武汉轻工大学蔡杰课题组FH高分论文：以玉米醇溶蛋白-单宁酸-海藻酸钠复合物稳定的高内相乳用于负载β-胡萝卜素和3D打印- 大数跨境

武汉轻工大学蔡杰课题组FH高分论文：以玉米醇溶蛋白-单宁酸-海藻酸钠复合物稳定的高内相乳用于负载β-胡萝卜素和3D打印

食品工业科技编辑部

2023-05-06

以玉米醇溶蛋白-单宁酸-海藻酸钠复合物稳定的高内相乳用于负载β-胡萝卜素和3D打印

导读

β-胡萝卜素作为天然脂溶性色素，具有抗氧化、保护视力、增强免疫力和抗癌活性的功效，但它的水溶性差，在光、热、氧气以及酸性条件下极易降解并失去生理活性，限制了其在功能性食品中的开发与应用。目前已开发出多种方法用于β-胡萝卜素的包埋递送，其中食品级颗粒稳定的高内相乳（HIPEs）在包埋脂溶性活性物质方面具有许多优势，例如，它具有更大的内相体积，能够包埋更多的活性物质。

3D打印近年来因其以低成本和高便捷性打印出各种新颖的设计模型，以满足消费者的需求而发展迅速。然而，目前用于3D打印的材料主要是面团、凝胶、巧克力、淀粉等，这些材料难以实现液态油的3D打印。HIPEs由于其良好的剪切变稀行为和较高的弹性模量而具有作为食品3D打印油墨的巨大潜力。利用HIPEs负载不同生物活性物质还可用于制备具有不同营养成分的功能性食品。

近日，武汉轻工大学蔡杰副教授、谢芳博士等制备了一种玉米醇溶蛋白-单宁酸-海藻酸钠复合物稳定的高内相乳（ZTS-HIPEs），然后将该高内相乳用于包埋脂溶性生物活性物质β-胡萝卜素并用于食品3D打印。该高内相乳表现出良好的pH和离子强度稳定性，可进一步用于负载和溶解β-胡萝卜素，并显著提高β-胡萝卜素在不同环境中的保留率以及模拟胃肠道中的生物可及性。此外，ZTS-HIPE具有良好的流变性能，可以作为食品级油墨进行3D打印，打印模型显示出良好的形状完整性和精确性。这项工作的结果为利用天然蛋白质、多酚和多糖来稳定HIPEs提供了一种新的方案，其有望作为疏水生物活性物质载体应用于3D打印制造未来食品。

该研究成果以“High internal phase Pickering emulsion stabilized by zein-tannic acid-sodium alginate complexes : β-Carotene loading and 3D printing”为题，发表在Food Hydrocolloids （Q1, IF=11.504）。

研究结论

研究人员成功利用玉米醇溶蛋白（Zein）-单宁酸（TA）-海藻酸钠（SA）复合物制备了载有β-胡萝卜素的高内相乳并用于3D打印（图1）。其中，Zein-TA复合颗粒（ZTs）通过反溶剂法制备以改善Zein的表面疏水性，而海藻酸钠是一种电负性较强的多糖，通过静电相互作用吸附在表面形成Zein-TA-SA复合颗粒（ZTSs）。研究表明，ZTs的质量比和浓度强烈影响HIPEs的形成和稳定，增加TA的量和ZTs的浓度可改善HIPEs的稳定性。此外，SA的加入由于增加了水相粘度以及在液滴周围形成强电负性界面膜，可以减小液滴尺寸并增加乳液的粘弹性。
利用该高内相乳对β-胡萝卜素进行包埋，显著提高了β-胡萝卜素在不同环境条件下的保留率。在模拟胃肠道消化过程中，包埋后β-胡萝卜素的生物可及性可达28.30%，高于单独的葵花籽油。此外，具有剪切变稀行为和适当储能模量的ZTS-HIPEs在应用于3D食品打印时具有相对较高的打印精度和稳定性，在3D打印中显示出良好的潜力，进一步加强了HIPEs与3D打印营养食品之间的联系。
总之，本研究中制备的ZTS-HIPEs不仅可以作为β-胡萝卜素的有效递送载体，还可以作为3D打印的潜在油墨。这项研究的结果有望为营养输送系统和未来食品制造提供HIPEs研究的新见解。

图文赏析

图1 ZTSs和ZTS HIPE的制备试图；ZTS-HIPEs在包埋β-胡萝卜素和3D食品打印中的应用。

图2 包埋β-胡萝卜素的ZT-0.4-HIPEs和ZTS-5-HIPEs的（A）外观、（B）包埋率和（C）细胞活力。在不同环境条件下，包埋β-胡萝卜素的葵花籽油、ZT-0.4-HIPEs和ZTS-5-HIPEs中的β-胡萝卜素，在28天内的保留率：（D）光照，25 ℃；（E）光照，4 ℃；（F）黑暗，25 ℃；（G）黑暗，4 ℃。包埋β-胡萝卜素的ZT-0.4-HIPEs和ZTS-5-HIPE的模拟消化结果（对照组为含β-胡萝卜素的葵花籽油）：（H）FFA释放率、（I）β-胡萝卜素生物可及性和（J）微观结构。比例尺为100 μm。

图3 ZTS-1-HIPEs、ZTS-2-HIPEs和ZTS-3-HIPEs，ZTS-4-HIPEs和ZTS-5-HIPEs的（A）剪切粘度曲线、（B）储能模量（G′）和损耗模量（G′′）。不同颗粒浓度（0.5-1.5 wt%）的ZTS-5稳定的包埋β-CE的HIPEs的（C）剪切粘度、（D）储能模量（G′）和损耗模量（G′′）。E：a-e：不同浓度的ZTS-5（0.5%-1.5%）稳定的负载β-CE的HIPEs的3D打印模型的照片。包括俯视图（a-e）、正视图（a1-e1）和侧视图（左：a2-e2，右：a3-e3）。f-j：ZTS-5（1.5%）稳定的β-CE负载HIPEs的不同3D打印模型的照片。比例尺为1厘米。

蔡杰

蔡杰，中共党员，博士，副教授，硕士研究生导师，现任武汉轻工大学硒科学与工程现代产业学院副院长。入选中国科协“青年人才托举工程”项目和湖北省省级人才计划，是中国农业技术推广协会富硒农业技术专业委员会副主任委员，《食品工业科技》青年编委，国际期刊《Foods》《Polymers》《Biosensors》客座编辑。长期致力于食品科学及其交叉领域的教学科研和高新技术研发工作，主要在碳水化合物资源开发与利用、食品功能因子包埋与递送、含硒活性物质开发与功能评价等领域开展持续的研究。主持国家自然科学基金项目、湖北省自然科学基金项目、湖北省教育厅科研计划项目等10余项。在Journal of Materials Chemistry A，ACS Applied Materials & Interfaces，ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Carbohydrate Polymers，Journal of Agricultural and Food Chemistry，Food Chemistry等期刊上发表论文100余篇，授权国家专利10余项。