FRI: 脂質を低下させる水中油型エマルジョンの調製と3Dプリントへの応用

出典：国立食肉センターより

江南大学の王氏と国立食肉センターの他の研究者らは、雑誌「Food Research International」に「脂肪を減らした油中水型エマルジョンの製造と3Dプリントへの応用」を発表した（責任著者：李金偉氏）。

3D 食品プリントは、食品インクを層ごとにコンピューターで堆積させることで実現される、食品業界における新しい製造技術です。油分体積分率74%の水中油型高内部エマルジョンの脂肪含有量は高すぎるため、肥満、糖尿病、冠状動脈疾患、高血圧などの慢性疾患を引き起こす可能性もあるため、脂肪の低減は現在研究のホットスポットとなっています。最近では、植物性ワックスは天然で、手頃な価格で、生分解性であるという利点から、油性ゲル化剤として人気が高まっています。その中で、ひまわりワックス（SW）は液体油に対する優れた油ゲル化因子です。わずか0.3～0.5重量％で油滴同士をうまく結合させて緻密な油ゲルネットワークを形成できるため、低油相での使用に大きな可能性を秘めています。さらに、天然界面活性剤としてのレシチンは、フルーツワックスベースのオイルゲルの構造を強化できる補助オイルゲル因子であることが示されています。同時に、レシチンはオイルゲルの特性を損なうことなくワックス濃度を下げる可能性があります。レシチンは、W/O エマルジョンのレオロジー特性を制御する上で大きな可能性を秘めていることも示されています。そのため、本研究では、3D プリント用の脂肪低減 W/O エマルジョンの調製に、新規の SW と大豆ホスファチジルエタノールアミン (SP) を提案しました。

油中水型（W/O）エマルジョンは、3D プリント用の脂質低下食品の設計に有望です。本研究では、ヒマワリワックス（SW、1.0重量％）と大豆ホスファチジルエタノールアミン（SP、0.5重量％）を使用して、水分含有量65％のオレオゲルベースのW/Oエマルジョンを調製し、その安定性は30日を超えました。 SP は、界面張力を低下させるだけでなく、X 線回折とレオロジーの結果から、SW の結晶化習性を変化させ、SW ベースのオイルゲルの外部構造を強化する補助的なオイルゲル因子であると考えられます。強力な外部オイルゲル構造は、液滴の動きを減らして物理的安定性を向上させるだけでなく、3D プリントにおけるエマルジョンゲルの成形および支持能力にも役立ちます。レオロジー測定に基づくと、ラテックスゲルは、SP の増加とともに、押し出し (せん断減粘挙動)、回復 (優れたチキソトロピー)、および自己支持 (十分な貯蔵弾性率と変形抵抗) などの印刷特性が向上することが示されました。 3D 印刷では、成長した SP を含むエマルジョンゲルは形状保持性が向上し、より繊細で鮮明な特徴を持つデザインの印刷が可能になりました。この研究は、天然成分の 3D プリントを使用して脂肪を減らした食品を作成する W/O エマルジョンの形成に関する新たな知見を提供します。

研究成果
SWベースのオイルゲルに対するSP濃度の影響。 (A) 外観、(B) 遠心安定性、(C) 油ゲル膜上の水の接触角の測定、(D) XRD 分析。
(A) フロースキャン、(B) 周波数スキャン、(C) ひずみスキャン、(D) 異なる SP 濃度 (0.5-3.0 wt%) の SW ベースのオイルゲルの FTIR 分析。
異なる ф で調製された W/O エマルジョンは含まれません。 (A) 外観、(B) 光学顕微鏡 (上) および CLSM (下) で明らかにされた微細構造、(C) フロースキャン、(D) 周波数スキャン、(E) ひずみスキャン。
(A) フロースイープ、(B) チキソトロピー試験、(C) 周波数スイープ、(D) ひずみスイープ、(E) テクスチャ分析、(F) 官能分析、(G) 異なる SP 濃度 (0.5-3.0 wt%) の W/O エマルジョンゲルの 3D プリント。
結論 3D プリント用の低カロリー/低脂肪食品を開発するには、脂肪の量を水で置き換えて脂肪の摂取量を減らすという有望な戦略があり、通常は W/O エマルジョンの形で使用されます。本研究では、3Dプリント用に、0.5 wt%のSPと1.0 wt%のSWを使用して、Φ = 0.65の脂肪低減W/Oエマルジョンを調製しました。 SP は界面張力を低下させ、油ゲルネットワークを強化するのに役立ち、それによって W/O エマルジョン内の液滴の動きが減少します。 SP添加量の増加に伴い、エマルジョンゲルの印刷性能が向上し、見かけの粘度、回復、自立性（十分な貯蔵弾性率と変形抵抗）もすべて向上しました。プリントされた中空パターンはより繊細で、崩壊現象がありません。 W/O エマルジョンは天然成分から作られ、合成界面活性剤を完全に置き換え、優れた印刷特性を備えています。このW/Oエマルジョンは、脂肪摂取量を減らし、消費者の天然成分に対する需要を満たし、3Dプリントにおける健康食品の応用を広げるという利点があります。今後は、W/O エマルジョン中の水の量を増やすことが理にかなっています。今後の研究では、天然成分を使用して W/O 高内部相エマルジョン (W/O-HIPE) を形成することに重点を置く必要があります。これにより、印刷性能が向上するだけでなく、脂肪摂取量もさらに削減されます。また、SP はコストが高いため、印刷性能に影響を与えずに SP の量を減らす必要があります。

オリジナルリンク:
Wang Meng、Zhang Jiaxiang、Fan Liuping、Li Jinwei。(2023)脂肪分を減らした油中水型エマルジョンの製造と3Dプリンティングへの応用、Food Research International、172:113118。

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