江南大學(xué)張慜教授團(tuán)隊(duì)：微波和超聲波誘導(dǎo)香菇4D打印：麥角甾醇向維生素D2的高效轉(zhuǎn)化

來(lái)源：食研私享

2022年3月29日，江南大學(xué)張慜教授團(tuán)隊(duì)在食品領(lǐng)域Top期刊Food Chemistry(中科院一區(qū)；IF：7.514)上在線(xiàn)發(fā)表了題為“4D printing induced by microwave and ultrasound for mushroom mixtures: Efficient conversion of ergosterol into vitamin D2(微波和超聲波誘導(dǎo)食用菌4D打�。蝴溄晴薮枷蚓S生素D2的高效轉(zhuǎn)化)”研究性論文。Jieling Chen為第一作者，張慜教授為通訊作者。

食用菌是唯一富含麥角甾醇的非動(dòng)物性食物，麥角甾醇是維生素D2的前體。食用菌中的麥角甾醇經(jīng)紫外線(xiàn)照射后可轉(zhuǎn)化為維生素D，這使得麥角甾醇成為膳食維生素D的良好來(lái)源。在食用菌的消費(fèi)和加工過(guò)程中，人們更喜歡菌蓋，而畸形食用菌及其菌根通常被當(dāng)做廢棄物丟棄，從而產(chǎn)生大量可食用菌廢棄物(占總產(chǎn)量的20%)。然而，這些食用菌廢棄物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也很高。因此，利用食用菌廢棄物具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

該研究中，研究人員將食用菌廢棄物(香菇菌柄)與紫薯泥、甘油和氯化膽堿混合，形成一種復(fù)合油墨。然后再利用微波和超聲波結(jié)合4D打印技術(shù)，促進(jìn)香菇菌柄復(fù)合油墨打印模型中麥角甾醇向維生素D2的轉(zhuǎn)化。在紫外光輻照下，不同輻照面積和不同物理場(chǎng)預(yù)處理的印刷模型的轉(zhuǎn)化率是不同的。與原材料相比，印刷模型中的維生素D2濃度高出4.6倍。物理場(chǎng)預(yù)處理后產(chǎn)品中維生素D2比未預(yù)處理提高2.2-3.8倍。偏最小二乘回歸(PLS)分析顯示，輻照面積的影響最大，超聲處理的影響最小。預(yù)處理提高了維生素D2含量，可能是因?yàn)轭A(yù)處理使麥角甾醇對(duì)紫外輻射更敏感，輻照面積的擴(kuò)大增加了有利影響。該研究建立的預(yù)測(cè)麥角甾醇和維生素D2含量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能有效預(yù)測(cè)不同預(yù)處理?xiàng)l件和不同輻照面積下模型中麥角甾醇和維生素D2含量的變化。

圖1. A: 3D打印實(shí)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)。B: 不同油墨比例打印的代表性正方形模型。(a)-(d): 分別為10%、20%、30%和40%。(e)-(g): 當(dāng)油墨A的比例為30%時(shí)打印的不同照射面積的模型。

圖2. 3D打印油墨的流變測(cè)試和LF-NMR測(cè)試。A: 儲(chǔ)存模量(Pa)；B: 損失模量(Pa)；C: 復(fù)合模量(Pa)；D: 粘度(Pa.s)；E: 不同油墨A含量下的LF-NMR測(cè)試結(jié)果；F: 相同配方和不同預(yù)處理方法下的LF-NMR結(jié)果。

圖3. 各組麥角甾醇和維生素D2含量。A：不同組維生素D2含量；B：不同組的麥角甾醇含量。

圖4. A：不同因素與麥角甾醇和維生素D2含量的相關(guān)系數(shù)；B：不同輻照面積下麥角甾醇和維生素D2的含量；C：不同微波功率下麥角甾醇和維生素D2的含量；D：不同超聲波時(shí)間下麥角甾醇和維生素D2的含量。E：麥角甾醇含量的偏最小二乘回歸(PLS)回歸曲線(xiàn)；F：維生素D2含量的偏最小二乘回歸(PLS)回歸曲線(xiàn)。G：維生素D2含量的BP-ANN模型；H：麥角甾醇含量的BP-ANN模型。

圖5. A: 不同預(yù)處理后3D打印油墨中麥角甾醇的含量。B: 微波和超聲波預(yù)處理影響3D打印油墨中麥角甾醇含量的原因。

關(guān)于張慜

張慜 教授
江南大學(xué)食品學(xué)院

張慜，江南大學(xué)二級(jí)教授、至善特聘教授，江蘇省“生鮮食品智能加工與品質(zhì)監(jiān)控”國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任，入選國(guó)家百千萬(wàn)人才，享受?chē)?guó)務(wù)院特殊津貼。長(zhǎng)期從事生鮮食品加工/保鮮高新技術(shù)研究，近十年來(lái)在食品高效加工新技術(shù)領(lǐng)域有開(kāi)創(chuàng)性的研究，培養(yǎng)畢業(yè)研究生/博士后近200名。2007年起先后擔(dān)任Journal of Food Engineering、Drying Technology、International Agrophysics、Foods等SCI刊物的編委/副主編。并兼任瑞典國(guó)際科學(xué)基金會(huì)(IFS)科學(xué)顧問(wèn)、澳大利亞昆士蘭大學(xué)食品科學(xué)榮譽(yù)教授。近20年主持十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目1項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目6項(xiàng)、十二五/十一五國(guó)家863課題2項(xiàng)以及產(chǎn)學(xué)研重點(diǎn)項(xiàng)目30余項(xiàng)；獲國(guó)內(nèi)外發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)230余項(xiàng)，榮獲江蘇省“十大杰出專(zhuān)利發(fā)明人獎(jiǎng)”(2012年）和江蘇省專(zhuān)利發(fā)明人獎(jiǎng)（2020年）；以通訊作者發(fā)表SCI論文590余篇，被引總數(shù)超過(guò)1.3萬(wàn)次，H-index數(shù)為70，入選ELSIVER“中國(guó)高被引學(xué)者”榜單（2014-至今）和Clarivate全球“高被引科學(xué)家”榜單（2021年）。主持的研究成果獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、江蘇省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科技獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)、中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等科技獎(jiǎng)勵(lì)。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132840