富含類胡蘿卜素功能食品3D打印新技術研究進展

來源：生鮮食品探究

類胡蘿卜素廣泛存在于各種植物性食物中，作為維生素A原在人類健康及營養(yǎng)方面發(fā)揮著至關重要的作用。但天然食品中類胡蘿卜素存在穩(wěn)定性差、生物利用度低等問題，一直制約著其在食品領域的應用開發(fā)。通過營養(yǎng)運載體系對類胡蘿卜素進行包封并賦予一定的結構形式，實現(xiàn)其穩(wěn)態(tài)化已成為當前研究熱點。3D 打印技術是一種增材制造技術，在精準營養(yǎng)配置、個性化定制等方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，為高生物利用度類胡蘿卜素功能性食品的開發(fā)提供了新思路。近幾年，江蘇省農科院農產品加工研究所馮蕾副研究員在 “十四五”國家重點研發(fā)計劃課題和國家自然科學基金的資助下針對富含類胡蘿卜素功能食品3D打印方面開展了一系列的研究，取得了一些研究進展并總結如下：

一、富含類胡蘿卜素的果蔬食品3D打印特性研究進展

細胞破裂是活性物質釋放的先決條件。針對果蔬基質類胡蘿卜素釋放率低的問題，研究了果蔬基質粒徑分布對類胡蘿卜素釋放率、流變特性、色澤、微觀結構等物理化學性質的影響，并構建了富含類胡蘿卜素果蔬3D打印體系。研究發(fā)現(xiàn)，隨著胡蘿卜粒徑逐漸減小，葉黃素、β-類胡蘿卜素及總類胡蘿卜素釋放率逐漸增加，胡蘿卜汁凝膠體系表觀粘度、儲能模量及損耗模量逐漸減小，打印精確度及穩(wěn)定性逐漸增加，亮度、內聚性逐漸增大。研究表明，減小果蔬基質粒徑，可導致細胞壁破裂，促進類胡蘿卜素向基質中的釋放。

圖1. 粒度分布對胡蘿卜汁凝膠體系類胡蘿卜素釋放率及打印特性的影響

二、富含類胡蘿卜素的淀粉凝膠3D打印特性研究進展
β-胡蘿卜素是類胡蘿卜素中維生素 A 最為重要的前體物質，將β-胡蘿卜素應用于營養(yǎng)補充劑或者強化食品的開發(fā)具有廣闊前景。以山藥淀粉為基質負載β-胡蘿卜素，通過添加親水膠體（瓜爾豆膠、黃原膠、卡拉膠、殼聚糖、阿拉伯膠）構建了負載β-胡蘿卜素淀粉凝膠打印體系，為功能性食品的個性化定制奠定基礎。研究發(fā)現(xiàn)，瓜爾豆膠、卡拉膠、殼聚糖及阿拉伯膠添加均可提高負載類胡蘿卜素淀粉凝膠的表觀粘度、儲能模量及損耗模量，增加凝膠硬度，降低相對結晶度，改善凝膠擠出性及打印成型性。同時，相比瓜爾豆膠、卡拉膠及阿拉伯膠，添加1.4%殼聚糖的淀粉凝膠具有較高的打印穩(wěn)定性，殼聚糖可促進淀粉凝膠中不易流動水向強結合水遷移，增強淀粉凝膠氫鍵作用力，促使凝膠孔隙更均勻分布。

圖2. 負載類胡蘿卜素淀粉凝膠3D打印特性

三、類胡蘿卜素高穩(wěn)定遞送體系的3D打印特性研究進展
β-胡蘿卜素化學性質不穩(wěn)定，極易受紫外線、氧、高溫、酸堿等影響出現(xiàn)氧化、降解及異構化，造成有效成分損失。針對β-胡蘿卜素穩(wěn)定性低的問題，探索了蛋白質-多糖復合乳液凝膠包埋β-胡蘿卜素用于開發(fā)高穩(wěn)定性類胡蘿卜素3D打印材料的研究，為提高β-胡蘿卜素的生物利用度提供理論依據(jù)。對比不同多糖與乳清分離蛋白復合體系對乳液凝膠流變性質、打印特性及β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響。結果表明，多糖添加可增加乳液凝膠的持水性、瞬時彈性、粘性及抗形變能力，降低水的流動性，其中，瓜爾豆膠與乳清分離蛋白相互作用可顯著提高復合體系乳液凝膠強度，增加微觀孔徑及孔隙率，改善乳液凝膠打印成型效果，從而提高β-類胡蘿卜素的光/熱穩(wěn)定性。

圖3. 類胡蘿卜素高穩(wěn)定遞送體系3D打印特性

團隊介紹

馮蕾副研究員于2013-2018年在江南大學食品學院張慜教授團隊攻讀博士學位，之后在江蘇省農業(yè)科學院農產品加工研究所進行相關研究工作。主要研究領域包括：果蔬加工及品質調控機理、類胡蘿卜素等營養(yǎng)健康食品精準制造。近年來主持國家自然科學基金、“十四五”國家重點研發(fā)計劃子課題、江蘇省重點研發(fā)子項目各1項，參與江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新基金、泰州市重大科技成果轉化項目等3項；發(fā)表相關科研論文10余篇；授權/申請發(fā)明專利10項；先后獲得江蘇省農業(yè)科技獎一等獎、江蘇省農業(yè)科學院研究創(chuàng)新獎二等獎各1項。

△江蘇省農業(yè)科學院農產品加工研究所馮蕾副研究員所在團隊近期合影