西南大学：高热稳定性明胶乳液的制备及其在3D打印中的应用

来源：川渝特色食品重庆市重点实验室


近年来，由于不同消费者群体（例如运动员、老年人、小孩和宇航员等）对食品有特定需求，受到一定关注，定制食品的研究正成为一种新趋势。而食品3D打印由于其独特性（例如方便、灵活、量身定制营养以及供应链简化等）而受到广泛关注。一些研究已经证实高内相乳液可用于3D打印，但是明胶基高内相乳液在3D打印中的应用研究仍然缺乏探索。明胶是由胶原蛋白经适度水解后生成的一种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、乳化性等在食品领域被广泛应用，近年来明胶基乳液的研究和应用成为热点，主要集中在明胶纳米颗粒的制备及其稳定的皮克林乳液。纳米颗粒制备通常采用反溶剂法，存在戊二醛和丙酮等有毒试剂使用、制备方法繁琐、难以大量生产等问题，限制了其在食品中的应用。本研究拟针对明胶乳液研究中存在的问题，以A型明胶为原料，通过一种简易方法将TG酶交联修饰后的明胶用于稳定食品级高内相乳液，并探究TG酶交联时间对明胶分子量分布以及高内相乳液微结构、热稳定性和流变学性质的影响。

研究表明TG酶交联能够有效促进提高明胶的分子量，由其稳定的高内相乳液具有均一的液滴直径（图1）和优异储存稳定性。同时TG酶交联明胶稳定的高内相乳液表现出优异的热稳定性，在90℃和120℃加热20分钟后，明胶（基于交联4h）稳定的高内相乳液微结构和粘度变化极小（图2），这意味着通过高温杀菌，TG酶交联明胶稳定的高内相乳液可以在室温下储存。在流变学分析中，随着交联时间的延长，高内相乳液的粘度更高且频率依赖性更低（图3），这表明其可以潜在用于3D打印。随后的3D打印实验也证实了高内相乳液具有良好的3D打印性能（图4），同时我们可以调控制备得到具有不同颜色的3D打印产品。该研究为制备出具有高热稳定性的明胶基高内相乳液提供了一种简易制备方法，同时也为其实际食品应用提供了理论依据。

图1. 高内相乳液外观和光学显微镜形貌


图2. 高温（90 deg C或121 deg C）热处理后的高内相乳液


图3. 高内相乳液粘度和频率依赖性


图4. 高内相乳液的3D打印

关于张宇昊

张宇昊 教授
西南大学 食品科学学院

张宇昊，男，西南大学教授，博士生导师，院长。主要研究方向：动物性蛋白质功能及其构效、动物性食品加工副产物利用、乳液与水凝胶和水产品加工。丹麦哥本哈根大学访问学者，重庆市高等学校优秀人才计划入选者，重庆市科学技术带头人（后备人选），重庆市生态渔产业体系岗位科学家，中国食品科学技术学会青年工作委员会委员，中国畜产品加工研究会理事，重庆市食品工业协会副理事长，重庆市特色食品工程技术研究中心主任，重庆市农产品加工重点实验室主任，重庆市科青联理事《食品工业科技》、《食品研究与开发》等期刊编委，《食品科学》期刊青年编委，《Food chemistry》，《Food hydrocolloids》等国际期刊审稿人。发表相关学术论文100余篇，其中SCI收录40余篇。获得国家发明专利9项，国家实用新型专利2项，中华农业科技奖科学研究成果一等奖1项，中国粮油学会科学技术一等奖1项，中国食品产学研创新发展高峰论坛优秀科研成果奖2项，中国农业科学院科技成果二等奖1项。主持国家自然科学基金面上项目、青年项目，国家重点研发计划子课题，重庆市新冠肺炎疫情应急科技攻关专项，重庆市基础科学与前沿技术研究重点项目，中国博士后基金面上项目、特别资助项目等项目20余项。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106536