江南大學張慜團隊：利用新型添加劑改善天然食品凝膠的3D/4D打印特性
時間：2021-09-04 21:04 來源：食研私享 作者：admin 閱讀：次
2021年9月1日，江南大學食品科學與技術國家重點實驗室：Yangyang
Chen（1作）......、張慜*（通訊）等在農林科學1區TOP期刊Food
Hydrocolloids（IF：9.147）在線發表了題為“Improving 3D/4D printing characteristics
of natural food gels by novel additives: A review”的綜述文章。
3D打印技術及其延伸的4D打印技術自提出以來得到了廣泛發展，并應用于航空航天、生物醫學、食品等多個行業領域。然而，3D/4D食品打印存在材料局限性，一些天然食品凝膠無法直接應用于3D/4D食品打印，而且大多數天然食品凝膠往往具有較差的打印特性，難以或無法用來打印。
食品添加劑有著悠久的應用歷史，可以改變天然食品凝膠的一些特性。適宜的流變性能是3D/4D食品打印的首要條件，大部分的研究都是圍繞改善油墨的流變性能展開的，而對改善油墨的熱性能、靜電性能、營養特性和感官品質（尤其是靜電性能和營養特性）的研究仍然不足。
該文主要從脂質、親水膠體和碳水化合物三類添加劑入手，探討了這三類添加劑在3D/4D食品打印中對天然食品凝膠印刷特性（流變特性、熱性能、靜電性能、營養特性和感官品質）的改善作用。
成果介紹
近年來，3D食品打印的研究規模迅速擴大，適合打印的天然食品凝膠也逐漸被開發出來。由于天然食品體系一般不能直接打印，因此，可用于3D食品打印的食品體系還比較少。然而，食品3D打印技術快速發展的一個必要條件是它具有種類繁多的打印材料和良好的印刷特性。該文對添加劑和3D食品打印的應用現狀進行了綜合分析，發現目前3D打印中使用的添加劑主要有三類：親水膠體、碳水化合物和脂質添加劑。這三類添加劑可以改善天然食品體系的流變特性、熱學性能、靜電性能、營養特性和感官品質，從而獲得適合打印、具有優良感官特性的3D打印產品。
同樣的問題是，通過加入添加劑改善天然食品凝膠的印刷特性（主要是熱、靜電和營養特性）的研究較少，因此，今后還需要進一步的研究。其中，改善3D打印食品的營養特性值得特別關注，這主要體現在相關研究的缺乏和消費者的營養需求上。
在未來的工作中，可以開發新的或基于目前開發的天然食品凝膠，為消費者提供精準營養定制。這可能會改善消費者的健康狀況，消除一些由營養不良引起的疾病。
專 家 簡 介
張慜
張慜教授是浙江平湖人，曾完成兩站博士后研究，現為江南大學二級教授，食品學院責任教授、博士生導師,兼任食品資源開發與綜合利用方向負責人。主要從事生鮮食品資源加工、貯藏保鮮機理和工程研究。1998年起他招收碩士生，培養碩士生121名【已畢業104名】；2000年起招收博士生，培養博士生46名【已畢業32名】；2004年起招收博士后和高訪學者，培養博士后7名、高訪學者2名。2000年入選江蘇省“青藍工程”和江蘇省“333工程”。2004年入選首批“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，2006年享受國務院政府特殊津貼, 2005年起擔任瑞典國際科學基金委（IFS）食品學科科學顧問；2007年起先后擔任3個SCI學術刊物（Journal of Food Engineering；Drying Technology; International Agrophysics）以及《食品與生物技術學報》、《食品安全質量檢測學報》、《干燥技術與設備》等國內學術刊物的編委。2013年8月起，被澳大利亞昆士蘭大學授予食品科學領域的榮譽教授。他已在國家級出版社出版專、譯著26部，其中與多家龍頭企業出版聯合專著8部；國家十二五重點圖書1部，主編英文版國際系列會議論文集1本，應邀出版BOOK CHAPTER10個，共同主編英文專著2本；以責任作者在SCI國際刊物上發表了252篇論文，其中影響因子3.0以上的論文28篇，影響因子2.0-3.0的論文74篇；被引總數3765次，他引2820篇次，h-index數為33。申報了194項國家發明專利（156項已獲授權）和18項國際專利（德國、日本、法國、韓國、瑞士、澳大利亞、美國、比利時、盧森堡等國專利，以及3項PCT專利），榮獲“江蘇省第五屆十大杰出專利發明人”稱號。主持的項目獲國家科技進步二等獎1項，江蘇省科技進步一等獎1項、二等獎1項，中國輕工業聯合會科技進步一等獎1項、二等獎3項，中國商業聯合會科技進步特等獎2項、一等獎3項，教育部科技進步二等獎2項，中國食品工業協會科技進步一等獎1項、二等獎2項。
3D打印技術及其延伸的4D打印技術自提出以來得到了廣泛發展，并應用于航空航天、生物醫學、食品等多個行業領域。然而，3D/4D食品打印存在材料局限性，一些天然食品凝膠無法直接應用于3D/4D食品打印，而且大多數天然食品凝膠往往具有較差的打印特性，難以或無法用來打印。
食品添加劑有著悠久的應用歷史，可以改變天然食品凝膠的一些特性。適宜的流變性能是3D/4D食品打印的首要條件，大部分的研究都是圍繞改善油墨的流變性能展開的，而對改善油墨的熱性能、靜電性能、營養特性和感官品質（尤其是靜電性能和營養特性）的研究仍然不足。
該文主要從脂質、親水膠體和碳水化合物三類添加劑入手，探討了這三類添加劑在3D/4D食品打印中對天然食品凝膠印刷特性（流變特性、熱性能、靜電性能、營養特性和感官品質）的改善作用。
△圖文摘要
成果介紹
近年來，3D食品打印的研究規模迅速擴大，適合打印的天然食品凝膠也逐漸被開發出來。由于天然食品體系一般不能直接打印，因此，可用于3D食品打印的食品體系還比較少。然而，食品3D打印技術快速發展的一個必要條件是它具有種類繁多的打印材料和良好的印刷特性。該文對添加劑和3D食品打印的應用現狀進行了綜合分析，發現目前3D打印中使用的添加劑主要有三類：親水膠體、碳水化合物和脂質添加劑。這三類添加劑可以改善天然食品體系的流變特性、熱學性能、靜電性能、營養特性和感官品質，從而獲得適合打印、具有優良感官特性的3D打印產品。
同樣的問題是，通過加入添加劑改善天然食品凝膠的印刷特性（主要是熱、靜電和營養特性）的研究較少，因此，今后還需要進一步的研究。其中，改善3D打印食品的營養特性值得特別關注，這主要體現在相關研究的缺乏和消費者的營養需求上。
在未來的工作中，可以開發新的或基于目前開發的天然食品凝膠，為消費者提供精準營養定制。這可能會改善消費者的健康狀況，消除一些由營養不良引起的疾病。
圖1. 對近年來3D食品打印熱點的分析結果。
圖2. 3D食品打印中凝膠體系的打印框架圖。
圖3. 在不同溫度下用不同油墨打印的圖像：（a）卡拉膠-黃原膠-淀粉；（b）天然淀粉。
圖4. 水凝膠化學交聯、離子交聯和復合凝聚物形成機制。
圖5. 3D食品打印的形狀、紋理和三維結構示例。
圖6. 3D食品打印顏色變化階段：（a）（b）單噴嘴打印；（c）雙噴嘴打印；（d）,（e）（f）單/雙噴嘴打印刺激反應自發變色；（g）單/雙噴嘴打印刺激反應快速自發變色。
專 家 簡 介
張慜教授是浙江平湖人，曾完成兩站博士后研究，現為江南大學二級教授，食品學院責任教授、博士生導師,兼任食品資源開發與綜合利用方向負責人。主要從事生鮮食品資源加工、貯藏保鮮機理和工程研究。1998年起他招收碩士生，培養碩士生121名【已畢業104名】；2000年起招收博士生，培養博士生46名【已畢業32名】；2004年起招收博士后和高訪學者，培養博士后7名、高訪學者2名。2000年入選江蘇省“青藍工程”和江蘇省“333工程”。2004年入選首批“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，2006年享受國務院政府特殊津貼, 2005年起擔任瑞典國際科學基金委（IFS）食品學科科學顧問；2007年起先后擔任3個SCI學術刊物（Journal of Food Engineering；Drying Technology; International Agrophysics）以及《食品與生物技術學報》、《食品安全質量檢測學報》、《干燥技術與設備》等國內學術刊物的編委。2013年8月起，被澳大利亞昆士蘭大學授予食品科學領域的榮譽教授。他已在國家級出版社出版專、譯著26部，其中與多家龍頭企業出版聯合專著8部；國家十二五重點圖書1部，主編英文版國際系列會議論文集1本，應邀出版BOOK CHAPTER10個，共同主編英文專著2本；以責任作者在SCI國際刊物上發表了252篇論文，其中影響因子3.0以上的論文28篇，影響因子2.0-3.0的論文74篇；被引總數3765次，他引2820篇次，h-index數為33。申報了194項國家發明專利（156項已獲授權）和18項國際專利（德國、日本、法國、韓國、瑞士、澳大利亞、美國、比利時、盧森堡等國專利，以及3項PCT專利），榮獲“江蘇省第五屆十大杰出專利發明人”稱號。主持的項目獲國家科技進步二等獎1項，江蘇省科技進步一等獎1項、二等獎1項，中國輕工業聯合會科技進步一等獎1項、二等獎3項，中國商業聯合會科技進步特等獎2項、一等獎3項，教育部科技進步二等獎2項，中國食品工業協會科技進步一等獎1項、二等獎2項。
(責任編輯：admin)
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