使储能模量（G′）提升3.6倍（从2.99×10³ Pa至1.08×10⁴ Pa），冻融后模量损失减少11%（65% vs 76%），并有效掩盖山茶油特征气味。这项发表于《Current Research in Environmental Sustainability》的研究，为开发兼具营养功能和感官接受度的个性化食品提供了理论依据和技术支持。

研究采用频率扫描（0.1-10 Hz）、温度扫描（-18°C至25°C）等流变学分析表征凝胶网络强度；通过挤出式3D打印（喷嘴直径0.6 mm）评估形状保真度；结合电子鼻和15人专业感官小组（50小时以上培训）进行气味和质地分析；采用质构分析仪（压缩速度5 mm/s）模拟口腔加工过程。

3.1 打印性能
20%菊粉凝胶表现出最优打印精度，边界清晰无油渗出，归因于菊粉通过氢键网络固定自由水，形成连续三维结构。盐添加会破坏蛋白网络，导致G′降低约6,000 Pa。

3.2 流变特性
温度扫描显示-18°C时G′达2.44×10⁶ Pa，形成刚性弹性网络。频率扫描中G′与菊粉含量呈正相关，证实其增强结构完整性的作用。

3.4 冻融稳定性
3D打印使凝胶导热性提升，20%菊粉凝胶冻融后G′仅下降65%，显著优于6.7%样品（76%），玻璃化转变形成的致密结构抑制了冰晶重结晶。

3.5 气味调控
PCA分析显示菊粉含量与山茶油气味强度呈负相关，20%添加量使特征气味信号减少40%，感官评价证实其增强"果香"、减弱"茶油味"的效果。

3.6 感官-机械性能关联
Pearson分析揭示硬度与"油腻感"呈负相关（r=-0.82），G′与"颗粒感"正相关（r=0.79），证实仪器参数可预测感官质地。

该研究建立了首个结合流变学-感官评价的3D打印食品质控体系，证实菊粉通过物理交联（非共价键）和空间位阻效应同步改善材料力学性能和感官接受度。温度扫描揭示的玻璃化转变行为（-18°C模量峰值）为冷冻食品形状保持提供了新见解，而电子鼻与QDA的协同应用为气味调控提供了量化工具。这些发现不仅解决了高油相乳液打印的技术瓶颈，更为开发针对吞咽障碍人群的个性化营养产品开辟了道路，具有重要的临床转化价值。