江南大学の張敏教授のチーム：マイクロ波と超音波によるキノコの4Dプリント：エルゴステロールからビタミンD2への効率的な変換

出典: Food Research Private

江南大学の張敏教授のチームは2022年3月29日、食品分野のトップジャーナルである『食品化学』（中国科学院第1区、IF: 7.514）に「マイクロ波と超音波によるキノコ混合物の4Dプリンティング：エルゴステロールからビタミンD2への効率的な変換」と題するオンライン研究論文を発表しました。 Jieling Chenが第一著者であり、Zhang Min教授が責任著者です。

食用キノコは、ビタミン D2 の前駆体であるエルゴステロールが豊富な唯一の非動物性食品です。食用キノコに含まれるエルゴステロールは紫外線にさらされるとビタミン D に変換されるため、食事中のビタミン D の優れた供給源となります。食用菌類の消費や加工の際には、キノコの傘が好まれる一方、変形した食用菌類やその菌根は通常廃棄物として廃棄されるため、大量の食用菌類廃棄物（総生産量の20%を占める）が生じています。しかし、これらの食用菌類廃棄物の栄養価も高いです。したがって、食用菌類廃棄物の利用は重要な実用的意義を有する。

この研究では、研究者らは食用菌類の廃棄物（椎茸の柄）を紫芋のピューレ、グリセリン、塩化コリンと混ぜて複合インクを作った。次に、マイクロ波と超音波を4D印刷技術と組み合わせて、椎茸の柄の複合インク印刷モデルでエルゴステロールからビタミンD2への変換を促進しました。 UV 照射下では、照射領域が異なり、物理的な場の前処理が異なる印刷モデルの変換率は異なります。印刷されたモデル中のビタミンD2の濃度は、原材料と比較して4.6倍高かった。物理的な圃場前処理後の製品中のビタミン D2 含有量は、前処理なしの場合と比較して 2.2 ～ 3.8 倍増加します。部分最小二乗回帰（PLS）分析の結果、照射領域の効果が最も大きく、超音波処理の効果は最も小さいことが示されました。前処理によりビタミン D2 含有量が増加しましたが、これはおそらく前処理によってエルゴステロールが紫外線に対してより敏感になり、照射領域の拡大によって有益な効果が増大したためと考えられます。本研究で確立されたエルゴステロールとビタミンD2含有量を予測するための人工ニューラルネットワークモデルは、異なる前処理条件と異なる照射領域におけるモデル内のエルゴステロールとビタミンD2含有量の変化を効果的に予測できます。

図 1. A: 3D 印刷実験のプロセス設計。 B: 異なるインク比率で印刷された代表的な正方形モデル。 (a)-(d): それぞれ10%、20%、30%、40%。 (e)-(g): インクAの割合が30%のときに印刷された、照射領域の異なるモデル。
図 2. 3D プリントインクのレオロジー試験と LF-NMR 試験。 A: 貯蔵弾性率 (Pa); B: 損失弾性率 (Pa); C: 複素弾性率 (Pa); D: 粘度 (Pa.s); E: 異なるインク A 含有量での LF-NMR 試験結果; F: 同じ配合で異なる前処理方法での LF-NMR 結果。
図3. 各グループのエルゴステロールとビタミンD2の含有量。 A: 異なるグループにおけるビタミン D2 含有量。B: 異なるグループにおけるエルゴステロール含有量。
図 4. A: さまざまな要因とエルゴステロールおよびビタミン D2 含有量との相関係数。B: さまざまな照射領域でのエルゴステロールおよびビタミン D2 含有量。C: さまざまなマイクロ波出力でのエルゴステロールおよびビタミン D2 含有量。D: さまざまな超音波時間でのエルゴステロールおよびビタミン D2 含有量。 E: エルゴステロール含有量の部分最小二乗回帰 (PLS) 回帰曲線。F: ビタミン D2 含有量の部分最小二乗回帰 (PLS) 回帰曲線。 G: ビタミン D2 含有量の BP-ANN モデル。H: エルゴステロール含有量の BP-ANN モデル。
図 5. A: さまざまな前処理後の 3D プリントインク中のエルゴステロール含有量。 B: マイクロ波および超音波前処理が 3D プリントインクのエルゴステロール含有量に影響を与える理由。
張敏について

江南大学食品科学工学部張敏教授

張敏氏は江南大学の二級教授、芝山特別教授であり、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.foodchem.2022.132840

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