江南大学张慜教授团队：微胶囊技术用于白萝卜/马铃薯凝胶的4D打印

来源：食研私享


2022年6月11月，江南大学张慜教授团队在农林科学1区Top期刊Food Research International(Q1；IF=6.475)上在线发表了题为“3D printed white radish/potato gel with microcapsules: Color/flavor change induced by microwave-infrared heating(带有微胶囊的3D打印白萝卜/马铃薯凝胶：微波-红外加热诱导的颜色/风味变化)”的研究性论文。Tiantian Tan为第一作者，张慜教授为通讯作者。

目前，关于使用微胶囊改变3D打印食品颜色的报道相对较少。就加热刺激下的3D食品颜色变化而言，天然色素的微胶囊化可能是食品4D打印的一种很有前途的方法。该研究以阿拉伯胶/麦芽糊精/β-环糊精为壁材，紫草红色素和玫瑰油香精为芯材制备微胶囊。将微胶囊以不同的质量比添加到白萝卜/马铃薯凝胶中，以微波-红外(MIR)作为响应刺激，探索3D打印样品的颜色和风味变化。

研究亮点

• 制备了稳定的天然紫草红色素和玫瑰油香精微胶囊。
• 微胶囊经微波-红外(MIR)加热后改变了印刷糊的颜色和风味。
• 印刷样品的颜色随微胶囊浓度和加热时间的变化而变化。
• 采用不同用量微胶囊的材料实现了诱人复合印刷。
  

研究结论

• 在白萝卜/马铃薯糊中添加不同质量比的微胶囊对3D打印的打印效果影响不大。
• 添加紫草红色素微胶囊和β-胡萝卜素微胶囊的印刷糊在加热过程中红度值(a*)和黄度值(b*)显著增加。
• 当微波加热到表面温度66.6℃以上时，由于微胶囊结构的破坏，印刷品的颜色和风味发生了很大的变化。
• 该研究从微胶囊热释放的角度为4D食品打印提供了新思路。
• 各种天然着色剂、香精油或营养物质嵌入微胶囊中，并添加到印刷油墨中，可以实现诱人的4D变化。
• 未来需要寻找更稳定的微胶囊壁材或采用双层壁材来改善包埋效果和增强芯材的稳定性。
• 应进一步研究更简单的加热刺激或功能物质的释放温度。
  

图文赏析

图1. 微胶囊的性质：微胶囊的制备工艺(a)；紫草红色素/玫瑰油香精的SEM图像(b-1、b-2和b-3分别显示放大300×、800×、4.00k×)(b)；β-胡萝卜素/甜橙油香精的SEM图像(c-1、c-2和c-3分别显示放大300×、600×、4.00k×)(c)；加入碱性溶液对微胶囊的影响(d)。


图2. 不同微胶囊添加量油墨的印刷适性实验。


图3. 添加紫草红色素/玫瑰油香精微胶囊的印刷样品在加热过程中的颜色变化(a)；MIR加热期间印刷样品的温度分布(b)。


图4. 添加β-胡萝卜素/甜橙油香精微胶囊的油墨在MIR加热过程中的颜色变化。


图5. 2%紫草红色素/玫瑰油香精微胶囊印刷油墨在加热过程中的风味变化(a)；2%微胶囊印刷样品(b)在0分钟和30分钟时风味化合物的PCA分析。

作者简介

张慜 教授
江南大学食品学院
张慜，江南大学二级教授、至善特聘教授，江苏省“生鲜食品智能加工与品质监控”国际联合实验室主任，入选国家百千万人才，享受国务院特殊津贴。长期从事生鲜食品加工/保鲜高新技术研究，近十年来在食品高效加工新技术领域有开创性的研究，培养毕业研究生/博士后近200名。2007年起先后担任Journal of Food Engineering、Drying Technology、International Agrophysics、Foods等SCI刊物的编委/副主编。并兼任瑞典国际科学基金会(IFS)科学顾问、澳大利亚昆士兰大学食品科学荣誉教授。近20年主持十三五国家重点研发项目1项、国家自然科学基金项目6项、十二五/十一五国家863课题2项以及产学研重点项目30余项；获国内外发明专利授权230余项，荣获江苏省“十大杰出专利发明人奖”(2012年）和江苏省专利发明人奖（2020年）；以通讯作者发表SCI论文590余篇，被引总数超过1.3万次，H-index数为70，入选ELSIVER“中国高被引学者”榜单（2014-至今）和Clarivate全球“高被引科学家”榜单（2021年）。主持的研究成果获国家科技进步奖二等奖、江苏省科技进步奖一等奖、中国商业联合会科技奖特等奖、中国轻工业联合会科技进步奖一等奖等科技奖励。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111496