西南大學(xué)：高熱穩(wěn)定性明膠乳液的制備及其在3D打印中的應(yīng)用

來源：川渝特色食品重慶市重點實驗室


近年來,，由于不同消費者群體（例如運動員,、老年人,、小孩和宇航員等）對食品有特定需求,，受到一定關(guān)注,，定制食品的研究正成為一種新趨勢。而食品3D打印由于其獨特性（例如方便,、靈活,、量身定制營養(yǎng)以及供應(yīng)鏈簡化等）而受到廣泛關(guān)注。一些研究已經(jīng)證實高內(nèi)相乳液可用于3D打印,，但是明膠基高內(nèi)相乳液在3D打印中的應(yīng)用研究仍然缺乏探索,。明膠是由膠原蛋白經(jīng)適度水解后生成的一種高分子天然多肽聚合物，由于其低成本和良好的生物相容性,、乳化性等在食品領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,，近年來明膠基乳液的研究和應(yīng)用成為熱點，主要集中在明膠納米顆粒的制備及其穩(wěn)定的皮克林乳液,。納米顆粒制備通常采用反溶劑法,，存在戊二醛和丙酮等有毒試劑使用、制備方法繁瑣,、難以大量生產(chǎn)等問題,，限制了其在食品中的應(yīng)用。本研究擬針對明膠乳液研究中存在的問題,，以A型明膠為原料,，通過一種簡易方法將TG酶交聯(lián)修飾后的明膠用于穩(wěn)定食品級高內(nèi)相乳液，并探究TG酶交聯(lián)時間對明膠分子量分布以及高內(nèi)相乳液微結(jié)構(gòu),、熱穩(wěn)定性和流變學(xué)性質(zhì)的影響,。

研究表明TG酶交聯(lián)能夠有效促進提高明膠的分子量，由其穩(wěn)定的高內(nèi)相乳液具有均一的液滴直徑（圖1）和優(yōu)異儲存穩(wěn)定性。同時TG酶交聯(lián)明膠穩(wěn)定的高內(nèi)相乳液表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,，在90℃和120℃加熱20分鐘后,，明膠（基于交聯(lián)4h）穩(wěn)定的高內(nèi)相乳液微結(jié)構(gòu)和粘度變化極小（圖2）,，這意味著通過高溫殺菌,，TG酶交聯(lián)明膠穩(wěn)定的高內(nèi)相乳液可以在室溫下儲存。在流變學(xué)分析中,，隨著交聯(lián)時間的延長,，高內(nèi)相乳液的粘度更高且頻率依賴性更低（圖3），這表明其可以潛在用于3D打印,。隨后的3D打印實驗也證實了高內(nèi)相乳液具有良好的3D打印性能（圖4）,，同時我們可以調(diào)控制備得到具有不同顏色的3D打印產(chǎn)品。該研究為制備出具有高熱穩(wěn)定性的明膠基高內(nèi)相乳液提供了一種簡易制備方法,，同時也為其實際食品應(yīng)用提供了理論依據(jù),。

圖1. 高內(nèi)相乳液外觀和光學(xué)顯微鏡形貌


圖2. 高溫（90 deg C或121 deg C）熱處理后的高內(nèi)相乳液


圖3. 高內(nèi)相乳液粘度和頻率依賴性


圖4. 高內(nèi)相乳液的3D打印

關(guān)于張宇昊

張宇昊 教授
西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院

張宇昊，男,，西南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師,，院長,。主要研究方向：動物性蛋白質(zhì)功能及其構(gòu)效、動物性食品加工副產(chǎn)物利用,、乳液與水凝膠和水產(chǎn)品加工,。丹麥哥本哈根大學(xué)訪問學(xué)者，重慶市高等學(xué)校優(yōu)秀人才計劃入選者,，重慶市科學(xué)技術(shù)帶頭人（后備人選）,，重慶市生態(tài)漁產(chǎn)業(yè)體系崗位科學(xué)家，中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會青年工作委員會委員,，中國畜產(chǎn)品加工研究會理事,，重慶市食品工業(yè)協(xié)會副理事長，重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心主任,，重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室主任,，重慶市科青聯(lián)理事《食品工業(yè)科技》、《食品研究與開發(fā)》等期刊編委,，《食品科學(xué)》期刊青年編委,，《Food chemistry》，《Food hydrocolloids》等國際期刊審稿人,。發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文100余篇,，其中SCI收錄40余篇。獲得國家發(fā)明專利9項，國家實用新型專利2項,，中華農(nóng)業(yè)科技獎科學(xué)研究成果一等獎1項,，中國糧油學(xué)會科學(xué)技術(shù)一等獎1項，中國食品產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇優(yōu)秀科研成果獎2項,，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果二等獎1項,。主持國家自然科學(xué)基金面上項目、青年項目,，國家重點研發(fā)計劃子課題,，重慶市新冠肺炎疫情應(yīng)急科技攻關(guān)專項，重慶市基礎(chǔ)科學(xué)與前沿技術(shù)研究重點項目,，中國博士后基金面上項目,、特別資助項目等項目20余項。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106536