江南大學張慜教授團隊：微膠囊技術用于白蘿卜/馬鈴薯凝膠的4D打印

來源：食研私享


2022年6月11月，江南大學張慜教授團隊在農林科學1區(qū)Top期刊Food Research International(Q1；IF=6.475)上在線發(fā)表了題為“3D printed white radish/potato gel with microcapsules: Color/flavor change induced by microwave-infrared heating(帶有微膠囊的3D打印白蘿卜/馬鈴薯凝膠：微波-紅外加熱誘導的顏色/風味變化)”的研究性論文。Tiantian Tan為第一作者，張慜教授為通訊作者。

目前，關于使用微膠囊改變3D打印食品顏色的報道相對較少。就加熱刺激下的3D食品顏色變化而言，天然色素的微膠囊化可能是食品4D打印的一種很有前途的方法。該研究以阿拉伯膠/麥芽糊精/β-環(huán)糊精為壁材，紫草紅色素和玫瑰油香精為芯材制備微膠囊。將微膠囊以不同的質量比添加到白蘿卜/馬鈴薯凝膠中，以微波-紅外(MIR)作為響應刺激，探索3D打印樣品的顏色和風味變化。

研究亮點

• 制備了穩(wěn)定的天然紫草紅色素和玫瑰油香精微膠囊。
• 微膠囊經微波-紅外(MIR)加熱后改變了印刷糊的顏色和風味。
• 印刷樣品的顏色隨微膠囊濃度和加熱時間的變化而變化。
• 采用不同用量微膠囊的材料實現(xiàn)了誘人復合印刷。
  

研究結論

• 在白蘿卜/馬鈴薯糊中添加不同質量比的微膠囊對3D打印的打印效果影響不大。
• 添加紫草紅色素微膠囊和β-胡蘿卜素微膠囊的印刷糊在加熱過程中紅度值(a*)和黃度值(b*)顯著增加。
• 當微波加熱到表面溫度66.6℃以上時，由于微膠囊結構的破壞，印刷品的顏色和風味發(fā)生了很大的變化。
• 該研究從微膠囊熱釋放的角度為4D食品打印提供了新思路。
• 各種天然著色劑、香精油或營養(yǎng)物質嵌入微膠囊中，并添加到印刷油墨中，可以實現(xiàn)誘人的4D變化。
• 未來需要尋找更穩(wěn)定的微膠囊壁材或采用雙層壁材來改善包埋效果和增強芯材的穩(wěn)定性。
• 應進一步研究更簡單的加熱刺激或功能物質的釋放溫度。
  

圖文賞析

圖1. 微膠囊的性質：微膠囊的制備工藝(a)；紫草紅色素/玫瑰油香精的SEM圖像(b-1、b-2和b-3分別顯示放大300×、800×、4.00k×)(b)；β-胡蘿卜素/甜橙油香精的SEM圖像(c-1、c-2和c-3分別顯示放大300×、600×、4.00k×)(c)；加入堿性溶液對微膠囊的影響(d)。


圖2. 不同微膠囊添加量油墨的印刷適性實驗。


圖3. 添加紫草紅色素/玫瑰油香精微膠囊的印刷樣品在加熱過程中的顏色變化(a)；MIR加熱期間印刷樣品的溫度分布(b)。


圖4. 添加β-胡蘿卜素/甜橙油香精微膠囊的油墨在MIR加熱過程中的顏色變化。


圖5. 2%紫草紅色素/玫瑰油香精微膠囊印刷油墨在加熱過程中的風味變化(a)；2%微膠囊印刷樣品(b)在0分鐘和30分鐘時風味化合物的PCA分析。

作者簡介

張慜 教授
江南大學食品學院
張慜，江南大學二級教授、至善特聘教授，江蘇省“生鮮食品智能加工與品質監(jiān)控”國際聯(lián)合實驗室主任，入選國家百千萬人才，享受國務院特殊津貼。長期從事生鮮食品加工/保鮮高新技術研究，近十年來在食品高效加工新技術領域有開創(chuàng)性的研究，培養(yǎng)畢業(yè)研究生/博士后近200名。2007年起先后擔任Journal of Food Engineering、Drying Technology、International Agrophysics、Foods等SCI刊物的編委/副主編。并兼任瑞典國際科學基金會(IFS)科學顧問、澳大利亞昆士蘭大學食品科學榮譽教授。近20年主持十三五國家重點研發(fā)項目1項、國家自然科學基金項目6項、十二五/十一五國家863課題2項以及產學研重點項目30余項；獲國內外發(fā)明專利授權230余項，榮獲江蘇省“十大杰出專利發(fā)明人獎”(2012年）和江蘇省專利發(fā)明人獎（2020年）；以通訊作者發(fā)表SCI論文590余篇，被引總數(shù)超過1.3萬次，H-index數(shù)為70，入選ELSIVER“中國高被引學者”榜單（2014-至今）和Clarivate全球“高被引科學家”榜單（2021年）。主持的研究成果獲國家科技進步獎二等獎、江蘇省科技進步獎一等獎、中國商業(yè)聯(lián)合會科技獎特等獎、中國輕工業(yè)聯(lián)合會科技進步獎一等獎等科技獎勵。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111496