西南大学：高熱安定性ゼラチンエマルジョンの調製と3Dプリントへの応用

出典：重慶市四川省及び重慶特産食品重点実験室

近年、さまざまな消費者グループ（アスリート、高齢者、子供、宇宙飛行士など）の食品に対する特定のニーズにより、カスタマイズされた食品の研究が新たなトレンドになり、一定の注目を集めています。食品 3D プリントは、利便性、柔軟性、カスタマイズされた栄養、サプライチェーンの簡素化などの独自の機能により、幅広い注目を集めています。いくつかの研究では、高内部相エマルジョンが 3D プリントに使用できることが確認されていますが、ゼラチンベースの高内部相エマルジョンの 3D プリントへの応用研究はまだ不足しています。ゼラチンは、コラーゲンを適度に加水分解して生成される高分子量の天然ポリペプチドポリマーです。低コストで生体適合性と乳化特性に優れているため、食品分野で広く使用されています。近年、ゼラチンベースのエマルジョンの研究と応用はホットな話題となっており、主にゼラチンナノ粒子とその安定したピカリングエマルジョンの調製に焦点を当てています。ナノ粒子は通常、反溶媒法を使用して製造されますが、この方法ではグルタルアルデヒドやアセトンなどの有毒な試薬を使用し、製造方法が煩雑で大量生産が困難なため、食品への応用が制限されます。本研究は、ゼラチンエマルジョン研究における問題点を解決することを目的としています。A型ゼラチンを原料として、TG酵素で修飾したゼラチンを簡単な方法で架橋し、食品グレードの高内相エマルジョンを安定化させ、TG酵素架橋時間がゼラチンの分子量分布、高内相エマルジョンの微細構造、熱安定性、レオロジー特性に与える影響を調査します。

研究によると、TG酵素架橋はゼラチンの分子量の増加を効果的に促進し、それによって安定化された高内相エマルジョンは均一な液滴径（図1）と優れた保存安定性を備えています。同時に、TG酵素架橋ゼラチンで安定化した高内相エマルジョンは優れた熱安定性を示しました。90℃と120℃で20分間加熱した後、ゼラチンで安定化した高内相エマルジョン（4時間の架橋に基づく）の微細構造と粘度はほとんど変化しませんでした（図2）。これは、高温滅菌後、TG酵素架橋ゼラチンで安定化した高内相エマルジョンは室温で保存できることを意味します。レオロジー分析では、架橋時間の増加に伴って、高内部相エマルジョンの粘度は高くなり、周波数依存性は低くなり（図 3）、これは 3D プリンティングへの潜在的な応用を示しています。その後の3Dプリント実験でも、高内部相エマルジョンは優れた3Dプリント性能を持つことが確認されました（図4）。同時に、調製を制御して、さまざまな色の3Dプリント製品を得ることができます。この研究は、高い熱安定性を持つゼラチンベースの高内部相エマルジョンの簡単な調製方法を提供し、また、実際の食品への応用のための理論的根拠も提供します。

図1.高内部相エマルジョンの外観と光学顕微鏡による形態

図2. 高温（90℃または121℃）で熱処理した後の高内部相エマルジョン

図3. 高内部相エマルジョンの粘度と周波数依存性

図4. 高内部相エマルジョンの3Dプリント

張宇浩について

張宇豪教授西南大学食品科学部

張宇浩、男性、西南大学教授、博士課程指導教員、学部長。主な研究分野：動物性タンパク質の機能と構造効果、動物性食品加工副産物、エマルジョンおよびハイドロゲルの利用、水産物加工。デンマーク・コペンハーゲン大学客員研究員、重慶市高等教育機関優秀人材計画選抜、重慶市科学技術リーダー（予備候補）、重慶市生態漁業システムポスト科学者、中国食品科学技術学会青年活動委員会委員、中国畜産加工研究協会理事、重慶市食品産業協会副会長、重慶市特産食品工学技術研究センター理事、重慶市農産物加工重点実験室所長、重慶市科学技術青年連合会理事、「食品産業技術」や「食品研究開発」などの学術誌編集委員、「食品科学」学術誌若手編集委員、「食品化学」や「食品ハイドロコロイド」などの国際学術誌査読者。彼は、SCI に索引付けされた 40 本以上の論文を含む、100 本以上の関連学術論文を発表しています。国家発明特許9件、国家実用新案特許2件、中国農業科学技術賞科学研究成果一等賞1件、中国穀物油脂協会科学技術一等賞1件、中国食品産業・大学・研究革新発展サミットフォーラム優秀科学研究成果賞2件、中国農業科学院科学技術成果二等賞1件を獲得しています。中国国家自然科学基金の総合プロジェクト、青年プロジェクト、国家重点研究開発計画のサブプロジェクト、重慶市のCOVID-19緊急科学技術研究特別プロジェクト、重慶市の重点基礎科学および先端技術研究プロジェクト、中国ポストドクター科学基金の総合プロジェクトおよび特別資金プロジェクトなど、20以上のプロジェクトを主宰してきました。

論文リンク: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106536

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