《Journal of Food Engineering》：Tailoring the rheology, structural stability and printability of pea protein–κ-carrageenan hydrogels with
Tremella fuciformis polysaccharide for 3D food printing
编辑推荐：
•配制了一种新型的豌豆蛋白 - 卡拉胶 - 银耳多糖（TFP）水凝胶墨水。•TFP 的掺入对所开发水凝胶的结构和流变学特性有显著影响。•含 TFP 的复合水凝胶墨水显示出 3D 打印性能的改善。•通过分子对接模拟阐明了结合相互作用机制•本研究将为 3D 食品打印应用的多组分墨
- •
配制了一种新型的豌豆蛋白 - 卡拉胶 - 银耳多糖（TFP）水凝胶墨水。
- •
TFP 的掺入对所开发水凝胶的结构和流变学特性有显著影响。
- •
含 TFP 的复合水凝胶墨水显示出 3D 打印性能的改善。
- •
通过分子对接模拟阐明了结合相互作用机制
- •
本研究将为 3D 食品打印应用的多组分墨水开发做出贡献。
引言
对可持续、营养和个性化食品的需求不断增长，加速了对能够生产具有定制成分、流变学和几何形状产品的新型加工技术的兴趣。基于挤压的 3D 食品打印是最有前景的方法之一，因为它允许逐层制造具有复杂结构、定制形状和控制营养特性的食品（Guo et al., 2022）。该技术在为儿童、老年人、吞咽困难人群和需要个性化营养的消费者设计的食品中具有潜在应用（Agunbiade et al., 2022）。基于挤压的 3D 食品打印所用材料的可打印性强烈依赖于它们的流变学和结构行为。合适的可食用墨水必须在剪切力下流过喷嘴，挤出后迅速恢复，并具有足够的机械强度以在逐层制造过程中保持沉积形状。因此，可打印性通常通过可挤出性、尺寸精度、形状稳定性以及打印结构在沉积后抵抗坍塌的能力进行评估（Ahmadi Soufivand et al., 2023）。
基于植物蛋白的可食用墨水引起了越来越多的关注，因为它们可以支持可持续、营养和定制食品产品的开发。在植物蛋白中，豌豆蛋白分离物已成为大豆蛋白的重要替代品，因为它具有营养价值、无麸质、通常具有较低的过敏原潜力、通常非转基因，并具有有用的技术功能特性，如结合水、乳化、起泡和凝胶化。然而，直接将豌豆蛋白分离物用作 3D 打印墨水仍具有挑战性（Mulalapele and Xi, 2021）。豌豆蛋白分离物（PPI）凝胶通常比大豆蛋白凝胶更弱且弹性较低，其凝胶化行为强烈受蛋白浓度、pH 值、离子强度和加热条件的影响（Goldstein and Reifen, 2022; Lam et al., 2018; Wang et al., 2023）。因此，基于 PPI 的配方通常需要结构增强以获得粘度、弹性和打印后稳定性，这些对于挤压 3D 打印至关重要（Lin et al., 2024）。因此，经常在基于蛋白的墨水中添加多糖以改善粘度、凝胶强度、持水能力和形状保真度。κ-卡拉胶（κC）是一种特别相关的硫酸化阴离子多糖，广泛用于食品系统中作为胶凝、增稠和稳定剂（Lu et al., 2023）。尽管如此，PPI-κ-卡拉胶系统可能仍需要进一步的配方调整以达到 3D 打印所需的平衡：挤出时的低流动阻力，随后在沉积后迅速恢复内聚、弹性结构（Dom?alska and Jakubczyk, 2025）。
银耳多糖（TFP）是一种源自食用蘑菇的生物活性、水溶性多糖，因其理化、流变学和生物学功能而被广泛研究（Wang et al., 2021）。TFP 可以贡献粘度、保水性和网络形成能力，将其掺入 PPI-κC 系统可能是改善可食用墨水性能的有用策略，特别是在挤出行为、凝胶恢复和打印后结构稳定性方面（Chen, 2010; Cho et al., 2007; Wen et al., 2016; Zhang et al., 2014; Zhou et al., 2018）。最近研究了含 TFP 的蛋白凝胶和乳液（Tian et al., 2023; Zhao et al., 2024），但据我们所知，其作为 PPI-κC 水凝胶中功能性共结构剂在基于挤压的 3D 食品打印中的作用尚未被充分了解。
因此，本研究旨在调查 TFP 是否能改善 PPI-κC 复合水凝胶的可打印性和理化特性。开发 TFP 与 PPI-κC 的新型组合以产生协同水凝胶系统，与传统水凝胶系统相比，提供增强的结构稳定性和潜在的打印适用性。本工作旨在确定提供挤出流动性和打印后结构完整性之间平衡的最佳 TFP 浓度。研究结果预计将支持为未来个性化和功能 3D 打印食品开发可持续、新型可食用食品墨水。
章节摘要
材料
银耳多糖（TFP；纯度 >90%；CAS: 9075-53-0）购自山东科源生化有限公司 Macklin。豌豆蛋白分离物（PPI；蛋白含量 >80%, w/w）和 κ-卡拉胶购自上海源叶生物科技有限公司（中国上海）。溴化钾（KBr；光谱纯）用于傅里叶变换红外光谱样品制备。在流变测量期间使用硅油以最小化...的水分蒸发
水凝胶制备与 3D 可打印性
作为可食用墨水的 PPI-κC 复合水凝胶，补充了不同浓度的 TFP（表 1），通过混合、加热和凝胶化制备。图 1A 展示了用于 3D 食品打印的水凝胶制备过程和网络形成的示意图。制备了五种配方，PPI 浓度固定为 10%，κC 浓度固定为 1.5%，而 TFP 浓度在 0 到 2% 之间变化。不含 TFP 的对照水凝胶（PC-C）可以被挤出，
结论
本研究证明，TFP 可以有效地改善用于基于挤压的 3D 食品打印的 PPI-κC 复合水凝胶的可打印性和理化特性。TFP 的掺入通过 PPI、κC 和 TFP 之间的非共价相互作用（主要是氢键和静电相互作用）增强了剪切变稀行为、粘弹性强度、机械性能、热稳定性和网络组织。在测试的配方中，含 1% TFP 的水凝胶显示
CRediT 作者贡献声明
Hafiz Abdul Rasheed: 写作 – 初稿，软件，方法论，调查，数据整理，概念化。Ming Cai: 监督，项目管理，资金获取。Ahsan Hafiz Muhammad: 写作 – 审查与编辑。Muhammad Waheed Iqbal: 写作 – 审查与编辑。Tabussam Tufail: 可视化，方法论。Abdur Rehman: 软件，数据整理。Lei Wu: 写作 – 审查与编辑
未引用参考文献
Li et al., 2025; Rehman et al., 2025; Wang et al., 2021; Zhao et al., 2024.
利益冲突声明
? 作者声明他们没有任何已知的可能影响本论文中报告工作的竞争财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国浙江省自然科学基金（LLSSZ25C200002）；浙江省重大农业技术协作推广计划项目（2025ZDXT10-4）的支持。
Hafiz Abdul Rasheed|Lei Wu|Abdur Rehman|Tabussam Tufail|Muhammad Waheed Iqbal|Ahsan Hafiz Muhammad|Ming Cai
