富含类胡萝卜素功能食品3D打印新技术研究进展

来源：生鲜食品探究

类胡萝卜素广泛存在于各种植物性食物中，作为维生素A原在人类健康及营养方面发挥着至关重要的作用。但天然食品中类胡萝卜素存在稳定性差、生物利用度低等问题，一直制约着其在食品领域的应用开发。通过营养运载体系对类胡萝卜素进行包封并赋予一定的结构形式，实现其稳态化已成为当前研究热点。3D 打印技术是一种增材制造技术，在精准营养配置、个性化定制等方面表现出明显优势，为高生物利用度类胡萝卜素功能性食品的开发提供了新思路。近几年，江苏省农科院农产品加工研究所冯蕾副研究员在 “十四五”国家重点研发计划课题和国家自然科学基金的资助下针对富含类胡萝卜素功能食品3D打印方面开展了一系列的研究，取得了一些研究进展并总结如下：

一、富含类胡萝卜素的果蔬食品3D打印特性研究进展

细胞破裂是活性物质释放的先决条件。针对果蔬基质类胡萝卜素释放率低的问题，研究了果蔬基质粒径分布对类胡萝卜素释放率、流变特性、色泽、微观结构等物理化学性质的影响，并构建了富含类胡萝卜素果蔬3D打印体系。研究发现，随着胡萝卜粒径逐渐减小，叶黄素、β-类胡萝卜素及总类胡萝卜素释放率逐渐增加，胡萝卜汁凝胶体系表观粘度、储能模量及损耗模量逐渐减小，打印精确度及稳定性逐渐增加，亮度、内聚性逐渐增大。研究表明，减小果蔬基质粒径，可导致细胞壁破裂，促进类胡萝卜素向基质中的释放。

图1. 粒度分布对胡萝卜汁凝胶体系类胡萝卜素释放率及打印特性的影响

二、富含类胡萝卜素的淀粉凝胶3D打印特性研究进展
β-胡萝卜素是类胡萝卜素中维生素 A 最为重要的前体物质，将β-胡萝卜素应用于营养补充剂或者强化食品的开发具有广阔前景。以山药淀粉为基质负载β-胡萝卜素，通过添加亲水胶体（瓜尔豆胶、黄原胶、卡拉胶、壳聚糖、阿拉伯胶）构建了负载β-胡萝卜素淀粉凝胶打印体系，为功能性食品的个性化定制奠定基础。研究发现，瓜尔豆胶、卡拉胶、壳聚糖及阿拉伯胶添加均可提高负载类胡萝卜素淀粉凝胶的表观粘度、储能模量及损耗模量，增加凝胶硬度，降低相对结晶度，改善凝胶挤出性及打印成型性。同时，相比瓜尔豆胶、卡拉胶及阿拉伯胶，添加1.4%壳聚糖的淀粉凝胶具有较高的打印稳定性，壳聚糖可促进淀粉凝胶中不易流动水向强结合水迁移，增强淀粉凝胶氢键作用力，促使凝胶孔隙更均匀分布。

图2. 负载类胡萝卜素淀粉凝胶3D打印特性

三、类胡萝卜素高稳定递送体系的3D打印特性研究进展
β-胡萝卜素化学性质不稳定，极易受紫外线、氧、高温、酸碱等影响出现氧化、降解及异构化，造成有效成分损失。针对β-胡萝卜素稳定性低的问题，探索了蛋白质-多糖复合乳液凝胶包埋β-胡萝卜素用于开发高稳定性类胡萝卜素3D打印材料的研究，为提高β-胡萝卜素的生物利用度提供理论依据。对比不同多糖与乳清分离蛋白复合体系对乳液凝胶流变性质、打印特性及β-胡萝卜素稳定性的影响。结果表明，多糖添加可增加乳液凝胶的持水性、瞬时弹性、粘性及抗形变能力，降低水的流动性，其中，瓜尔豆胶与乳清分离蛋白相互作用可显著提高复合体系乳液凝胶强度，增加微观孔径及孔隙率，改善乳液凝胶打印成型效果，从而提高β-类胡萝卜素的光/热稳定性。

图3. 类胡萝卜素高稳定递送体系3D打印特性

团队介绍

冯蕾副研究员于2013-2018年在江南大学食品学院张慜教授团队攻读博士学位，之后在江苏省农业科学院农产品加工研究所进行相关研究工作。主要研究领域包括：果蔬加工及品质调控机理、类胡萝卜素等营养健康食品精准制造。近年来主持国家自然科学基金、“十四五”国家重点研发计划子课题、江苏省重点研发子项目各1项，参与江苏省农业科技自主创新基金、泰州市重大科技成果转化项目等3项；发表相关科研论文10余篇；授权/申请发明专利10项；先后获得江苏省农业科技奖一等奖、江苏省农业科学院研究创新奖二等奖各1项。

△江苏省农业科学院农产品加工研究所冯蕾副研究员所在团队近期合影