中国农科院加工所植物蛋白团队：探究了高内相Pickering乳液在热敏性食品3D打印中的应用特性

高内相Pickering乳液在递送活性物质及作为脂肪替代物方面发挥出巨大的优势，同时因其具有高粘度和机械强度的特性，近年来在作为3D打印油墨方面得到了关注。但多使用动物源蛋白作为乳化剂，不满足可持续及素食人群的需求。另一方面，高内相Pickering乳液在加热的过程中易出现严重的结构破坏，在热敏性3D打印中具有一定的局限性。

本研究采用凝胶破碎法，构筑了基于大豆分离蛋白的微凝胶颗粒，并借助壳聚糖显著改善了微凝胶颗粒的润湿性，在此基础上，制备了高稳定性O/W型高内相Pickering乳液。通过激光共聚焦显微镜观察到液滴紧密堆积在一起，在低拉普拉斯压力下部分液滴呈多面体型并与相邻液滴共享界面膜，形成凝胶网络结构；通过控制油和颗粒的含量使高内相Pickering乳液具有优异的结构支撑能力和触变性，在挤出后更好的恢复结构，赋予打印造型更高的精确性，当含油量为75%，颗粒浓度为3.0%时，精确性和稳定性分别达到97.88%和99.23%。此外，打印后的加热过程中，姜黄素和NaHCO3的引入导致颜色从黄色变为红棕色，从而实现了温度驱动颜色变化的热敏性3D打印。该研究构筑的基于高内相Pickering乳液的可食用油墨具有在食品和其他行业中应用热敏性3D打印的潜力，为基于食品级高内相Pickering乳液开发个性化3D/4D打印定制食品提供了新原料和新思路。

图1 加热对3D打印枫叶形状颜色的影响

图2 影响关键3D打印指标的流变特性以及热敏3D打印的颜色变化机理

项目资助：

本研究得到国家重点研发计划（2022YFF1101400、2023YFE0104900）；国家自然科学基金项目（32172149）；中国农业科学院青年创新计划（Y2022QC11）；农业科技创新工程（CAAS-ASTIP-2024-IFST）的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110833

通讯作者介绍：

王强

二级研究员/博士生导师

王强，二级研究员，博士生导师，国际食品科学院院士，2021、2023年中国工程院院士增选有效候选人，入围全球前2%顶尖科学家“终身科学影响力榜单”与2021、2022“年度科学影响力榜单”。现任中国农业科学院农产品加工研究所资深首席，国家花生产业技术体系加工研究室主任、九三学社中央农林委委员，新疆自治区油料产业技术体系首席科学家。全国优秀科技工作者，全国首批农业科研杰出人才，全国科技助力精准扶贫先进个人，入选国家“百千万人才工程”并获“有突出贡献中青年专家”荣誉称号，享受国务院特殊津贴，农业部“粮油加工技术与工程”创新团队首席，农业农村部神农英才“领军人才”，中国农业科学院领军人才，中国粮油学会花生食品分会会长，中国食品科学技术学会植物基食品分会副理事长，《Food Biomacromolecules》创刊主编、《Journal of Integrative Agriculture》食品栏目执行主编，《NPJ Science of Food》编委。

长期从事粮油加工与营养健康领域科学研究，首次构建了花生加工适宜性评价技术，筛选出加工专用品种，解决了我国花生混收混用、产品品质差的瓶颈问题；颠覆了传统压榨制油技术与方法，建立了国内第一条花生低温制油与蛋白联产生产线，开发出高品质花生油和蛋白系列新产品，推动了花生产业的高质量发展；在国际上首次提出高水分挤压过程中蛋白纤维结构形成的“分层叠变”新理论，创建了基于高水分挤压的植物基肉制品颠覆性加工新技术，革新设计了智能化加工装备和可视化平台，引领了植物基肉制品产业发展新方向。主持“十五”国家重大科技专项、“十二五”科技支撑计划、“十三五”国家重点研发计划专项（基础研究类）、国家自然科学基金、863、公益性行业（农业）科研专项、国际科技合作专项重点项目等国家项目和课题50余项。获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖、中华农业科技奖一等奖、ICC最高学术奖、中国专利优秀奖、中国商业联合会科学技术奖特等奖、中国食品科学技术学会科技创新奖突出贡献奖等多项国家或省部级奖励，主笔撰写的《关于“大力发展新疆花生产业夯实新疆长治久安基础”的建议》、《关于“大力推动我国花生产业高质量发展”的建议》分别得到中共中央领导和国务院领导批示。授权发明专利105项（其中国际专利12项），软件著作权12项，制修订国家和行业标准10项，出版著作13部（英文专著3部），发表学术论文340余篇，其中SCI 论文130篇、IF>10 36篇，IF>15 3篇，ESI全球前1%高被引论文8篇，h-index 41，总被引约6000次，培养硕博研究生、博士后及外国留学生120多人。

石爱民

研究员/硕士生导师

石爱民，博士，研究员，硕士生导师。“十四五”国家重点研发计划项目-中欧研究创新旗舰合作计划项目首席科学家，国家粮食和物资储备局“全国粮食行业青年拔尖人才”，入选中国科协“青年人才托举工程”，中国农科院“青年创新”专项人才、加工所“珠峰计划”A类人才。现任农业农村部粮油加工综合利用技术集成实验室副主任、植物蛋白结构与功能调控创新团队首席科学家，兼任中国粮油学会理事、中国粮油学会粮油营养分会理事、中国农学会食物与营养专业委员会委员，国际学术期刊《Frontiers in Nutrition》副主编、《Journal of Integrative Agricultural》《中国农业科学》青年编委、《Foods》编委。

长期从事花生、核桃等植物蛋白结构与功能调控基础研究及产品开发。先后主持“十四五”国家重点研发计划项目（千万级）、国家自然科学基金面上项目、科技部高端外国专家项目、新疆自治区重点研发项目课题（千万级）等项目课题近20项；参与科技部对发展中国家援助项目、中国农科院创新工程等项目多项；主持和主要负责横向项目5项。研究成果曾被选为“十三五”国家科技创新成就展参展成果，获2018年中国粮油学会第一届青年科技奖1项（第1）、2019年神农中华农业科技一等奖1项（第3）、2017年全国商业联合会科学技术特等奖1项（第2）等。发表学术论文120余篇，其中第一作者和通讯作者在Angew. Chem. Int. Edit.（IF:16.6）、Redox Biol.（IF:11.4）、Food Hydrocolloid.（IF:10.7）、Crit. Rev. Food SCI.（IF:10.2）、ACS Appl. Mater. Interfaces（IF:9.5）等期刊发表SCI/EI论文50余篇，IF>10论文20篇、ESI全球前1%高被引论文3篇、封面论文2篇，总引用超过3800余次，h指数31（Google Scholar）；副主编著作2部，参编英文著作3部；授权国际发明专利8项、国家发明专利36项；制订并颁布农业行业标准2项。

第一作者介绍：

吴  超

硕士研究生

吴超，中国农业科学院农产品加工研究所与河北农业大学食品科技学院联合培养2021级硕士研究生，现为中国农业科学院农产品加工研究所植物蛋白团队科研助理，连续三年获得一等奖学金，课题为大豆蛋白基乳液体系构建及其3D打印特性研究。目前发表学术论文14篇，其中以第一作者在Food Hydrocolloids（JCR一区，IF=11.0）、LWT（JCR一区，IF=6.0）、《食品科学》等SCI/EI期刊发表学术论文6篇；申请国家发明专利1项；参编著作2部。