通过调节pH值来控制芝麻油颗粒的界面厚度和粗糙度，用于3D打印的吞咽障碍辅助食品：质地、流变学特性及口腔摩擦学研究

《Food Research International》：Interfacial thickness and roughness of sesame oil bodies by pH regulation for 3D printed dysphagia foods: Texture, rheology, and oral tribology

芝麻油体界面膜pH调控机制及其在3D打印吞咽安全食品中的应用研究。pH显著改变界面蛋白二级结构和分子间作用力，调控膜厚度（pH6.0最适）和表面粗糙度，使流变学K值达82.87 Pa·s?，3D打印准确率97.00%，满足IDDSI4级吞咽标准，为个性化 dysphagia 食品设计提供理论依据。

　　

杨亚楠|杨瑞志|方媛|侯汉雪|赵璐萍

山东省粮食加工工程技术中心，山东省食品加工技术与质量控制重点实验室，山东农业大学食品科学与工程学院，中国山东省泰安市大宋路61号，271018

摘要

对于吞咽困难的人来说，食物的口腔处理能力和易于吞咽的特性至关重要。本研究旨在探讨pH值如何调节芝麻油体（SOBs）界面膜的厚度和粗糙度，以及这种调节对其物理化学性质、流变行为、质地特性、3D打印性能和在吞咽困难食品中的应用效果的影响。实验中将SOBs置于四种不同的pH值（5.5、6.0、6.5和7.0）下，并进行了系统的表征分析。结果表明，pH值显著改变了SOB界面蛋白的组成，影响了界面蛋白的二级结构（α-螺旋和β-折叠含量）以及分子间作用力（静电相互作用和氢键），从而调节了界面膜的厚度。在所有组别中，pH值为6.0的SOB表现出最佳的界面膜厚度，这使其具有最高的黏度系数（K=82.87±2.45 Pa·s?）、优异的3D打印精度（97.00±0.42%）和稳定性（99.00±0.47%），并且其质地特性符合国际吞咽困难饮食标准化倡议（IDDSI）4级标准。此外，pH值的变化还影响了界面粗糙度，进而影响了口腔摩擦力。适当的口腔摩擦力对吞咽困难者进食有益。本研究为通过调节界面性质来合理设计针对吞咽困难患者的3D打印定制食品提供了理论基础。

引言

吞咽困难是一种常见的临床症状，表现为吞咽困难，影响着全球数百万人，尤其是老年人和神经系统疾病患者（Ren等人，2024年）。这些患者由于无法有效将食物从口腔输送到胃部，面临严重的营养不良风险。为了应对这些风险，为吞咽困难者设计的食品必须满足严格的标准：具有便于安全吞咽的定制质地、适当的润滑性以减少口腔摩擦力，并符合国际吞咽困难饮食标准化倡议（IDDSI）的指导原则，同时保持营养密度和感官可接受性（Dong等人，2025年）。因此，开发更安全的吞咽困难患者专用食品对于提高患者的生活质量和降低医疗成本至关重要。3D打印技术能够精确控制食品的结构和质地特性，使其成为制造个性化吞咽困难食品的有前景的工具（Kou等人，2026年）。

在长期饮食管理中，增稠液体的消费量明显高于结构化固体食品，尤其是在吞咽困难严重的患者中（Dong等人，2025年）。然而，当食物在口腔内移动时，会经历剪切变形和摩擦运动。材料的可打印性很大程度上受其质地和流变特性的影响（Yang、Cheng等人，2025年）。合适的食品材料是解决吞咽困难问题的关键。近年来，人们发现乳化凝胶作为一种胶体系统，在增稠液体的消费中得到了广泛应用。其性能在很大程度上取决于界面膜的属性（厚度、致密性），这些属性直接影响系统的稳定性、流变特性和结构特性（Liu、Chen等人，2024年）。Li和Han等人（2024年）通过用木瓜蛋白酶处理油体来改善其口腔润滑性，从而降解了油体的界面部分。界面膜的厚度和粗糙度通过影响水分亲和力和界面行为来调节口腔摩擦行为（Li、Wang等人，2024年）。Tao等人（2025年）提出，界面膜对液滴大小的灵活调节表明界面结构对摩擦学具有阈值效应。即使是微小的界面修饰，如pH值引起的蛋白质构象变化，也可能导致乳化凝胶的功能显著变化，从而影响其可打印性和吞咽安全性（Zhu等人，2025年）。

芝麻籽具有很高的营养价值，富含不饱和脂肪酸，并含有多种生物活性化合物，如木脂素、植物甾醇和生育酚（Villa等人，2025年）。芝麻油体（SOBs）是从芝麻籽中提取的天然脂质-蛋白质复合物，由三酰甘油核心和由蛋白质及磷脂组成的膜构成（Di等人，2025年）。提取出的OB呈现为半固态乳化凝胶（Nikiforidis & Scholten，2015年）。OB是一种可以直接进行3D打印的良好材料（Yang、Deng等人，2025年）。SOB的界面膜决定了其物理和化学稳定性，pH值的变化会引起界面蛋白的构象转变和重新分布，从而改变颗粒大小、ζ电位和表面粗糙度（Yang、Cheng等人，2025年）。鉴于流变性和界面特性对3D打印性能和口腔摩擦学的重要性，SOBs在吞咽困难食品开发方面具有巨大的潜力。尽管如此，现有的关于SOB的研究仅限于提取优化和基本稳定性评估（Chen等人，2021年）。然而，pH值如何调节界面膜厚度及其对SOB 3D打印性能和适口性的连锁影响仍不清楚。

本研究旨在探讨pH值（范围为5.5至7.0）对SOBs界面特性的影响，包括颗粒大小、ζ电位、界面蛋白的组成和结构、界面厚度和表面粗糙度。此外，我们还分析了这些界面特性与SOBs宏观特性（流变行为、3D打印性能和口腔摩擦学）之间的相关性，并评估了其质地是否符合IDDSI吞咽困难食品指南的要求。研究结果有望为SOB在3D打印吞咽困难食品中的应用提供技术支持，并为通过界面调节设计3D打印吞咽困难食品提供新的见解。

材料与试剂

芝麻籽由山东仕丽香芝麻制品有限公司提供。本研究中使用的所有试剂均为分析级，购自天津凯通化学试剂有限公司。

芝麻浆的制备

称量适量的芝麻籽，与新鲜去离子水混合（芝麻籽/去离子水=1/7，w/w）。使用JYL-C16D/C16V搅拌机（Joyoung有限公司，中国）以22,000 rpm的速度将芝麻籽与一半的去离子水混合2分钟。

颗粒大小和ζ电位

pH值处理对SOB的基本成分含量产生了影响，如图1A、B和C所示。随着pH值的增加，SOB中界面蛋白的含量减少。如图1E-G所示，pH值显著影响了SOB的颗粒大小和ζ电位。在5.5至7.0的pH范围内，SOB的颗粒大小先减小后增大。具体而言，SOB-6.0的颗粒大小最小。

结论

本研究系统地探讨了pH值（5.5、6.0、6.5、7.0）对芝麻油体（SOBs）界面特性、流变行为、3D打印性能、口腔摩擦学和质地适宜性的影响。研究表明，pH值通过改变界面蛋白的二级结构和分子间作用力来调节SOB乳化凝胶的界面膜厚度，进而影响其流变、质地和3D打印性能。

作者贡献声明

杨亚楠：撰写——初稿、可视化、方法学、数据分析、数据管理。杨瑞志：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、数据分析。方媛：方法学。侯汉雪：资源支持。赵璐萍：撰写——审阅与编辑、验证、项目监督、资金获取、概念构思。

未引用参考文献

Chen和Ono，2010 Shi、Xu、Geng、Chen和Meng，2023 Wang等人，2024

利益冲突声明

作者声明没有可能影响本文工作的已知经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国山东省重点研发计划（2023TZXD009）的财政支持。