江南大学张慜团队：利用新型添加剂改善天然食品凝胶的3D/4D打印特性

来源：食研私享

2021年9月1日，江南大学食品科学与技术国家重点实验室：Yangyang Chen（1作）......、张慜*（通讯）等在农林科学1区TOP期刊Food Hydrocolloids（IF：9.147）在线发表了题为“Improving 3D/4D printing characteristics of natural food gels by novel additives: A review”的综述文章。

3D打印技术及其延伸的4D打印技术自提出以来得到了广泛发展，并应用于航空航天、生物医学、食品等多个行业领域。然而，3D/4D食品打印存在材料局限性，一些天然食品凝胶无法直接应用于3D/4D食品打印，而且大多数天然食品凝胶往往具有较差的打印特性，难以或无法用来打印。

食品添加剂有着悠久的应用历史，可以改变天然食品凝胶的一些特性。适宜的流变性能是3D/4D食品打印的首要条件，大部分的研究都是围绕改善油墨的流变性能展开的，而对改善油墨的热性能、静电性能、营养特性和感官品质（尤其是静电性能和营养特性）的研究仍然不足。

该文主要从脂质、亲水胶体和碳水化合物三类添加剂入手，探讨了这三类添加剂在3D/4D食品打印中对天然食品凝胶印刷特性（流变特性、热性能、静电性能、营养特性和感官品质）的改善作用。

△图文摘要

成果介绍
近年来，3D食品打印的研究规模迅速扩大，适合打印的天然食品凝胶也逐渐被开发出来。由于天然食品体系一般不能直接打印，因此，可用于3D食品打印的食品体系还比较少。然而，食品3D打印技术快速发展的一个必要条件是它具有种类繁多的打印材料和良好的印刷特性。该文对添加剂和3D食品打印的应用现状进行了综合分析，发现目前3D打印中使用的添加剂主要有三类：亲水胶体、碳水化合物和脂质添加剂。这三类添加剂可以改善天然食品体系的流变特性、热学性能、静电性能、营养特性和感官品质，从而获得适合打印、具有优良感官特性的3D打印产品。

同样的问题是，通过加入添加剂改善天然食品凝胶的印刷特性（主要是热、静电和营养特性）的研究较少，因此，今后还需要进一步的研究。其中，改善3D打印食品的营养特性值得特别关注，这主要体现在相关研究的缺乏和消费者的营养需求上。

在未来的工作中，可以开发新的或基于目前开发的天然食品凝胶，为消费者提供精准营养定制。这可能会改善消费者的健康状况，消除一些由营养不良引起的疾病。

图1. 对近年来3D食品打印热点的分析结果。

图2. 3D食品打印中凝胶体系的打印框架图。

图3. 在不同温度下用不同油墨打印的图像：（a）卡拉胶-黄原胶-淀粉；（b）天然淀粉。

图4. 水凝胶化学交联、离子交联和复合凝聚物形成机制。

图5. 3D食品打印的形状、纹理和三维结构示例。

图6. 3D食品打印颜色变化阶段：（a）（b）单喷嘴打印；（c）双喷嘴打印；（d）,（e）（f）单/双喷嘴打印刺激反应自发变色；（g）单/双喷嘴打印刺激反应快速自发变色。

专 家 简 介

张慜
张慜教授是浙江平湖人，曾完成两站博士后研究，现为江南大学二级教授，食品学院责任教授、博士生导师,兼任食品资源开发与综合利用方向负责人。主要从事生鲜食品资源加工、贮藏保鲜机理和工程研究。1998年起他招收硕士生，培养硕士生121名【已毕业104名】；2000年起招收博士生，培养博士生46名【已毕业32名】；2004年起招收博士后和高访学者，培养博士后7名、高访学者2名。2000年入选江苏省“青蓝工程”和江苏省“333工程”。2004年入选首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选，2006年享受国务院政府特殊津贴, 2005年起担任瑞典国际科学基金委（IFS）食品学科科学顾问；2007年起先后担任3个SCI学术刊物（Journal of Food Engineering；Drying Technology; International Agrophysics）以及《食品与生物技术学报》、《食品安全质量检测学报》、《干燥技术与设备》等国内学术刊物的编委。2013年8月起，被澳大利亚昆士兰大学授予食品科学领域的荣誉教授。他已在国家级出版社出版专、译著26部，其中与多家龙头企业出版联合专著8部；国家十二五重点图书1部，主编英文版国际系列会议论文集1本，应邀出版BOOK CHAPTER10个，共同主编英文专著2本；以责任作者在SCI国际刊物上发表了252篇论文，其中影响因子3.0以上的论文28篇，影响因子2.0-3.0的论文74篇；被引总数3765次，他引2820篇次，h-index数为33。申报了194项国家发明专利（156项已获授权）和18项国际专利（德国、日本、法国、韩国、瑞士、澳大利亚、美国、比利时、卢森堡等国专利，以及3项PCT专利），荣获“江苏省第五届十大杰出专利发明人”称号。主持的项目获国家科技进步二等奖1项，江苏省科技进步一等奖1项、二等奖1项，中国轻工业联合会科技进步一等奖1项、二等奖3项，中国商业联合会科技进步特等奖2项、一等奖3项，教育部科技进步二等奖2项，中国食品工业协会科技进步一等奖1项、二等奖2项。


原文链接
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107160