使用殼聚糖調(diào)節(jié)肌原纖維蛋白穩(wěn)定的高內(nèi)相乳液以增強3D打印食品的性能
時間:2024-06-06 09:48 來源:國家肉品中心 作者:admin 閱讀:次

高內(nèi)相乳液(HIPEs)是內(nèi)相體積大于74%的乳液凝膠,由不規(guī)則形狀和互連液滴組成的凝膠狀網(wǎng)絡(luò),從而賦予乳液半固體的質(zhì)地特性。對于食品膠體的3D 打印,人們越來越傾向于使用生物相容性材料作為合成乳化劑的替代品。在這些選擇中,肉類蛋白,特別是肌原纖維蛋白(MP),因其低過敏性和均衡的營養(yǎng)成分而受到關(guān)注。然而,僅僅依靠MP來穩(wěn)定 HIPEs 可能不足以成功獲得3D 打印食品所需的紋理特性。為解決這一限制,將多糖摻入HIPEs中可以實現(xiàn)多種功能,包括增稠、自支撐和增強網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此外,應(yīng)仔細考慮多糖種類的選擇、引入方法、系統(tǒng)增強機制和應(yīng)用范圍,以有效 解決MP穩(wěn)定的HIPEs的局限性。
本試驗探究了殼聚糖 (CS) 濃度(0-1.5 wt.%)對MP基HIPEs 的理化性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、流變性質(zhì)和乳液穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,MP 和 CS 之間的相互作用通過改變界面張力和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效地調(diào)節(jié) HIPEs 的形成。CS(≤0.9 wt.%,特別是0.6 wt.%)的添加起到了空間屏障的作用,填充了液滴之間的網(wǎng)絡(luò),引發(fā)了CS和MP顆粒之間的靜電排斥,增強了MP的界面吸附能力,導(dǎo)致液滴尺寸減小,乳液穩(wěn)定性增加,并且 HIPEs 在凍融循環(huán)、離心和熱處理過程中變得更加穩(wěn)定。流變分析進一步表明,MP基HIPEs的低儲能模量(G',330.7 Pa)在自支撐階段表現(xiàn)出下垂和變形。然而,添加CS (0.6 wt.%) 顯著增加了MP基HIPEs的 G' (1034 Pa)。相反,CS (> 0.9 wt.%) 導(dǎo)致的粘度和空間阻力的增加明顯使乳液液滴尺寸變大,從而降低了MP基HIPEs 的可打印性。這些發(fā)現(xiàn)為使用 MP 穩(wěn)定的 HIPEs 開發(fā)高性能和消費者滿意的 3D 打印墨水提供了一種有前景的策略。
1.MP基HIPEs單因素實驗設(shè)計

圖1. MP濃度、勻漿轉(zhuǎn)速和勻漿時間對HIPEs乳液粒徑(D4,3)和儲能模量(G’)的影響。(A) MP濃度(0-4 wt.%);(B) 勻漿轉(zhuǎn)速(4000-16000 rpm);(C) 勻漿時間(60-240 s)
2.中性和酸性條件下MP的微觀結(jié)構(gòu)

圖2. (A) MP電泳圖;(B) pH 7.0 和 pH 3.5下MP 水溶液的外觀以及 TEM 圖;(C) 肌原纖維、肌球蛋白絲、肌動蛋白絲和單體肌球蛋白的尺寸和結(jié)構(gòu)示意圖
3.MP/CS混合溶液的顆粒形貌

圖3. MP/CS 混合溶液結(jié)構(gòu)。(A) 視覺外觀;(B) AFM 圖
4.MP/CS混合溶液的顆粒表征

圖4. MP/CS 混合溶液 (pH 3.5) 的表征。(A) FTIR 光譜;(B) 顆粒粒徑;(C) zeta 電位;(D) 界面張力
5.MP/CS穩(wěn)定的HIPEs表征

圖5. (A) 視覺外觀和 CLSM 圖;(B) 液滴大小和分布;(C) Turbiscan 穩(wěn)定性指數(shù);(D) 背散射光變化
6.MP/CS穩(wěn)定的HIPEs油墨的流變學(xué)表征

圖6. MP/CS穩(wěn)定HIPEs的流變性表征。(A)剪切速率掃描;(B)MP/CS穩(wěn)定HIPEs在0.1 s-1時的粘度;(C)三間隔觸變測試;(D)頻率掃描;(E)應(yīng)變掃描;(F)應(yīng)變掃描的損耗因子(G''/G')
7.MP/CS穩(wěn)定的HIPEs油墨的物理穩(wěn)定性

圖7.
MP/CS穩(wěn)定HIPEs的物理穩(wěn)定性。(A)新鮮HIPE和在80℃下加熱30分鐘的新鮮HIPEs的視覺外觀;(B)光學(xué)顯微照片(×20和×40);(C)凍融處理前后HIPEs的視覺外觀;(D)
以 8000 rpm 離心 15 分鐘后 HIPEs 的視覺外觀
8.MP/CS穩(wěn)定的HIPEs油墨的打印性

圖8. (A) 3D打印機及設(shè)計模型;(B) 3D打印的HIPEs對比圖。分別由MP(1.5 wt.%)和MP/CS(1.5wt.%/0.6wt.%)穩(wěn)定;(C)3D打印的“心形”、“長方體”、“五角星”和“月餅”外觀圖。
9.MP/CS溶液穩(wěn)定HIPEs的機制假設(shè)

圖 9. CS 添加對MP基HIPEs形成的機制假設(shè)。(A) 0 wt.% CS;(B) 0.6 wt.% CS;(C) 1.5 wt.% CS
結(jié)論
(1)提高均質(zhì)速度和 MP 濃度可以形成穩(wěn)定的 HIPEs。然而,僅通過 MP 穩(wěn)定的 HIPEs 表現(xiàn)出較差的可打印性。
(2)CS 濃度顯著影響MP基HIPEs的打印性和穩(wěn)定性。增加CS濃度(≤0.9 wt.%)有利于形成致密的粘彈性界面膜,有效抵抗液滴團聚,從而提高HIPEs在離心、凍融循環(huán)和熱處理在下的穩(wěn)定性。特別是,含有 0.6 wt.% CS 的 MP 基 HIPEs 表現(xiàn)出優(yōu)異的打印特性,例如觸變恢復(fù)和自支撐行為。相反,過量的 CS 含量(> 0.9 wt.%)會導(dǎo)致液滴尺寸增大,并降低MP基HIPEs 的流變特性。
本文來源:
Zhang, F., Wang, P., Huang, M., & Xu, X. (2023). Modulating the properties of myofibrillar proteins-stabilized high internal phase emulsions using chitosan for enhanced 3D-printed foods. Carbohydrate Polymers, 121540.
(責(zé)任編輯:admin)
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