假酸浆（Nicandra physalodes (Linn.) Gaertn.）多糖稳定的花生油体复合乳液凝胶：自发凝胶行为、流变特性及3D打印性能

《Foods》：Nicandra physalodes (Linn.) Gaertn. Polysaccharide-Stabilized Peanut Oil Body Composite Emulsion Gels: Spontaneous Gelation Behavior, Rheological Properties, and 3D Printing Performance

　　

在这项研究中，研究人员使用不同浓度的假酸浆（Nicandra physalodes (Linn.) Gaertn.）多糖（NPGP）稳定花生油体，以制备复合乳液凝胶。系统研究了所得凝胶的物理稳定性、流变特性和3D打印性能。结果表明，当NPGP浓度超过1.0 wt%时，复合体系能够自发凝胶。此外，随着NPGP浓度的升高，凝胶硬度和物理稳定性得到改善。在线性粘弹性区域内，样品表现出主导的弹性响应，并在整个测试期间保持类固体性质（G′ > G″）。进一步的3D打印测试表明，复合体系具有良好的成型性，打印精度和打印稳定性分别达到98.86 ± 0.14%和97.11 ± 0.07%。总之，作为一种有前景的商业化果胶类多糖资源，NPGP能有效增强花生油体乳液的稳定性。该研究还为油体的结构调控和功能化利用提供了新的策略和理论基础。

油体乳液是一种安全、绿色的天然水包油体系，具有良好生物相容性、可降解性和营养价值，在脂肪替代、药物递送及绿色材料构建中潜力巨大。然而，油体在加工和储存中易发生液滴聚集、乳析、絮凝甚至破乳，严重阻碍实际应用。现有稳定策略多依赖pH调节、离子添加或温度变化等外部条件，可能破坏油体天然界面结构，并增加成本。近年来，从传统植物中发现的系列自凝胶多糖（如假酸浆多糖，NPGP）能在室温自发形成凝胶，且可与植物蛋白通过非共价作用形成复合凝胶。油体界面由界面蛋白稳定，因此研究人员推测NPGP能与油体界面蛋白相互作用实现稳定。若在稳定油体基础上形成乳液凝胶网络，可望获得高形状保真度的可食用3D打印墨水。本研究旨在阐明NPGP对花生油体乳液的稳定机制，并评估其在食品3D打印中的可行性。论文发表在《Foods》。研究人员发现，2.0% NPGP的复合体系具有最佳综合物理性能，满足3D打印要求，打印精度和稳定性分别达98.86%和97.11%，为油体结构调控和功能化利用提供了新策略。

主要关键技术方法包括：假酸浆种子（来自云南蒙自）经手工揉搓、乙醇沉淀、冻干提取NPGP；花生仁（豫花37品种，来自河南农科院）经浸泡、均质、离心、水洗提取花生油体；将不同浓度NPGP（0.5–2.5 wt%）加入油体乳液，高速均质制备复合乳液凝胶；通过水分离率测定储存、热、冻融、离心、pH及离子强度稳定性；利用流变仪进行稳态流动、振幅扫描、频率扫描、触变性、时间扫描、蠕变恢复及大振幅振荡剪切测试；采用质构仪进行TPA分析和硬度测定；通过光学显微镜观察微观结构；使用3D打印机评估打印精度和稳定性，并测试打印后产品的热稳定性和冻融稳定性。

**3.1 NPGP与花生油体的主要成分**：NPGP的组成分析显示其半乳糖醛酸含量高达74.79%，证实为典型果胶多糖；花生油体粗脂肪含量75.23%，磷脂和蛋白分别为0.33%和0.64%，符合油体固有特征。

**3.2 复合体系的外观、颜色及物理稳定性分析**
**3.2.1 外观与颜色**：NPGP浓度≥1.0%时体系形成自支撑凝胶；浓度升高至2.5%时表面粗糙、颜色变黄。L*值和b*值随NPGP浓度增加而升高，体系亮度增强、黄度适度增加。
**3.2.2 物理稳定性表征**：NPGP浓度≥1.0%时，储存、热、冻融及离心稳定性均显著提升，水分离率降至5%以下，2.0%时达最佳。pH 4时水分离率最低（1.30%），弱酸性条件下NPGP链适度收缩形成致密保护膜；离子强度50 mmol/L时稳定性最佳，盐离子适度屏蔽静电排斥促进网络致密化。

**3.3 流变特性**：所有样品呈现剪切稀化行为，NPGP浓度越高，初始粘度越大（2.5%时达6230.81 Pa·s）。振幅扫描显示G′ > G″，弹性主导，且G′随浓度升高而增大（从61.13 Pa增至1527.24 Pa）。频率扫描中G′始终高于G″，且随浓度增大模量差值扩大。蠕变恢复测试中，高浓度NPGP样品应变较小、恢复率更高。时间扫描表明体系在600 s内保持稳定凝胶结构。触变性测试显示高浓度样品滞后环面积更大、恢复率更高。大振幅振荡剪切下的Lissajous曲线表明，2.0% NPGP体系在非线性区域仍保持较好弹性，抗剪切能力最优。

**3.4 质构特性**：随NPGP浓度升高，硬度、弹性、内聚性、回复性均显著增加，2.0%时达到最大值（硬度36.15 g），表明该浓度下多糖链形成致密、均一的凝胶网络，赋予体系最佳机械强度与结构完整性。

**3.5 光学显微镜观察**：未添加NPGP时油滴大且聚集；1.0% NPGP时油滴分散均匀；2.0%时背景中可见连续凝胶基质，有效包裹油滴；2.5%时过度密集的网络可能引发耗尽絮凝，稳定性下降。

**3.6 3D打印性能及打印后稳定性分析**
**3.6.1 3D打印适性**：1.0% NPGP样品打印后严重塌陷；2.0%时打印样品形状规则、边缘清晰，层线均匀密实，打印精度达98.86%，12 h储存稳定性达97.11%。
**3.6.2 打印后产品稳定性**：打印后热稳定性和冻融稳定性随NPGP浓度增加先升后稳，2.0%时水分离率最低，表明该浓度结构最稳定。

**总结讨论**：NPGP浓度是调控复合体系宏观形态、物理稳定性和流变行为的关键因素。当浓度≥1.0%时，体系出现自发凝胶化；2.0%时形成致密均一的凝胶网络，通过氢键、疏水作用和分子缠结强化油滴包裹，显著提升抗变形能力和结构恢复性。该体系在弱酸性（pH 4）和低离子强度（50 mmol/L）环境下稳定性最优，揭示了NPGP链构象与静电作用的平衡机制。流变学结果证实其具有典型剪切稀化、弹性主导及快速网络恢复特性，满足3D打印挤出和层层堆叠需求。3D打印测试中，2.0% NPGP体系兼具高打印精度和长期储存稳定性，且在打印后仍保持优异的热及冻融耐受性。**研究结论**：本研究调查了不同浓度NPGP稳定花生油体乳液的性能。结果表明，NPGP有效改善了花生油体乳液的稳定性，优化了油滴分散，并赋予复合体系良好的粘弹性和成型能力。2.0% NPGP复合体系表现出最佳综合物理性能。进一步的流变测试表明，该复合体系具有合适的屈服应力、典型的剪切稀化行为和良好的结构恢复能力，满足了3D打印的挤出性和形状保持性要求。由该复合体系制备的3D打印构建物实现了高打印精度和结构完整性，表明NPGP稳定的花生油体乳液作为可打印食品基质具有巨大的应用潜力。这项工作不仅拓宽了NPGP天然资源的利用，还为天然NPGP稳定花生油体乳液提供了一种新颖高效的策略，为3D打印食品材料的功能化开发提供了理论支持。