近年来，食品科技的快速发展和消费者对健康、可持续食品的需求增长，使植物基食品成为研究热点。其中，植物基食品乳液凝胶作为一种关键食品材料，可以完全由植物源脂质、蛋白质、多糖和/或其他成分配制而成，以形成属于软物质类别的复杂流体，在食品相关领域（尤其是食品3D打印领域）展现出广阔的应用前景。
近日，
东北林业大学
白龙教授
团队
在《
Annual Review of Food Science and Technology
》期刊上发表了题为“Recent Advances in Plant-Based Edible Emulsion Gels for 3D-Printed Foods”的前沿综述（DOI：10.1146/annurev-food-111523-121736）。文章遵循图1中的结构，围绕植物基食品乳液凝胶的3D打印这一主题，
简要介绍了可用的3D打印技术的类型，概述了可食用油墨所需的特性，并总结强调了用于3D食品打印的植物基可食用乳液凝胶的最新进展。
图1 本文的结构，包括3D打印技术的简单介绍，植物基乳液凝胶的配方和特性介绍，并讨论了使用此类墨水进行3D食品打印的潜在应用
文章开篇简单介绍了3D打印这一多功能技术及其应用领域，如航空航天、汽车、建筑、生物医学和食品等。文章基于基本原理对实现3D打印的不同方法进行了分类（表1），其中所提及的几种方法可用于3D食品打印应用，但最广泛使用的方法是材料挤出，这是本文的重点。
随后文章对可食用油墨应用于3D打印所需特性进行了讨论。首先，当施加足够强的机械力时，油墨应通过打印机喷嘴挤出。因此，可食用油墨通常应表现出剪切稀化和塑性特性。其次，油墨在挤出后应迅速凝固在打印平台上，以保持其形状。这可以通过不同的方式实现，一些油墨在流过喷嘴后快速恢复其固体状特性，而其他油墨可以通过促进交联在印刷平台上快速经历液体到固体的转变，例如改变温度或加入胶凝剂。另外，可以通过调整用于配制墨水的材料类型和加工操作来调控食用墨水的打印性能。为确保良好的可打印性，在剪切速率为0.1 s
−1
时测量的食用墨水的粘度通常应在102-106 mPa/s。食用墨水的流变特性通常通过压缩或剪切测试方法表征。对于压缩和剪切测试，当食用墨水在两个平行板之间被压缩或剪切时，测量应力与应变曲线如图2a所示。在剪切测试时，食用墨水的流变特性通常通过测量其储能模量（G’）和损耗模量（G’’）与施加的应力或应变的关系来表征（图2b）。
表1 不同3D打印技术的总结
图2 （a）食用墨水压缩和剪切试验示意图及其剪切稀化行为；（b）食用墨水的储能模量（G’）和损耗模量（G’’）与剪切过程中施加的应力或应变的关系。曲线的交点表示墨水的屈服应力
进一步的，文章探讨了植物基乳液凝胶的三种制备方法（图3a），包括连续相凝胶化、促进液滴聚集和
促进液滴紧密堆积。首先，连续相凝胶化主要是通过向O/W乳液的水相中添加胶凝蛋白或多糖来实现，而对于W/O乳液，通常通过向油相中添加油凝胶剂来实现（图3b）。这种类型的乳液凝胶的流变学性质主要取决于连续相中胶凝剂的类型、量和相互作用。其次，乳液凝胶可以通过改变溶液或环境条件来形成，其方式可以促进液滴聚集，从而形成颗粒网络（图3c）。这种类型的乳液凝胶的流变学性质取决于液滴浓度、大小、相互作用强度和空间结构。最后，促进液滴紧密堆积制备乳液凝胶是通过将分散相体积分数增加到临界水平以上来形成，在临界水平下液滴变得紧密堆积（堵塞）以致于它们不能轻易移动。此类乳液凝胶的流变学性质主要由液滴浓度、大小、分散性和相互作用决定。
根据不同的乳液凝胶基质，乳液凝胶可分为蛋白质基、多糖基和复合稳定剂基乳液凝胶。制备植物基食用乳液凝胶需要油相、乳化剂且可能用到胶凝剂，所有这些组分都能够从植物中获取，可以使用多种植物基成分来达到所需要求。文章总结了一部分可作为3D食品打印食用墨水的典型植物基乳液凝胶（表2）。
图3 （a）植物基乳液凝胶3D打印示意图和构建植物基乳液凝胶的三种主要方法，包括（b）凝胶化连续相、（c）促进液滴聚集和（d）促进液滴紧密堆积
表2 来源于全植物基组分的可食用乳液凝胶油墨的实例
最后文章提到，尽管植物基食品乳液凝胶潜力巨大，但使用这些可食用墨水制作的3D打印食品在外观、质地、风味和营养成分方面仍有相当大的改进空间。此外，还需要解决这些食品在打印过程中被微生物或化学毒素污染的安全问题，许多3D打印食品的保质期也需要延长。而且目前3D食品打印的成本相对较高，生产效率相对较低，限制了其大规模商业应用的发展。未来需要开展更多研究来更充分地了解影响植物基乳液凝胶作为食用墨水的形成和性能的因素，应研究更广泛的植物基成分，了解它们形成具有不同特性的乳液凝胶的能力。此外，需要更好地了解这些食用墨水在3D打印过程中的行为，尤其是在挤出、凝固和储存过程中的行为，来更好的创造出具有感官和营养属性的食品，且这些食品可以为特定消费者量身定制。未来，食品乳液凝胶有望在更多领域取得突破，如个性化医疗食品、功能性食品载体等。随着新型生物材料和智能制造技术的发展，食品乳液凝胶将在更广泛的应用场景中发挥作用，为人类健康和食品工业的可持续发展贡献力量。白龙教授及其团队的研究成果不仅推动了食品乳液凝胶科学的进步，为未来食品工业的创新提供了坚实基础，也让我们对未来食品科技的发展充满期待。
本文第一作者为东北林业大学材料学院
刘熙玥博士
，共同通讯作者为东北林业大学
宦思琪教授
和美国马萨诸塞大学
David Julian McClements教授
。该工作是
白龙教授
生前在生物质胶体领域的贡献，为绿色食品研发和创新提供重要的理论依据和经验路径。
