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Introduction
肉类产品因其独特风味、口感与营养价值，已成为人类饮食不可或缺的组成部分，深受消费者青睐。然而，动物性食品生产过程中产生的温室气体排放量高，对地球可持续与环保发展构成严峻挑战。此外，过度摄入动物肉制品存在微生物致病风险，长期食用红肉或加工肉类还会增加心血管疾病与糖尿病患病风险。植物基肉作为动物肉类的理想替代品日益受到认可，其不仅能提供相近的蛋白质含量，更避免了激素、兽药残留等有害物质对健康的影响。然而，挤压纺丝等传统植物肉生产工艺仍存在明显局限——既难以精准复刻动物肉的细腻口感，也无法实现定制化营养产品的精准制造。
食品3D打印作为一项融合增材制造与食品加工的前沿技术，正突破传统工艺的局限。该技术不仅能根据消费者偏好精准构建外观模型，更能在墨水配方设计阶段实现营养成分的个性化定制。本研究旨在突破现有蛋白凝胶墨水体系，开发兼具高营养价值和定制化功能的新型植物肉产品，以此开拓区别于传统植物基肉类的潜在市场。为进一步提升3D打印植物基肉类的市场吸引力与营养价值，有必要选择功能性成分作为墨水原料，为特殊营养需求人群定制专属食品。
人口老龄化已成为当今重大社会课题，将小麦寡肽（WP）和葡萄籽提取物（GSE）作为墨水成分进行添加，有望开发出兼具视觉真实性与抗氧化功能的植物基肉类产品，为老年群体抵抗衰老、促进健康老龄化提供创新膳食解决方案。
本研究的目标是利用3D打印技术开发一种植物基肉类的模拟物，将WP和GSE作为功能性成分。纹理大豆蛋白（TSP）、大豆分离蛋白（SPI）、豌豆蛋白（PP）和黄原胶（XG）被选为墨水的主体成分。本实验研究了添加功能性成分对植物基肉类模拟物的流变特性、纹理特性、水分分布、内部结构和风味的影响。
Results
流变特性
实验样品配方如表1所示。
表1不同3D打印墨水的配方
图1A显示了5 种墨水配方中G′的变化，所有配方均表现出随着扫描频率的增加而上升的趋势。值得注意的是，TSP+Fc组的G′显著高于TSP组。此外，含有Fc的4 组样品的G′均高于仅含有TSP的样品。在这些配方中，PP+Fc、TSP+Fc和SPI+Fc的G′相似，TSP+Fc和TSP+GG的G′相似。
图1 不同墨水的主要流变特性
图1B显示了5 种墨水配方中G′′的变化，与G′的变化一致，并且随着扫描频率的增加呈现上升趋势。TSP+Fc组的G′′明显高于TSP组，TSP+FC组的G′′低于TSP+GG组；此外，SPI+Fc组的G′'低于TSP+Fc和PP+Fc组。
如图1C所示，这5 组墨水的损耗角（tanδ）均小于1，TSP组的tanδ低于TSP+Fc组。图1D显示所有墨水的黏度均下降，这表明了假塑性行为，即墨水在剪切作用下变稀。
3D打印性能分析
表2显示了用于评估的产品前部、中部、顶部和底部的选取情况。在底部，TSP组显示了最佳的打印质量，而其他4 个组则显示打印不完全。TSP组和TSP+Fc组的打印结果相似，但TSP+Fc组顶部有少量材料缺失。在PP+Fc组中，几乎不存在墨水拖尾现象；在印刷质量方面，SPI和PP优于TSP。
表2 不同墨水的印刷性能
质地特性
硬度、弹性、咀嚼感和内聚性被用来评估墨水的质地属性（表3）。
表3 不同墨水的纹理性质
由表3可知，与TSP相比，TSP+Fc组表现出更高的硬度、弹性和内聚性。与TSP+Fc组相比，TSP+GG组具有更高的硬度、更低的内聚性、弹性和咀嚼性。
LF-NMR弛豫特性
5 种墨水的水横向弛豫时间的差异如图2A所示。表4显示了具体的横向弛豫时间（T2）以及相应的相对峰面积百分比。5 种墨水的T2显示出了两个峰（T2b和T22）；TSP+Fc的T22和T2b水平低于TSP。PP和SPI的S22值较低，而S2b高于TSP+Fc。
图2不同墨水T2的水分状态分布（a）和不同墨水样品的FTIR光谱（b）
表4 T2和不同墨水的峰面积比例
微观结构
图3显示了5 种墨水的微观结构。TSP+Fc形成的团簇比TSP更多。与TSP相比，TSP+Fc在每个团簇表面显示出较少的边缘裂纹；与TSP+Fc相比，PP和SPI显示出的团簇结构更为柔和、致密且坚实，内部紧密相连。TSP+GG则出现较大团簇，表面有多层裂缝。
图3 不同墨水样品的微观结构
电子鼻分析
图4A显示了每个样品上14 个电子鼻传感器的数据。TSP在S13、S12、S11、S8、S7、S2和S1传感器上的最高值表明对应香气成分的挥发度最高，Fc的添加可能防止这种挥发度。5 种墨水在S9上的值变化最大。如图4B所示，PC1和PC2解释了总方差的93.1%，这表明PCA分析很好地代表了墨水的口味特征。与TSP和TSP+Fc相比，这2 个组之间的PCA重叠区域较小，这表明添加Fc显著改善了TSP组的整体风味；然而，包含Fc的4 组之间存在显著重叠。
图4 不同墨水样本的电子鼻检测结果
Conclusion
本研究成功使用植物蛋白和功能成分（ WP和GSE）3D打印植物基肉类仿制品。这些成分可能有助于老年人群抵抗衰老，并进一步促进健康老龄化。结果显示，添加WP和GSE改善了墨水的挤出性，增加了它们的凝胶强度和分子间氢键强度，并显著提升了它们的整体风味。最终，PP+Fc和SPI+Fc被确定为开发具有潜在抗氧化功能、适合消费者的软植物基肉类仿制品的最佳墨水配方。还需要进一步研究这些植物基肉类仿制品的功能。本研究能够推动3D打印食品的生产，以满足个体精确的营养需求。
3D printing of antioxidant-enriched plant-based meat analogue for the elderly: the role of wheat oligopeptide and grape seed extract
Zhiqiang Pua1, Siyu Yaoa1, Vijaya Raghavanb, Yang Liuc*, Jin Wanga*
aKey Laboratory of Environmental Medicine and Engineering, Ministry of Education, and Department of Nutrition and Food Hygiene, School of Public Health, Southeast University, Nanjing, 210009, China
bDepartment of Bioresource Engineering, Faculty of Agricultural and Environmental Sciences, McGill University, Montreal H9X3V9, Canada
cDepartment of Gastroenterology and Endoscopy Center, Pukou People’s Hospital, Nanjing, 210031, China
1these authors contributed equally to this work
*Corresponding authors.
Abstract
Due to the environmental hazards associated with excessive meat production and the impact of excessive consumption of red meat on human health, attention is being drawn to plant-based alternatives. Therefore, plant-based meat analogue are under widely research. However, there is still a lack of research focused on developing solely plant-based meat with enhanced nutritional benefits. This study aims to develop a functional plant-based meat ink utilizing 3D printing technology, which is expected to enhance the nutrition degree and customer attraction of plant-based meat. Soy protein isolate, xanthan gum, wheat oligopeptides, and grape seed extract were selected as raw materials. The results showed that the ink formulated with wheat oligopeptides and grape seed extract exhibited more suitable viscosity, stronger gel strength, and improved overall flavor. By comparing the texture properties with real meat inks, a combination of pea protein (7 g) or soy protein isolate (7 g), xanthan gum (0.25 g), wheat oligopeptides (1 g), and grape seed extract (0.5 g) was identified as the optimal ink formulation for plant-based meat analogue with potential antioxidant function for the elderly.
Reference:
PU Z Q, YAO S Y, RAGHAVAN V, et al. 3D printing of antioxidant-enriched plant-based meat analogue for the elderly: the role of wheat oligopeptide and grape seed extract[J]. Journal of Future Foods, 2026, 6(3): 421-429. DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.09.002.
翻译：罗敬（实习）
编辑：龚艺；责任编辑：梁安琪
封面图片来源：摄图网
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