江南大學張慜團隊：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，江南大學食品科學與技術國家重點實驗室：Yangyang Chen（1作）......、張慜*（通訊）等在農(nóng)林科學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打印技術及其延伸的4D打印技術自提出以來得到了廣泛發(fā)展，并應用于航空航天、生物醫(yī)學、食品等多個行業(yè)領域。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（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、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）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打印技術快速發(fā)展的一個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食品打印的應用現(xiàn)狀進行了綜合分析，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、熱學性能、靜電性能、營養(yǎng)特性和感官品質，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)特性值得特別關注，這主要體現(xiàn)在相關研究的缺乏和消費者的營養(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，為消費者提供精準營養(yǎng)定制。這可能會改善消費者的健康狀況，消除一些由營養(yǎng)不良引起的疾病。

圖1. 對近年來3D食品打印熱點的分析結果。

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. 水凝膠化學交聯(lián)、離子交聯(lián)和復合凝聚物形成機制。

圖5. 3D食品打印的形狀、紋理和三維結構示例。

圖6. 3D食品打印顏色變化階段：（a）（b）單噴嘴打�。唬╟）雙噴嘴打��；（d）,（e）（f）單/雙噴嘴打印刺激反應自發(fā)變色；（g）單/雙噴嘴打印刺激反應快速自發(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)為江南大學二級教授，食品學院責任教授、博士生導師,兼任食品資源開發(fā)與綜合利用方向負責人。主要從事生鮮食品資源加工、貯藏保鮮機理和工程研究。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者，培養(yǎng)博士后7名、高訪學者2名。2000年入選江蘇省“青藍工程”和江蘇省“333工程”。2004年入選首批“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，2006年享受國務院政府特殊津貼, 2005年起擔任瑞典國際科學基金委（IFS）食品學科科學顧問；2007年起先后擔任3個SCI學術刊物（Journal of Food Engineering；Drying Technology; International Agrophysics）以及《食品與生物技術學報》、《食品安全質量檢測學報》、《干燥技術與設備》等國內學術刊物的編委。2013年8月起，被澳大利亞昆士蘭大學授予食品科學領域的榮譽教授。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；國家十二五重點圖書1部，主編英文版國際系列會議論文集1本，應邀出版BOOK CHAPTER10個，共同主編英文專著2本；以責任作者在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。申報了194項國家發(fā)明專利（156項已獲授權）和18項國際專利（德國、日本、法國、韓國、瑞士、澳大利亞、美國、比利時、盧森堡等國專利，以及3項PCT專利），榮獲“江蘇省第五屆十大杰出專利發(fā)明人”稱號。主持的項目獲國家科技進步二等獎1項，江蘇省科技進步一等獎1項、二等獎1項，中國輕工業(yè)聯(lián)合會科技進步一等獎1項、二等獎3項，中國商業(yè)聯(lián)合會科技進步特等獎2項、一等獎3項，教育部科技進步二等獎2項，中國食品工業(yè)協(xié)會科技進步一等獎1項、二等獎2項。


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