富含類胡蘿卜素功能食品3D打印新技術(shù)研究進(jìn)展

來源：生鮮食品探究

類胡蘿卜素廣泛存在于各種植物性食物中，作為維生素A原在人類健康及營養(yǎng)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但天然食品中類胡蘿卜素存在穩(wěn)定性差、生物利用度低等問題，一直制約著其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)。通過營養(yǎng)運(yùn)載體系對(duì)類胡蘿卜素進(jìn)行包封并賦予一定的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)態(tài)化已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。3D 打印技術(shù)是一種增材制造技術(shù)，在精準(zhǔn)營養(yǎng)配置、個(gè)性化定制等方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，為高生物利用度類胡蘿卜素功能性食品的開發(fā)提供了新思路。近幾年，江蘇省農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所馮蕾副研究員在 “十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題和國家自然科學(xué)基金的資助下針對(duì)富含類胡蘿卜素功能食品3D打印方面開展了一系列的研究，取得了一些研究進(jìn)展并總結(jié)如下：

一、富含類胡蘿卜素的果蔬食品3D打印特性研究進(jìn)展

細(xì)胞破裂是活性物質(zhì)釋放的先決條件。針對(duì)果蔬基質(zhì)類胡蘿卜素釋放率低的問題，研究了果蔬基質(zhì)粒徑分布對(duì)類胡蘿卜素釋放率、流變特性、色澤、微觀結(jié)構(gòu)等物理化學(xué)性質(zhì)的影響，并構(gòu)建了富含類胡蘿卜素果蔬3D打印體系。研究發(fā)現(xiàn)，隨著胡蘿卜粒徑逐漸減小，葉黃素、β-類胡蘿卜素及總類胡蘿卜素釋放率逐漸增加，胡蘿卜汁凝膠體系表觀粘度、儲(chǔ)能模量及損耗模量逐漸減小，打印精確度及穩(wěn)定性逐漸增加，亮度、內(nèi)聚性逐漸增大。研究表明，減小果蔬基質(zhì)粒徑，可導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂，促進(jìn)類胡蘿卜素向基質(zhì)中的釋放。

圖1. 粒度分布對(duì)胡蘿卜汁凝膠體系類胡蘿卜素釋放率及打印特性的影響

二、富含類胡蘿卜素的淀粉凝膠3D打印特性研究進(jìn)展
β-胡蘿卜素是類胡蘿卜素中維生素 A 最為重要的前體物質(zhì)，將β-胡蘿卜素應(yīng)用于營養(yǎng)補(bǔ)充劑或者強(qiáng)化食品的開發(fā)具有廣闊前景。以山藥淀粉為基質(zhì)負(fù)載β-胡蘿卜素，通過添加親水膠體（瓜爾豆膠、黃原膠、卡拉膠、殼聚糖、阿拉伯膠）構(gòu)建了負(fù)載β-胡蘿卜素淀粉凝膠打印體系，為功能性食品的個(gè)性化定制奠定基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，瓜爾豆膠、卡拉膠、殼聚糖及阿拉伯膠添加均可提高負(fù)載類胡蘿卜素淀粉凝膠的表觀粘度、儲(chǔ)能模量及損耗模量，增加凝膠硬度，降低相對(duì)結(jié)晶度，改善凝膠擠出性及打印成型性。同時(shí)，相比瓜爾豆膠、卡拉膠及阿拉伯膠，添加1.4%殼聚糖的淀粉凝膠具有較高的打印穩(wěn)定性，殼聚糖可促進(jìn)淀粉凝膠中不易流動(dòng)水向強(qiáng)結(jié)合水遷移，增強(qiáng)淀粉凝膠氫鍵作用力，促使凝膠孔隙更均勻分布。

圖2. 負(fù)載類胡蘿卜素淀粉凝膠3D打印特性

三、類胡蘿卜素高穩(wěn)定遞送體系的3D打印特性研究進(jìn)展
β-胡蘿卜素化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，極易受紫外線、氧、高溫、酸堿等影響出現(xiàn)氧化、降解及異構(gòu)化，造成有效成分損失。針對(duì)β-胡蘿卜素穩(wěn)定性低的問題，探索了蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合乳液凝膠包埋β-胡蘿卜素用于開發(fā)高穩(wěn)定性類胡蘿卜素3D打印材料的研究，為提高β-胡蘿卜素的生物利用度提供理論依據(jù)。對(duì)比不同多糖與乳清分離蛋白復(fù)合體系對(duì)乳液凝膠流變性質(zhì)、打印特性及β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，多糖添加可增加乳液凝膠的持水性、瞬時(shí)彈性、粘性及抗形變能力，降低水的流動(dòng)性，其中，瓜爾豆膠與乳清分離蛋白相互作用可顯著提高復(fù)合體系乳液凝膠強(qiáng)度，增加微觀孔徑及孔隙率，改善乳液凝膠打印成型效果，從而提高β-類胡蘿卜素的光/熱穩(wěn)定性。

圖3. 類胡蘿卜素高穩(wěn)定遞送體系3D打印特性

團(tuán)隊(duì)介紹

馮蕾副研究員于2013-2018年在江南大學(xué)食品學(xué)院張慜教授團(tuán)隊(duì)攻讀博士學(xué)位，之后在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所進(jìn)行相關(guān)研究工作。主要研究領(lǐng)域包括：果蔬加工及品質(zhì)調(diào)控機(jī)理、類胡蘿卜素等營養(yǎng)健康食品精準(zhǔn)制造。近年來主持國家自然科學(xué)基金、“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)子項(xiàng)目各1項(xiàng)，參與江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金、泰州市重大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目等3項(xiàng)；發(fā)表相關(guān)科研論文10余篇；授權(quán)/申請(qǐng)發(fā)明專利10項(xiàng)；先后獲得江蘇省農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究創(chuàng)新獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。

△江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所馮蕾副研究員所在團(tuán)隊(duì)近期合影