江南大學(xué)張慜團(tuán)隊(duì)：利用新型添加劑改善天然食品凝膠的3D/4D打印特性

來源：食研私享

2021年9月1日,，江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：Yangyang Chen（1作）......,、張慜*（通訊）等在農(nóng)林科學(xué)1區(qū)TOP期刊Food Hydrocolloids（IF：9.147）在線發(fā)表了題為“Improving 3D/4D printing characteristics of natural food gels by novel additives: A review”的綜述文章,。

3D打印技術(shù)及其延伸的4D打印技術(shù)自提出以來得到了廣泛發(fā)展,，并應(yīng)用于航空航天,、生物醫(yī)學(xué),、食品等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。然而,，3D/4D食品打印存在材料局限性,，一些天然食品凝膠無法直接應(yīng)用于3D/4D食品打印，而且大多數(shù)天然食品凝膠往往具有較差的打印特性,，難以或無法用來打印,。

食品添加劑有著悠久的應(yīng)用歷史，可以改變天然食品凝膠的一些特性,。適宜的流變性能是3D/4D食品打印的首要條件,，大部分的研究都是圍繞改善油墨的流變性能展開的，而對改善油墨的熱性能,、靜電性能,、營養(yǎng)特性和感官品質(zhì)（尤其是靜電性能和營養(yǎng)特性）的研究仍然不足。

該文主要從脂質(zhì),、親水膠體和碳水化合物三類添加劑入手,，探討了這三類添加劑在3D/4D食品打印中對天然食品凝膠印刷特性（流變特性、熱性能,、靜電性能,、營養(yǎng)特性和感官品質(zhì)）的改善作用。

△圖文摘要

成果介紹
近年來,，3D食品打印的研究規(guī)模迅速擴(kuò)大,，適合打印的天然食品凝膠也逐漸被開發(fā)出來,。由于天然食品體系一般不能直接打印，因此,，可用于3D食品打印的食品體系還比較少,。然而，食品3D打印技術(shù)快速發(fā)展的一個(gè)必要條件是它具有種類繁多的打印材料和良好的印刷特性,。該文對添加劑和3D食品打印的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合分析,，發(fā)現(xiàn)目前3D打印中使用的添加劑主要有三類：親水膠體、碳水化合物和脂質(zhì)添加劑,。這三類添加劑可以改善天然食品體系的流變特性,、熱學(xué)性能、靜電性能,、營養(yǎng)特性和感官品質(zhì),，從而獲得適合打印、具有優(yōu)良感官特性的3D打印產(chǎn)品,。

同樣的問題是,，通過加入添加劑改善天然食品凝膠的印刷特性（主要是熱、靜電和營養(yǎng)特性）的研究較少,，因此,，今后還需要進(jìn)一步的研究。其中,，改善3D打印食品的營養(yǎng)特性值得特別關(guān)注,，這主要體現(xiàn)在相關(guān)研究的缺乏和消費(fèi)者的營養(yǎng)需求上。

在未來的工作中,，可以開發(fā)新的或基于目前開發(fā)的天然食品凝膠,，為消費(fèi)者提供精準(zhǔn)營養(yǎng)定制。這可能會改善消費(fèi)者的健康狀況,，消除一些由營養(yǎng)不良引起的疾病,。

圖1. 對近年來3D食品打印熱點(diǎn)的分析結(jié)果。

圖2. 3D食品打印中凝膠體系的打印框架圖,。

圖3. 在不同溫度下用不同油墨打印的圖像：（a）卡拉膠-黃原膠-淀粉,；（b）天然淀粉。

圖4. 水凝膠化學(xué)交聯(lián),、離子交聯(lián)和復(fù)合凝聚物形成機(jī)制,。

圖5. 3D食品打印的形狀、紋理和三維結(jié)構(gòu)示例,。

圖6. 3D食品打印顏色變化階段：（a）（b）單噴嘴打�,。唬╟）雙噴嘴打印,；（d）,（e）（f）單/雙噴嘴打印刺激反應(yīng)自發(fā)變色,；（g）單/雙噴嘴打印刺激反應(yīng)快速自發(fā)變色。

專 家 簡 介

張慜
張慜教授是浙江平湖人,，曾完成兩站博士后研究,，現(xiàn)為江南大學(xué)二級教授，食品學(xué)院責(zé)任教授,、博士生導(dǎo)師,兼任食品資源開發(fā)與綜合利用方向負(fù)責(zé)人,。主要從事生鮮食品資源加工、貯藏保鮮機(jī)理和工程研究,。1998年起他招收碩士生,，培養(yǎng)碩士生121名【已畢業(yè)104名】；2000年起招收博士生,，培養(yǎng)博士生46名【已畢業(yè)32名】,；2004年起招收博士后和高訪學(xué)者，培養(yǎng)博士后7名,、高訪學(xué)者2名,。2000年入選江蘇省“青藍(lán)工程”和江蘇省“333工程”。2004年入選首批“新世紀(jì)百千萬人才工程”國家級人選,，2006年享受國務(wù)院政府特殊津貼, 2005年起擔(dān)任瑞典國際科學(xué)基金委（IFS）食品學(xué)科科學(xué)顧問,；2007年起先后擔(dān)任3個(gè)SCI學(xué)術(shù)刊物（Journal of Food Engineering；Drying Technology; International Agrophysics）以及《食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)》,、《食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報(bào)》、《干燥技術(shù)與設(shè)備》等國內(nèi)學(xué)術(shù)刊物的編委,。2013年8月起,，被澳大利亞昆士蘭大學(xué)授予食品科學(xué)領(lǐng)域的榮譽(yù)教授。他已在國家級出版社出版專,、譯著26部,，其中與多家龍頭企業(yè)出版聯(lián)合專著8部；國家十二五重點(diǎn)圖書1部,，主編英文版國際系列會議論文集1本,，應(yīng)邀出版BOOK CHAPTER10個(gè)，共同主編英文專著2本,；以責(zé)任作者在SCI國際刊物上發(fā)表了252篇論文,，其中影響因子3.0以上的論文28篇，影響因子2.0-3.0的論文74篇,；被引總數(shù)3765次,，他引2820篇次，h-index數(shù)為33,。申報(bào)了194項(xiàng)國家發(fā)明專利（156項(xiàng)已獲授權(quán)）和18項(xiàng)國際專利（德國,、日本,、法國、韓國,、瑞士,、澳大利亞、美國,、比利時(shí),、盧森堡等國專利，以及3項(xiàng)PCT專利）,，榮獲“江蘇省第五屆十大杰出專利發(fā)明人”稱號,。主持的項(xiàng)目獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，江蘇省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng),、二等獎(jiǎng)1項(xiàng),，中國輕工業(yè)聯(lián)合會科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng),，中國商業(yè)聯(lián)合會科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)2項(xiàng),、一等獎(jiǎng)3項(xiàng)，教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng),，中國食品工業(yè)協(xié)會科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng),、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。


原文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107160