添加胶原蛋白肽的3D打印巧克力的研发

《Journal of Food Engineering》：Development of 3D-printed chocolate fortified with collagen peptides

　　

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  利用多孔淀粉/β-环糊精体系成功制备了负载胶原蛋白肽的微胶囊
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  系统研究了微胶囊添加对巧克力流变特性及打印性能的影响
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  成功制备出了富含胶原蛋白肽的功能性3D打印巧克力

引言

胶原蛋白肽是通过天然胶原蛋白水解产生的低分子量生物活性肽，具有独特的物理化学性质和多种生物活性（Wu等人，2022）。由于其分子量低、亲水性高、易消化吸收，胶原蛋白肽作为功能性食品成分受到了广泛关注。因此，它被广泛应用于食品、化妆品和生物医学领域（Ma等人，2025；Tang等人，2022；Yang等人，2024）。近年来，消费者对健康的重视进一步推动了富含胶原蛋白肽的功能性食品的需求。已有研究开发出多种创新产品，如鱼胶原蛋白-蔓越莓汁饮料（Zhang等人，2023）以及含有胶原蛋白肽和水果浆的功能性蛋白棒（Hastaoglu等人，2023），这些产品旨在提高消费者的接受度，并便于将胶原蛋白肽融入日常饮食中。

然而，在食品加工和储存过程中，胶原蛋白肽容易受到温度、pH值和氧气等环境因素的影响，从而导致其降解或功能丧失，进而限制了其在食品工业中的应用可行性（Fu等人，2015；Tang等人，2023）。此外，胶原蛋白肽往往带有鱼腥味等不良气味，这也进一步限制了其在食品中的应用（Nilsuwan等人，2021）。值得注意的是，近年来微囊化技术被广泛认为是保护生物活性肽、掩盖不良风味并提高其稳定性的有效方法（Li等人，2023；Yan等人，2022）。例如，Jamshidi等人（2020）将微囊化的鱼蛋白水解物和鱼油加入酸奶中，证明了在传统乳制品基质中添加封装成分的可行性。

近几十年来，新兴的3D食品打印技术从一种新颖概念迅速发展成为一种多功能制造工具。与传统的加工技术相比，3D食品打印能够更精确、高效地定制复杂的形状、口味、质地和营养成分（Huang等人，2023），为功能性食品的开发以及个性化饮食方案提供了新的途径（Wu等人，2023）。迄今为止，已经开发出了多种功能性3D打印食品。巧克力在全球范围内广为消费，具有较高的能量价值，并能带来多种益处（Cao等人，2025）。由于其热可逆特性，巧克力能够在液态和固态之间平滑转换，从而实现精确沉积和快速结构稳定，因此被视为3D食品打印的理想基质（Pilavci等人，2024）。近年来，3D打印功能性巧克力逐渐成为研究热点。例如，Pilavci等人（2024）将ChocOmega-3封装在海藻酸钠微珠中，然后喷涂在3D打印巧克力的表面，制得了富含ω-3脂肪酸的巧克力。类似地，Cao等人（2025）使用多孔淀粉封装益生菌并将其加入巧克力中用于3D打印，从而得到了高益生菌含量的功能性巧克力。Erunsal等人（2023）将角豆提取物加入黑巧克力中用于3D打印，使巧克力富含膳食纤维和多酚类抗氧化剂，进而创造出一种低糖、营养功能更强且结构可定制的新型3D打印功能性巧克力。不过据我们所知，现有文献中尚未涉及将胶原蛋白肽加入巧克力中进行3D打印的研究。尤其由于3D打印巧克力的流变行为和打印性能容易受成分影响，因此有必要仔细研究添加的功能性成分——如负载肽的微胶囊——对这些关键特性的影响，以确保打印过程的顺利进行（Athira等人，2023）。

因此，本研究的主要目的是探讨将胶原蛋白肽引入3D打印巧克力的可行性，重点研究胶原蛋白肽的添加与巧克力的流变行为及打印性能之间的相互作用。为实现这一目标，首先采用多孔淀粉/β-环糊精复合材料通过喷雾干燥法制备了胶原蛋白肽微胶囊。选择这种封装体系是因为先前的研究表明，多孔淀粉与β-环糊精的组合能够有效提升生物活性化合物的封装效率、装载量和稳定性（Wang等人，2012；Zheng等人，2021）。随后，将这些微胶囊加入巧克力配方中用于3D打印。接着评估了微胶囊的添加对巧克力基质流变特性及打印性能的影响。通过将微囊化技术与3D食品打印相结合，本研究提出了一种可行的策略，可在保持良好打印性能和肽保留率的同时，开发出富含胶原蛋白肽的功能性巧克力产品。

章节要点

材料

鱼皮胶原蛋白肽购自中国陕西的陕西泰米生物科技有限公司。多孔淀粉购自日本的马图达化学工业有限公司。β-环糊精购自中国河南的河南中辰生物科技有限公司。BCA蛋白浓度测定试剂盒购自中国上海的上海元叶生物科技有限公司。3D打印巧克力棒则购自杭州世银科技有限公司。

基于封装效率的制备参数优化

首先，我们根据封装效率来优化实验参数，因为该指标直接反映了目标物质装载和保留的效果。图1(a)展示了芯壁比對微胶囊封装效率的影响。随着壁材比例的增加，封装效率最初上升，在芯壁比为1:2时达到峰值，随后随着壁材比例的进一步增加而下降。图1

讨论

在本研究中，采用喷雾干燥法，通过多孔淀粉/β-环糊精对胶原蛋白肽进行微囊化处理。首先研究了配方因素，如芯壁比和固体含量，以及喷雾干燥过程中的关键参数——进风温度——对封装效率的影响。之后对所制备微胶囊的结构特征进行了分析，并评估了它们在3D打印巧克力中的表现。

确实，

结论

本研究采用了胶原蛋白肽/多孔淀粉/β-环糊精体系，通过喷雾干燥法制备了负载胶原蛋白肽的微胶囊。此外，还系统研究了含有胶原蛋白肽微胶囊的巧克力的流变特性、质地特性以及3D打印性能。研究结果证实，这些微胶囊已成功制备，而且负载胶原蛋白肽的微胶囊可以有效地被加入巧克力中用于3D

作者贡献声明

邵晶晶：撰写——初稿、实验研究、正式分析、数据整理。胡佳淼：撰写——审阅与编辑、项目管理、资金获取、概念设计。林少玲：撰写——审阅与编辑、指导工作。张毅：撰写——审阅与编辑、指导工作、资金获取。曹玉金：结果验证。郑志鹏：正式分析

未引用参考文献

Li等人，2020；Tang等人，2022。

利益冲突声明

? 作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

致谢

作者感谢以下机构的支持：中国国家重点研发计划（2023YFF1104304），福建农林大学优秀论文培育项目（7120ED2533）。

Jinge Shao|Yujin Cao|Zhipeng Zheng|Shaoling Lin|Yi Zhang|Jiamiao Hu