康普茶是一种传统的非酒精发酵茶饮料，起源于中国（Dufresne & Farnworth, 2000）。它是由细菌和酵母（SCOBY，细菌和酵母的共生菌群）通过共发酵产生的。SCOBY通常表现为漂浮在发酵液中的胶状生物膜，主要由醋酸菌分泌的细菌纤维素组成，为发酵系统提供结构支持并防止微生物污染（Jayabalan et al., 2014）。康普茶含有多种生物活性化合物，包括多酚、黄酮类、葡萄糖酸和醋酸，据报道具有多种健康益处，如降低胆固醇和血压（Phan-Van et al., 2024）、抗氧化和抗癌作用（Cardoso et al., 2020）、以及肝保护（Lee et al., 2019）、免疫调节（Wang et al., 2021）和胃肠道调节功能（Ecklu-Mensah et al., 2024）。这些特性使康普茶成为食品科学和功能性饮料研究的重要焦点。此外，由于强大的市场推广，西方国家的康普茶销量持续增长（Soares et al., 2023）。尽管如此，其生产仍主要以手工或小规模方式进行。工业界越来越多地投资于食品安全和生产标准化，以获得质量一致且理化性质稳定的饮料，进一步促进了工业化生产（Soares et al., 2021）。
传统的康普茶制作方法相对简单；然而，由于地区微生物群落结构和饮食习惯的不同（Mas et al., 2022），即使使用相同的底物，发酵性能、抗氧化能力和代谢物谱也可能存在差异（Malba?a et al., 2011）。康普茶发酵中的核心微生物菌群主要由醋酸菌（AAB）和酵母组成，某些系统中也可能存在乳酸菌（LAB）（Bishop et al., 2022）。传统上，通过将加糖的茶叶与上一批次的生物膜和部分发酵液一起接种来制备康普茶（Jayabalan et al., 2010）。这种方法依赖于自然共生菌群的自发生长和代谢活动。虽然整体微生物组成相对稳定，但在连续发酵过程中个别物种的相对丰度可能会发生变化（Oliveira et al., 2022），导致菌群失衡或代谢漂移。因此，微生物比例的波动会导致产品风味和生物活性化合物水平的变化，难以保持一致的质量（Wang et al., 2020）。此外，这一过程耗时较长，会消耗部分上一批次的产品，并且生物膜利用率低，阻碍了工艺标准化和大规模工业化生产（Laavanya et al., 2021）。因此，开发一种低成本、高效且可重复使用的发酵载体对于提高生产效率、增强副产物利用和促进工业化康普茶生产具有重要意义。
为了实现可控和可重复的康普茶发酵，研究人员尝试开发标准化的合成微生物启动剂。Wang等人（2020）构建了一个由Acetobacter pasteurianus、Gluconacetobacter xylinus和Zygosaccharomyces bailii组成的三元合成菌群，可以替代传统接种剂，从而在发酵过程中实现更大的控制性和一致性。Lima等人（2025）通过冻干和喷雾干燥技术进一步保持了这些菌群的活力和发酵活性，得到了易于储存和运输的稳定干燥菌株。然而，这类发酵启动剂仍存在某些局限性。尽管它们可以长期储存并在使用前重新水化，但每个发酵周期都需要重新激活，无法像原生纤维素生物膜那样连续使用。此外，冻干和喷雾干燥都是能耗较高的过程，增加了生产成本。因此，开发一种允许重复使用并能够精确控制康普茶微生物群落的空间分布的新型发酵载体至关重要。
近年来，水凝胶材料与3D生物打印技术的结合为微生物发酵载体的开发提供了新的方法。水凝胶是一类亲水性聚合物网络，可以提供类似细胞的微环境，促进营养物质和代谢产物的交换，从而支持微生物的生长和代谢（Paez et al., 2020; Teixeira et al., 2022）。同时，3D生物打印能够精确控制水凝胶的结构和微生物分布，构建具有明确三维结构的活性材料（Liu et al., 2025; Schaffner et al., 2017）。此外，3D生物打印允许多种微生物菌株或菌群的定向空间分布和协同作用，从而生产出提高发酵效率和可重复使用的定制发酵载体（Johnston, Yuan et al., 2020）。在食品相关系统中，研究表明3D打印水凝胶可以保持微生物活力，实现可控释放，并支持重复或连续发酵（Liu et al., 2023; Lopes et al., 2022）。
基于这一概念，本研究利用宏基因组分析来表征康普茶的微生物群落结构，分离出优势菌株，并构建了基于3D打印的水凝胶发酵载体。目的是阐明复杂微生物群落相互作用和空间组织对康普茶发酵性能的影响，并开发出一种高效、可重复使用的发酵载体，用于功能性饮料的生产。
