近日，“紐邁杯”江南大學案例大賽圓滿落幕，涌現出一批將前沿科技應用于食品科學的創新研究成果。其中，《油水雙凝膠界面調控及吞咽困難膳食 3D 打印精準設計》案例憑借低場核磁共振（LF-NMR）技術與 3D 打印技術的跨學科融合，為老年吞咽障礙人群的膳食難題提供了突破性解決方案。本期，我們聚焦該案例，看低場核磁（LF-NMR）如何助力科研團隊攻克老年吞咽障礙食品個性化定制的重大挑戰。

研究背景

2024年初，國務院《關于發展銀發經濟增進老年人福祉的意見》首次以國家文件形式明確鼓勵研發適合老年人咀嚼吞咽和營養需求的食品。這一政策導向直面全球加速老齡化（特別是我國65歲以上人口已超2.17億）所帶來的嚴峻挑戰——吞咽障礙。吞咽障礙不僅嚴重威脅老年人健康，導致營養不良、吸入性肺炎等風險，也顯著降低其生活獨立性。傳統吞咽障礙食品普遍存在質地單一、感官體驗差、難以個性化定制及營養均衡性不足等核心痛點。

3D打印技術憑借其精準營養定制和個性化膳食設計的獨特優勢，為破解上述難題提供了新路徑。然而，該技術應用于吞咽食品開發的核心瓶頸在于如何設計兼具結構穩定性與營養功能的打印材料。

本研究創新性地提出以油水雙凝膠作為理想的3D打印基材。雙凝膠巧妙地融合了水凝膠與油凝膠的優勢，具備共輸送親水和疏水營養成分、熱力學穩定性好、控釋潛力佳等特性，為構建安全、營養且個性化的吞咽困難膳食奠定了堅實的材料基礎。

為精準調控雙凝膠性能（特別是油/水界面的水分狀態與分布），研究引入了低場核磁共振（LF-NMR）技術。該技術憑借其高效線、無損、檢測靈敏的核心優勢，廣泛應用于食品科學研究，成為深入解析凝膠內部微觀結構與水分動力學行為的強大工具。

研究思路

1、結構設計對比： 系統比較雙連續型雙凝膠與單相包裹型雙凝膠（水包油OG-in-HG或油包水HG-in-OG）在結構性能上的差異。

2、水分/油分狀態解析：利用低場核磁共振（LF-NMR）技術（紐邁分析核磁共振成像分析儀MesoMR23-060V-I）測量凝膠的橫向弛豫時間T2分布。解析半結合水和自由水的狀態及比例變化。

3、性能關聯： 將低場核磁共振（LF-NMR）獲得的水分狀態、油水分布數據，與流變學測試結果以及吞咽障礙國際標準IDDSI（通過傾斜試驗、叉壓測試驗證）進行關聯。

4、建立模型： 最終構建“雙凝膠結構-油水分布-流變特性-3D打印性能”的多維度關聯模型，指導材料設計。

研究結果

不同油凝膠-水凝膠比例對雙凝膠的水分狀態和水分分布的影響：

1、雙凝膠樣品包括半結合水和自由水，油凝膠和水凝膠比例的變化會影響水的流動性和雙凝膠中水類型的分布；

2、T2分布曲線隨凝膠/水凝膠比例的減少而向X軸正方向移動，表明水的流動性增加；

3、油凝膠含量增加使T23從1011.64ms減少到410.27ms，使T23的面積從94.93%降低到36.67%。同時，T22的弛豫時間從191.16ms減少到77.53ms,T22的面積比從4.89%增加到63.33%；

4、雙連續結構表現出相對穩定的凝膠系統，半結合水與自由水之間的水分分布均勻（56.94:43.06）。

不同油凝膠-水凝膠比例對雙凝膠3D打印特性的影響：

1、雙連續結構雙凝膠顯示出最好的打印性能，既適用于小面積單層結構模型（如椎體），也適用于三維堆疊模型（如空心立方體）。雙連續結構雙凝膠樣品的高度和長度與目標形狀非常吻合，無顯著差異，變形率小于1%。

2、相比之下，OG-in-HG樣品油墨在3D打印過程中出現了破損和擴散，導致3D打印產品的外觀與設計模型出現偏差（2-8樣品變形率超過7%）。

研究結論

1、雙連續結構通過協調半結合水與自由水的比例，實現了“低阻力擠出-瞬間結構重建-質地柔韌適配”的功能集成。

2、打印成品順利通過IDDSI Level5（細碎濕潤型）認證，滿足吞咽障礙人群的進食需求。

3、該研究為基于油-水界面工程設計個性化吞咽困難膳食提供了新的思路與策略。