3D打印加工荷载绿原酸水凝胶体系的适印性和适用性.pdf
《3D打印加工荷载绿原酸水凝胶体系的适印性和适用性.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《3D打印加工荷载绿原酸水凝胶体系的适印性和适用性.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、食品工程 食品科学 2023,Vol.44,No.15 953D打印加工荷载绿原酸水凝胶体系的 适印性和适用性南希骏,周泉城,李娅婕,倪乙丹,郭婷婷,厉佳怡,王红磊,韩钦硕,白海媚,盛桂华*(山东理工大学农业工程与食品科学学院,山东 淄博 255049)摘 要:3D食品打印(3-dimensional food printing,3DFP)是一种符合未来生活方式的高效食品加工方式。水凝胶作为递送体系因具有能够定向递送等特点而成为研究的热点。本研究对荷载绿原酸(chlorogenic acid,CA)水凝胶体系进行3DFP,测定其质构特性、流变特性、微观结构、包埋率及消化特性,探究3DFP加工对
2、荷载CA甲基纤维素/透明质酸水凝胶体系结构性质、物化性质、功能性质等的影响,揭示水凝胶在3DFP加工适印性和适用性规律。结果表明,满足3DFP加工的最佳荷载CA水凝胶体系为甲基纤维素-透明质酸-CA质量比8 0.5 0.5。与其他配比及3DFP加工前样品相比,该体系经3DFP加工后的3D打印物宽度偏差最小,为13.40%,硬度最高,弹性最大,且黏附性最小;此外,该体系3D打印物结构紧密、孔隙均匀、不易塌陷、支撑性好,打印成型性最好。3DFP加工对水凝胶物理结构有良好的优化效果,而且不会改变水凝胶的化学性质;CA包埋率比3D打印前提高了22.09 个百分点;在胃肠消化模拟中,3DFP加工后样品C
3、A释放率高于3DFP加工前样品CA释放率,具有良好缓释作用,其体外释放情况符合Ritger-Peppas方程模型。综上,该水凝胶体系具有良好的适印性和适用性,3DFP加工对荷载CA水凝胶及其功能因子CA靶向释放有显著改善效果。关键词:3D食品打印;水凝胶;绿原酸;适印性;适用性;递送体系Printability and Applicability of 3D Printing System Loaded with Chlorogenic Acid HydrogelNAN Xijun,ZHOU Quancheng,LI Yajie,NI Yidan,GUO Tingting,LI Jiayi,W
4、ANG Honglei,HAN Qinshuo,BAI Haimei,SHENG Guihua*(School of Agricultural Engineering and Food Science,Shandong University of Technology,Zibo 255049,China)Abstract:Three-dimensional food printing(3DFP)is an efficient way of food processing in line with the future lifestyle.As a delivery system,hydroge
5、l has become a research hotspot because of its remarkable characteristics such as directed delivery.The purpose of this study was to explore the effects of 3DFP on the structure,physical properties and functions of hydrogels containing methylcellulose(MC),chlorogenic acid(CA)and hyaluronic acid(HA)f
6、or the purpose of revealing the printability and applicability of hydrogels in 3DFP processing.Texture properties,rheological properties,microstructure,embedding rate and digestive properties of the 3D printed products were measured.The results showed that the best CA-loaded hydrogel system for 3DFP
7、 processing consisted of MC,HA and CA at a mass ratio of 8:0.5:0.5.Its printed product showed the smallest width deviation(13.40%),the highest hardness,the maximum elasticity,and the minimum adhesiveness,had compact structure and uniform porosity,was not easy to collapse,and had good supportability
8、and the best printing moldability.3DFP well optimized the physical structure of hydrogel without changing its chemical properties.The embedding rate of CA was 22.09 percentage points higher than that before 3D printing.In simulated gastrointestinal digestion test,the release rate of CA from the prin
9、ted product was significantly higher than that of the unprinted samples,showing a good sustained release effect,and the in vitro release of CA was fitted to the Ritger-Peppas model.These results 收稿日期:2022-07-18基金项目:山东省重点研发计划项目(2019GNC106084);山东理工大学招远工业技术研究院创新研究基金项目(9101-2212401;9101-220193);2022年山东省
10、专业学位研究生教学案例库(SDYAL21130)第一作者简介:南希骏(1998)(ORCID:0000-0003-4305-954X),男,硕士研究生,研究方向为功能性食品。E-mail:*通信作者简介:盛桂华(1976)(ORCID:0000-0003-3933-7930),女,高级实验师,博士,研究方向为功能性食品。E-mail:96 2023,Vol.44,No.15 食品科学 食品工程showed that the hydrogel system had good printability and applicability,and 3DFP could significantly i
11、mprove the targeted release of CA loaded in hydrogel.Keywords:3D food printing;hydrogel;chlorogenic acid;printability;applicability;delivery systemDOI:10.7506/spkx1002-6630-20220718-199中图分类号:TS201.7 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2023)15-0095-08引文格式:南希骏,周泉城,李娅婕,等.3D打印加工荷载绿原酸水凝胶体系的适印性和适用性J.食品科学,2023,44(15):9
12、5-102.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220718-199.http:/NAN Xijun,ZHOU Quancheng,LI Yajie,et al.Printability and applicability of 3D printing system loaded with chlorogenic acid hydrogelJ.Food Science,2023,44(15):95-102.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220718-199.http:/3D食品打印
13、(3-dimensional food printing,3DFP)又被称为食品增材制造,是最精确的食品制造加工技术之一,也是实现定制食品、精准营养的一种加工方式1。3DFP加工研究探究的内容包括3D打印材料的适印性(理化特性、流变特性等)和3D打印物的适用性(机械性能、结构性能和包埋率等)2。水凝胶是通过物理或化学交联形成的一种具有三维网络结构的聚合物体系3,材质接近生物体组织,具备定向递送的生理条件,与细胞有良好的相溶性,可防止营养成分物质在有机溶剂中的转性和溶解,利于亲水性物质的荷载。但其硬度、胶着性偏高,在未来食品价值链中应用还需进一步的研究4。此外,由于化学凝胶的低安全性和物理凝胶的
14、不稳定性5,近年来,稳定的物理共价键水凝胶成为了研究的热点。目前,3DFP水凝胶备受科研人员青睐。相比传统模具造型,3DFP剪切作用导致水凝胶硬度、胶着性得到改善,对人体机械刺激更小,生物吸收性更好,还可以改善水凝胶其他机械性、可降解性、生物相容性、成型性和使用方便性等6-7。然而,3DFP加工过程中水凝胶涉及的反应类型、机理规律、组分互作机制等却尚不清楚,而这些问题是制约3DFP行业发展的瓶颈。3DFP加工条件、功能因子互作机制直接决定了3D打印体系运输和控释效果,是本领域亟需解决的关键性科学问题。绿原酸(chlorogenic acid,CA)是一种多酚类物质,具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、降
15、血压等作用8,但 对 于 C A 的 体 内 递 送 鲜 有 报 道。甲 基 纤 维 素(methylcellulose,MC)具有良好的生物相容性、成胶特性、水溶性、成膜性以及反向温敏特性,可用作可食用膜以及水凝胶制备材料9-10。林莹等9利用MC的反向温敏特性和成胶特性成功制备了可以包埋药物的水凝胶。但目前MC在3DFP领域研究较少。透明质酸(hyaluronic acid,HA)具有润化、抗氧化性、延缓衰老、抗炎等生理作用11。但目前其在3DFP领域中的研究应用也较少。综上所述,MC/HA水凝胶体系在3DFP方面的研究与应用较少。故本研究旨在探究3DFP加工荷载CA的MC/HA水凝胶递送
16、体系的适印性和适用性,揭示3DFP加工对水凝胶运输体系结构、物理特性、包埋率以及CA控释等影响规律,从而为3DFP加工技术和功能因子递送体系方面提供理论参考。1 材料与方法1.1 材料与试剂HA(333 kDa)华熙生物科技股份有限公司;MC(4 000 MPas)、CA(纯度98%)、-淀粉酶(4 000 U/g)、猪胃蛋白酶(3 000 U/mg)、猪胆粉、胰酶(1 4 000)、福林-酚等 上海爱纯生物有限公司。1.2 仪器与设备FOODBOT-S食品3D打印机 杭州时印科技有限公司;FD-1A-50冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司;恒 温 振 荡 箱 常 州 市 万 丰 仪 器
17、制 造 有 限 公 司;UV759CRT紫外-可见分光光度计 青岛聚创环保集团有限公司;HH-2数显恒温水浴锅 常州丹瑞实验仪器设备有限公司;SL-1D4精密分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。1.3 方法1.3.1 水溶胶的制备取不同添加量(6%、7%、8%、9%,以体系质量计,下同)MC于蒸馏水中,90 下加热搅拌至MC颗粒完全润湿、分散均匀,随后4 保存过夜。第2天取出MC凝胶体系,加入不同添加量(0.02%、0.05%、0.10%)CA(或/和HA),搅拌10 min至完全溶解,得到MC-CA、MC-HA、MC-CA-HA均匀透明溶液,4 贮存备用。1.3.2 3D打印将所制
18、的水凝胶使用螺杆挤出式3D打印机进行样品制样。3D打印机实验模型是长宽高为食品工程 食品科学 2023,Vol.44,No.15 973.7 cm 0.50 cm 0.50 cm的长方体,设置相关打印参数如下:喷嘴高度4 mm、喷嘴移动速率30 mm/s、喷嘴内径尺寸0.84 mm、打印层高0.80 mm,每种材料打印5 个样品。打印后样品烧杯罩上,防止水分蒸发,1 h内完成指标测定。1.3.3 3D打印材料成型性测定视觉直观观察分析3D打印物成型性,即3D打印物打印形状、成型效果等评价指标。1.3.4 3D打印样品打印精度测定游标卡尺测量3D打印物的宽度。打印的偏差量按 式(1)计算。?10
19、0?/%?/mm?/mm?/mm(1)1.3.5 质构特性测定用TPA模式测定打印前后样品的硬度、弹性、咀嚼度、黏附性等12。质构仪参数设定:测前速率5 mm/s、测试速率1 mm/s、测后速率2 mm/s、压缩率70%、起点感应力2.50 g、两次压缩时间间隔7.50 s。1.3.6 动态剪切流变性能测定将打印前后样品置于室温中稳定30 min后测定动态剪切流变性能。设定温度25、平板直径40 mm、间隙1 mm、应变设置0.20%(线性黏弹区内)、扫描频率0.1010.00 Hz,测定动态流变曲线13。1.3.7 扫描电子显微镜观察 将冻干打印样品固定在样品座上,喷金,以放大倍数500 倍
20、的扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察样品的横断面和纵切面的微观结构14。1.3.8 傅里叶变换红外光谱测定打印前后冻干样品粉末与KBr粉末以1 100的质量比球磨研磨均匀,抽空下压成透明薄片,4 000600 cm1范围内进行傅里叶变换红外光谱扫描,以KBr空白压片作对照15。1.3.9 X射线衍射测定 将 打 印 前 后 冻 干 样 品 粉 末 置 于 带 孔 铝 片(15 mm20 mm1.5 mm)中,随后压紧,进行X射线衍射测试。测试条件:扫描范围350;测角精度20.01;角分辨率半峰全宽0.1;角度重现 性0.000 116。1.
21、3.10 CA包埋率的测定1.3.10.1 CA标准曲线的绘制采用0.2 mol/L盐酸-甲醇溶液定容CA标准品,在329.9 nm波长处测定不同CA质量浓度标准品的吸光度,以CA质量浓度/(g/mL)为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。得到线性回归方程:y0.008x0.002 5,R20.995 4。1.3.10.2 CA含量及包埋率测定将刚打印前后的样品分别进行称质量,记录各组 质量。将打印后的样品放入离心管中,向离心管中加入适量的体积分数70%乙醇溶液,在40 恒温振荡器中溶解30 min,分别取1 mL待测溶液于试管中,以1 mL的体积分数70%乙醇溶液作空白对照。使用紫外分光光
22、度计在329.9 nm波长处测定各试管中溶液的吸光度17。根据回归方程计算提取液中的CA质量浓度/(g/mL),并按 式(2)计算CA包埋率。?100?/%?CA?CA?(2)1.3.11 体外模拟消化体外模拟消化参考饶雪甜等18的方法进行。1.3.11.1 模拟消化液的制备参照Minekus等19的方法制备模拟唾液、模拟胃液和模拟肠液。1.3.11.2 体外模拟口腔消化0.50 g样品与3.50 mL模拟唾液、0.50 mL淀粉酶(酶活力为1 500 U/mL)、25 L 0.30 mol/L CaCl2和975 L蒸馏水混匀,37 恒温振荡器中消化2 min后迅速放入液氮终止反应,备用。1
23、.3.11.3 体外模拟胃消化将通过模拟口腔消化后残留的3DFP样品加入到胃消化组的50 mL离心管中。胃消化组离心管中分别添加7.50 mL的模拟胃液、1.60 mL 25 000 U/mL的猪胃蛋白酶、5 L0.30 mol/L CaCl2、702 L 5 mol/L HCl和193 L蒸馏水。以模拟胃液作为空白对照。37 恒温振荡消化2 h,在0、24、48、72、96、120 min时取样。1.3.11.4 体外模拟肠消化将模拟胃消化后残留的3DFP样品加入到肠消化组的50 mL离心管中。肠消化组离心管中分别添加711 mL的模拟肠液、5 mL 800 U/mL的胰酶、2.50 mL
24、4%的猪胆汁、40 L0.3 mol/L的CaCl2、460 L 5 mol/L的NaOH和1 mL蒸馏水。以模拟肠液作为空白对照。37 恒温振荡器消化2 h,0、24、48、72、96、120 min时取样。将释放液在3 000 r/min下离心10 min,取上层清液,测定释放液在329.90 nm波长处的吸光度17,按式(3)计算不同时间(t/min)CA从3D打印样品中的累计释放率(Q/%)20。?100Q/%?mtm(3)式中:mt是t时刻累计释放的总CA质量/mg;m是初始包埋在水凝胶中的总CA质量/mg。1.4 数据统计与分析实验结果分析采用SPSS 17.0软件中单因素方差分析
25、法进行显著性分析,P0.05表示差异显著;采用Origin 2018软件作图。98 2023,Vol.44,No.15 食品科学 食品工程2 结果与分析2.1 MC添加量对3D打印样品的可打印性的影响探究水中MC添加量对打印体系可打印性的影响,结果如表1所示,6%和7%添加量的MC水凝胶可以打印成型,而当MC添加量超过为7%时,体系因为流动性差等而无法打印。表 1 不同添加量的MC水凝胶的3D可打印性Table 1 3D printability of hydrogels with different concentrations of MCMC添加量/%6789可打印性可打印成型可打印成型偏
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 打印 加工 荷载 绿原酸水 凝胶 体系 适印性 适用性
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。