江南大学张慜教授团队：微波和超声波诱导香菇4D打印：麦角甾醇向维生素D2的高效转化

来源：食研私享

2022年3月29日，江南大学张慜教授团队在食品领域Top期刊Food Chemistry(中科院一区；IF：7.514)上在线发表了题为“4D printing induced by microwave and ultrasound for mushroom mixtures: Efficient conversion of ergosterol into vitamin D2(微波和超声波诱导食用菌4D打印：麦角甾醇向维生素D2的高效转化)”研究性论文。Jieling Chen为第一作者，张慜教授为通讯作者。

食用菌是唯一富含麦角甾醇的非动物性食物，麦角甾醇是维生素D2的前体。食用菌中的麦角甾醇经紫外线照射后可转化为维生素D，这使得麦角甾醇成为膳食维生素D的良好来源。在食用菌的消费和加工过程中，人们更喜欢菌盖，而畸形食用菌及其菌根通常被当做废弃物丢弃，从而产生大量可食用菌废弃物(占总产量的20%)。然而，这些食用菌废弃物的营养价值也很高。因此，利用食用菌废弃物具有重要的现实意义。

该研究中，研究人员将食用菌废弃物(香菇菌柄)与紫薯泥、甘油和氯化胆碱混合，形成一种复合油墨。然后再利用微波和超声波结合4D打印技术，促进香菇菌柄复合油墨打印模型中麦角甾醇向维生素D2的转化。在紫外光辐照下，不同辐照面积和不同物理场预处理的印刷模型的转化率是不同的。与原材料相比，印刷模型中的维生素D2浓度高出4.6倍。物理场预处理后产品中维生素D2比未预处理提高2.2-3.8倍。偏最小二乘回归(PLS)分析显示，辐照面积的影响最大，超声处理的影响最小。预处理提高了维生素D2含量，可能是因为预处理使麦角甾醇对紫外辐射更敏感，辐照面积的扩大增加了有利影响。该研究建立的预测麦角甾醇和维生素D2含量的人工神经网络模型能有效预测不同预处理条件和不同辐照面积下模型中麦角甾醇和维生素D2含量的变化。

图1. A: 3D打印实验的工艺设计。B: 不同油墨比例打印的代表性正方形模型。(a)-(d): 分别为10%、20%、30%和40%。(e)-(g): 当油墨A的比例为30%时打印的不同照射面积的模型。

图2. 3D打印油墨的流变测试和LF-NMR测试。A: 储存模量(Pa)；B: 损失模量(Pa)；C: 复合模量(Pa)；D: 粘度(Pa.s)；E: 不同油墨A含量下的LF-NMR测试结果；F: 相同配方和不同预处理方法下的LF-NMR结果。

图3. 各组麦角甾醇和维生素D2含量。A：不同组维生素D2含量；B：不同组的麦角甾醇含量。

图4. A：不同因素与麦角甾醇和维生素D2含量的相关系数；B：不同辐照面积下麦角甾醇和维生素D2的含量；C：不同微波功率下麦角甾醇和维生素D2的含量；D：不同超声波时间下麦角甾醇和维生素D2的含量。E：麦角甾醇含量的偏最小二乘回归(PLS)回归曲线；F：维生素D2含量的偏最小二乘回归(PLS)回归曲线。G：维生素D2含量的BP-ANN模型；H：麦角甾醇含量的BP-ANN模型。

图5. A: 不同预处理后3D打印油墨中麦角甾醇的含量。B: 微波和超声波预处理影响3D打印油墨中麦角甾醇含量的原因。

关于张慜

张慜 教授
江南大学食品学院

张慜，江南大学二级教授、至善特聘教授，江苏省“生鲜食品智能加工与品质监控”国际联合实验室主任，入选国家百千万人才，享受国务院特殊津贴。长期从事生鲜食品加工/保鲜高新技术研究，近十年来在食品高效加工新技术领域有开创性的研究，培养毕业研究生/博士后近200名。2007年起先后担任Journal of Food Engineering、Drying Technology、International Agrophysics、Foods等SCI刊物的编委/副主编。并兼任瑞典国际科学基金会(IFS)科学顾问、澳大利亚昆士兰大学食品科学荣誉教授。近20年主持十三五国家重点研发项目1项、国家自然科学基金项目6项、十二五/十一五国家863课题2项以及产学研重点项目30余项；获国内外发明专利授权230余项，荣获江苏省“十大杰出专利发明人奖”(2012年）和江苏省专利发明人奖（2020年）；以通讯作者发表SCI论文590余篇，被引总数超过1.3万次，H-index数为70，入选ELSIVER“中国高被引学者”榜单（2014-至今）和Clarivate全球“高被引科学家”榜单（2021年）。主持的研究成果获国家科技进步奖二等奖、江苏省科技进步奖一等奖、中国商业联合会科技奖特等奖、中国轻工业联合会科技进步奖一等奖等科技奖励。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132840