《Food Bioscience》：Inulin-flaxseed protein nanoemulsion-based synbiotic bio-ink: effects of nanoemulsion and probiotics on 3D printability
编辑推荐：
3D食品打印中益生菌负载纳米乳液的流变特性及功能验证，通过油相浓度调控实现粒径梯度分布（286.50-754.42 nm），发现最优配方（EM20-I4）粘度达3637.30 mPa·s，表面张力降低显著，且含益生菌的3D墨水兼具打印精度与质构改良优势，验证了菊粉-亚麻籽蛋白协同稳定体系对益生菌存活及印刷性能的协同作用。
安杰丽娜·桑达辛格（Anjelina Sundarsingh）| 张敏（Min Zhang）| 李春丽（Chunli Li）| 郭志梅（Zhimei Guo）
江南大学食品科学与技术学院食品科学与资源国家重点实验室，中国无锡14122
摘要：
本研究评估了一种含有益生菌的纳米乳液复合物，该复合物以菊粉为原料，并用亚麻籽蛋白（FSP）进行稳定处理，旨在作为3D食品打印的功能性墨水。随着油含量的增加，该纳米乳液的粘度和表面张力也随之提高。与对照组（758.51 ± 1.28 nm）相比，添加油和菊粉后，纳米乳液中的滴粒尺寸从286.50 ± 34.18 nm（EM5-I2）增加到了754.42 ± 37.42 nm（EM20-I4）。观察到的最高粘度为3637.30 ± 39.70 mPa·s（EM20-I4）。纳米乳液复合物的表面张力也表现出类似的趋势。由这种纳米乳液制成的3D墨水表现出良好的假塑性行为，并且流动点应力显著降低，证实了其适用于挤出工艺。添加益生菌显著提高了打印质量和口感。质地分析显示，随着油和益生元基质的浓度增加，硬度、粘附性、咀嚼性和胶凝性均有所下降。结构研究表明，较高的菊粉含量导致松弛时间（LF-NMR）缩短，且菊粉与亚麻籽蛋白之间的相互作用是非共价的（FTIR）。微观结构分析表明，3D墨水表面光滑，这可能受到乳液中的油和副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）的影响。3D打印样品的pH值和活菌计数呈现平行趋势，表明菊粉和副干酪乳杆菌具有协同作用。这些发现验证了这类功能性纳米乳液复合物在开发具有改进特性的定制3D打印食品方面的潜力。这一概念值得进一步探索，以结合益生菌来创造功能性食品。
引言
三维（3D）食品打印技术，正式名称为增材制造（Additive Manufacturing）或分层食品制造（Layered Food Manufacturing），是一种数字化控制的机器人制造方法。该技术通过逐层沉积可食用原料，能够构建复杂的三维食品几何形状（Sun等人，2018年）。这一概念最初借鉴自工业和制造业设计，在食品行业和研究中受到广泛关注，因为它能够改变定制化和个性化食品生产和设计的理念（Dankar等人，2018年）。该技术因能够快速准确地制作原型而受到学术界和工业界的极大关注。它能够有效地将各种营养成分整合到定制化的基质中（Sundarsingh等人，2023年），调整质地以满足特定需求（M. Feng等人，2025年；Shen等人，2025年），并将食品废弃物转化为创新的、可食用的结构（Saha等人，2025年）。
纳米乳液是一种滴粒尺寸约为100纳米的乳液，通常由油、水和乳化剂组成。它们能够提高食品的生物利用度、控制释放、改变质地和味道、改善溶解度、延长保质期、改变颗粒大小，甚至掩盖不愉快的味道或气味，因此备受青睐（Nile等人，2020年；H. Singh，2023年）。通过将纳米乳液加入3D墨水中，可以改善质地、感官属性和营养价值，同时实现复杂形状的打印，从而提高打印精度（González等人，2018年）。
纳米乳液通常用作打印墨水中的食品基质或添加剂。它们与其他食品成分的相互作用增强了其机械强度和流变性能，从而实现了最佳的打印性能，表现为可挤出性、稳定性和精度（Guo等人，2025年）。蛋白质-多糖纳米乳液系统在食品加工中常用。菊粉是一种果聚糖，常作为益生元纤维，有助于促进益生菌的生长。此外，它还通过交联结构提供空间位阻和静电稳定作用，有助于减少油滴在多糖中的布朗运动（Manzoor等人，2023年；Zhang等人，2020年）。为了稳定系统，通常会添加蛋白质乳化剂，如大豆蛋白、乳清蛋白或亚麻籽蛋白。亚麻籽蛋白（FSP）含有约34.3%的必需氨基酸，因此可以作为功能性食品中的优质蛋白质来源。其优异的乳化性能和高持油能力使其成为油-水-多糖-蛋白质纳米乳液的理想候选材料（Y. Chen等人，2023年）。
根据粮农组织（FAO）的定义，“益生菌如副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）是在适量摄入时对宿主健康有益的活性微生物，并提供基本的营养价值”（FAO & WHO，2001年）。然而，它们在生产和储存过程中非常脆弱，且在到达作用部位之前往往难以存活（X. Chen等人，2024年；Parhi等人，2024年）。为了解决这个问题，人们经常将益生元与益生菌结合使用，统称为合生元，以增强特定益生菌的生长和/或活性。菊粉是一种低聚果糖（FOS），可作为益生元基质，有助于降低血糖和胆固醇水平，帮助控制体重，并缓解便秘和抑郁症状（Kei等人，2024年）。此外，先前的研究发现，菊粉与副干酪乳杆菌的组合非常有效，因为它可以在pH值高于4.5的环境中生长，并具有多种健康益处，包括抗菌、抗突变、抗癌和抗氧化作用，以及刺激免疫系统（Mahboubi & Kazempour，2016年；Pimentel等人，2013年）。
3D食品打印研究目前正处于高峰期，许多研究项目正在探索其在各个领域的应用优势。其定制化优势为开发针对特殊人群（如糖尿病患者、吞咽困难者、儿童/幼儿、孕妇和乳糜泻患者）的食品提供了良好机会，同时也促进了功能性食品的研发（Niu等人，2025年；Qiu等人，2024年；Teng等人，2022年）。本研究旨在将益生元菊粉与益生菌结合，开发一种功能性3D可打印纳米乳液系统，从而全面探讨菊粉与副干酪乳杆菌之间的协同作用及其益处。最初，我们配制了一种蛋白质-多糖纳米乳液作为食品墨水，然后加入益生菌和亚麻籽蛋白以制备3D墨水。本研究的目标是利用纳米乳液提高墨水的打印性能，并监测微生物种群随时间的变化。
材料
亚麻籽蛋白（纯度80%）和菊粉购自西安华兴生物技术有限公司。葵花籽油从当地市场购买，用于油相。副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei，活性菌含量>11 log CFU/g）购自镇江天意生物技术有限公司。DeMan-Rogosa-Sharpe（MRS）琼脂和Rose Bengal琼脂（RBA）分别购自青岛Hope生物技术有限公司和北京Solarbio科技有限公司。
菊粉-亚麻籽蛋白纳米乳液的制备
为了制备菊粉-亚麻籽蛋白纳米乳液...
纳米乳液的颗粒/滴粒尺寸和多分散性（PDI）
表1显示了菊粉-亚麻籽蛋白纳米乳液的平均滴粒直径（Dd）和多分散性。数据表明，随着葵花籽油浓度的增加，滴粒直径也随之增大。不含葵花籽油的样品EM0的滴粒直径为758.51 ± 1.28 nm，显示出最大的颗粒尺寸。由于对照组不含油相，这里的直径指的是菊粉-亚麻籽蛋白聚集体。
结论
本研究重点关注了菊粉-亚麻籽蛋白纳米乳液的制备及其在食品打印中的应用。由该纳米乳液制成的3D墨水中加入了冻干副干酪乳杆菌（L. paracasei），以研究其对3D打印的协同效应。结果表明，纳米乳液的油相浓度、蛋白质-多糖类型和浓度以及益生菌等因素显著影响了流变性能，从而促进了3D打印。
CRediT作者贡献声明
安杰丽娜·桑达辛格（Anjelina Sundarsingh）：撰写初稿、方法论设计、数据分析。
张敏（Min Zhang）：撰写、审稿与编辑、资源协调、方法论设计、实验研究。
李春丽（Chunli Li）：撰写、审稿与编辑、资源协调、实验研究。
郭志梅（Zhimei Guo）：撰写、审稿与编辑、资源协调、实验研究。
未引用的参考文献
FAO & WHO, 2001; Liu et al., 2023; Chen et al., 2025; Xie et al., 2025.
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（合同编号：2023YFF1104205）、国家自然科学基金（编号：W2511020）以及中央高校基本科研业务费（编号：JUSRP202416005）的财政支持，这些支持使我们能够完成这项研究。
