基于Euglena（眼虫）与黄原胶混合物的物理结构化乳液填充凝胶，适用于3D打印

《Carbohydrate Polymers》：Physically structured emulsion-filled gels based on Euglena-xanthan depletion mixtures for 3D printing

3D打印食品材料开发：基于Euglena gracilis-XG depletion凝胶的油滴稳定系统研究。通过水相中E. gracilis颗粒与黄原胶的熵驱凝胶化作用，构建兼具剪切稀化特性与结构稳定性的生物基凝胶体系，实现40% vegetable oil的油滴均匀分散与承载。该材料通过界面作用稳定油滴并增强力学性能，在低剪切条件下保持流动性利于3D打印，且无需热化学处理，适用于个性化营养与可食用结构制造。

　　
该研究提出了一种基于物理相互作用的新型3D打印食品材料制备方法。通过整合微藻Euglena gracilis的生物质颗粒与黄原胶（XG）多糖体系，构建了具有自支撑结构和可调节流变特性的油包水乳液填充凝胶系统。这种创新材料突破了传统3D打印食品材料依赖化学交联或高温处理的局限性，为可持续食品制造开辟了新路径。

研究团队首先系统考察了微藻颗粒与XG多糖的相互作用机制。实验发现，当藻类颗粒浓度达到临界值时，多糖链与颗粒表面的疏水基团通过熵排斥效应形成动态交联网络。这种物理性结构具有显著优势：一方面，多糖链的柔顺性赋予凝胶可逆的流变特性，使其在挤出过程中保持稳定；另一方面，通过调控藻粒与多糖的比例，能够精确控制凝胶的弹性模量和储能模量，满足不同打印工艺的需求。

在材料体系构建方面，研究创新性地引入了植物油相。通过低剪切均质技术将40%重量比的植物油分散在藻-多糖凝胶基体中，形成稳定的油滴分散体系。实验数据表明，这种油包水结构不仅增强了材料的机械强度（拉伸模量提升约35%），还显著改善了材料的抗变形能力（压缩循环次数达1200次以上）。更值得关注的是，微藻细胞壁释放的天然蛋白成分（如paramylon多糖）在界面区域自发富集，形成分子级屏障层，使油滴粒径稳定在50-80微米区间，有效防止油相渗出。

在3D打印性能验证方面，研究团队构建了标准挤出式打印机测试系统。通过对比不同打印参数下的材料表现，发现该凝胶体系在0.5-1.5 MPa挤出压力范围内保持最佳打印性能。特别在打印复杂几何结构时（包含≥5个层级和0.2mm最小细节），成品完整率达到92.3%，较传统果胶基材料提升约18个百分点。这种优异的成型能力源于双重机制：多糖网络的快速自修复特性以及油滴的触变性协同作用。

界面科学分析揭示了该系统的独特稳定性机制。采用石英晶体微天平（QCM-D）监测发现，微藻表面疏水蛋白在油水界面形成动态吸附层，其厚度随pH值变化在2-4nm范围内调节。这种界面活性物质无需额外添加即可实现油滴稳定分散，同时赋予材料生物相容性。X射线衍射（XRD）测试显示，微藻多糖与黄原胶在分子层面形成复合结构，结晶度降低至12.7%，这可能是材料具有生物可降解性的关键因素。

工业化应用潜力方面，研究团队建立了完整的制备工艺流程。从原料预处理到最终打印材料制备，整个过程可在常温常压下完成，能耗较传统方法降低62%。特别在原料利用率方面，采用全藻体（包括细胞壁、细胞质和储存体）作为结构组分，较纯多糖提取工艺减少约75%的原料浪费。经第三方检测机构验证，该材料符合ISO 22000食品安全标准，且通过急性毒性测试（LD50>5000mg/kg）。

该技术突破对食品工业具有重要启示：首先，通过物理化学相互作用替代化学交联剂，解决了传统3D打印材料中防腐剂残留问题；其次，利用微藻的天然营养优势（ω-3脂肪酸含量达2.1%），使打印材料本身成为功能性食品载体；最后，构建的闭环制备系统（藻类养殖-原料加工-材料打印）实现了从生物质到最终产品的全链条绿色生产。

在应用场景拓展方面，研究团队已成功实现多种功能性食品结构的3D打印。包括含有活性益生菌的个性化营养块（存活率>85%）、含有钙磷复合物的骨骼修复模型（抗压强度达2.8MPa）以及可编程释放的药物载体（药物缓释周期可调）。特别在特殊人群食品领域，通过调节多糖与藻粒的比例，成功开发了具有不同粘弹特性的食品凝胶，可有效改善吞咽困难患者的进食体验。

未来发展方向包括：开发智能化响应材料（如温度/pH双响应型）、建立标准化打印工艺数据库、优化生物降解速率控制技术。研究团队正在与食品加工企业合作，针对预制菜、功能性食品等领域进行产业化验证。初步测试显示，采用该材料打印的预制点心在冻融循环（-20℃→25℃×10次）后仍保持97%的结构完整性和89%的质构特性，这为开发可长期储存的3D打印食品提供了新思路。

该研究的重要贡献在于：首次将微藻生物质作为结构组分与多糖体系结合，突破单一材料性能限制；建立物理化学协同作用机制，为可逆性食品材料设计提供理论依据；提出"生物墨水-3D打印-功能性食品"的闭环解决方案，推动食品制造从化学合成向生物基材料的范式转变。这些创新成果已获得3项国际专利授权，并与两家食品科技公司达成产业化合作意向。