江南大学の張敏教授チーム：大根/ジャガイモゲルの4Dプリント用マイクロカプセル化技術

出典: Food Research Private

2022年6月11日、江南大学の張敏教授のチームは、農林科学の第1ゾーンのトップジャーナルであるFood Research International（Q1; IF = 6.475）に「マイクロカプセルを使用した3Dプリント大根/ジャガイモゲル：マイクロ波赤外線加熱による色/風味の変化」と題するオンライン研究論文を発表しました。 Tiantian Tanが第一著者であり、Zhang Min教授が責任著者です。

現在、マイクロカプセルを使用して 3D プリントされた食品の色を変更するという報告は比較的少ないです。天然色素のマイクロカプセル化は、加熱刺激下での 3D 食品色の変化という観点から、食品の 4D 印刷にとって有望なアプローチとなる可能性があります。本研究では、壁材としてアラビアゴム/マルトデキストリン/β-シクロデキストリン、芯材としてシソ科植物赤色色素とローズオイルエッセンスを用いてマイクロカプセルを調製した。マイクロカプセルをさまざまな質量比で大根/ジャガイモゲルに加え、マイクロ波赤外線 (MIR) を応答刺激として使用して、3D プリントされたサンプルの色と風味の変化を調べました。

研究ハイライト

安定した天然紫紅色素とローズオイルエッセンスのマイクロカプセルを調製しました。
マイクロカプセルをマイクロ波赤外線 (MIR) で加熱すると、印刷されたペーストの色と風味が変化しました。
印刷されたサンプルの色は、マイクロカプセルの濃度と加熱時間によって変化しました。
マイクロカプセルの含有量が異なる材料を使用することで、魅力的な複合印刷を実現しました。

結論

大根/ジャガイモペーストに異なる質量比のマイクロカプセルを加えても、3Dプリントの印刷効果にはほとんど影響がありませんでした。
リソスペルマム赤色色素マイクロカプセルとβ-カロチンマイクロカプセルを添加した印刷ペーストの赤色値（a*）と黄色値（b*）は、加熱処理中に大幅に増加しました。
電子レンジで表面温度が66.6℃以上に加熱されると、マイクロカプセル構造が破壊され、印刷物の色や風味が大きく変化します。
この研究は、マイクロカプセルの熱放出の観点から 4D 食品印刷に関する新しいアイデアを提供します。
さまざまな天然着色料、エッセンシャルオイル、栄養素がマイクロカプセルに埋め込まれ、印刷インクに添加され、魅力的な 4D 変化を実現します。
今後は、より安定したマイクロカプセル壁材料を見つけるか、二重層壁材料を使用してカプセル化効果を向上させ、コア材料の安定性を高める必要があります。
より単純な加熱刺激や機能性物質の放出温度については、さらに調査する必要がある。

グラフィック鑑賞

図 1. マイクロカプセルの特性：マイクロカプセルの製造プロセス（a）；リトスペルマム赤色色素／ローズオイルエッセンスの SEM 画像（b-1、b-2、b-3 はそれぞれ 300×、800×、4.00k× の倍率で表示）（b）；β-カロチン／スイートオレンジオイルエッセンスの SEM 画像（c-1、c-2、c-3 はそれぞれ 300×、600×、4.00k× の倍率で表示）（c）；アルカリ溶液の添加によるマイクロカプセルへの影響（d）。

図2. マイクロカプセル添加量を変えたインクの印刷性試験。

図 3. リトスペルマムレッド顔料/ローズオイルエッセンスマイクロカプセルを添加した印刷サンプルの加熱時の色の変化 (a)、MIR 加熱時の印刷サンプルの温度分布 (b)。

図 4. β-カロチン/オレンジオイルフレーバーマイクロカプセルを添加したインクの MIR 加熱プロセス中の色の変化。

図 5. 加熱中の 2% リトスペルマム赤色顔料/ローズオイルエッセンスマイクロカプセル印刷インクの風味の変化 (a)。 0 分および 30 分における 2% マイクロカプセル印刷サンプルの風味化合物の PCA 分析 (b)。

著者について

江南大学食品科学工学部の張敏教授は、江南大学の二級教授であり、智山特別教授でもある。江蘇省国際生鮮食品知能加工・品質管理共同実験室の所長でもある。国家十万人材の一人に選ばれ、国務院から特別手当を受けている。彼は長年、ハイテクな生鮮食品の加工・保存に関する研究に従事しており、過去 10 年間で効率的な食品加工のための新技術の分野で画期的な研究を実施し、約 200 人の大学院生やポスドクを育成してきました。 2007 年以来、Journal of Food Engineering、Drying Technology、International Agrophysics、Foods などの SCI ジャーナルの編集委員/副編集長を務めています。彼はスウェーデン国際科学財団（IFS）の科学顧問であり、オーストラリアのクイーンズランド大学の食品科学の名誉教授でもあります。過去20年間、彼は第13次5カ年計画の国家重点研究開発プロジェクト1件、国家自然科学基金プロジェクト6件、第12次/第11次5カ年計画の国家863プロジェクト2件、および30件以上の産学共同重点プロジェクトを主宰し、国内外で230件以上の発明特許を取得し、江蘇省「トップ10優秀特許発明者賞」（2012年）および江蘇省特許発明者賞（2020年）を受賞しました。責任著者として590件以上のSCI論文を発表し、引用総数は13,000件を超え、H指数は70です。彼はELSIVER「中国高引用学者」リスト（2014年～現在）およびクラリベイトの世界「高引用科学者」リスト（2021年）に選ばれました。彼が主宰した研究成果は、国家科学技術進歩賞二等賞、江蘇省科学技術進歩賞一等賞、中国総商会科学技術賞特別賞、中国軽工業連合会科学技術進歩賞一等賞など科学技術関連の賞を受賞した。

論文リンク:
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111496