本發(fā)明涉及食品3d打印及其加工，具體涉及一種用于3d食品打印的高穩(wěn)定性果蔬凝膠材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、3d食品打印技術(shù)作為一種新興的食品制造技術(shù)，具備個(gè)性化定制、形狀多樣、營(yíng)養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，正逐漸成為食品加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該技術(shù)通過(guò)層層堆積的方式，能夠精確地控制食品的形狀、結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)成分，為消費(fèi)者提供前所未有的飲食體驗(yàn)。然而，3d食品打印技術(shù)的發(fā)展同時(shí)面臨著打印材料穩(wěn)定性不足和功能性材料研發(fā)落后的挑戰(zhàn)。

2、傳統(tǒng)的3d食品打印材料主要以巧克力、糖粉、面團(tuán)等為主，這些材料雖然在打印性能上表現(xiàn)優(yōu)異，但在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值上卻難以滿(mǎn)足人們對(duì)健康飲食的需求。目前兒童厭食的率約12％到34％，且往往伴有肥胖癥狀。飲食干預(yù)仍然是預(yù)防肥胖的關(guān)鍵手段，因?yàn)樗苯俞槍?duì)導(dǎo)致肥胖的主要因素。市場(chǎng)上盡管出現(xiàn)了一些添加蔬菜粉末或水果汁的食品打印材料，試圖通過(guò)這種方式增加食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但3d打印技術(shù)對(duì)食品原料的黏彈性要求比較高。使用3d打印制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的食品在很大程度上取決于材料的物理特性，以提供必要的結(jié)構(gòu)完整性，只靠果蔬中的果膠并沒(méi)有很好的流動(dòng)性。難以在市場(chǎng)上得到廣泛應(yīng)用。因此，急需一種用于3d食品打印的高穩(wěn)定性果蔬凝膠材料的制備方法。因此，在本發(fā)明中使用果蔬粉來(lái)穩(wěn)定果蔬凝膠。殼聚糖是一種天然多糖，由海洋無(wú)脊椎動(dòng)物的外殼或真菌細(xì)胞壁中的甲殼素通過(guò)脫乙酰化得到。殼聚糖具備增稠性質(zhì)，能提升溶液的粘度，因此在食品中常被作為為增稠劑。重要的是，殼聚糖能形成水凝膠，這使其在穩(wěn)定以果蔬或粗糧制作形成的墨水方面具有巨大潛力。因此，發(fā)明一種既能提高果蔬和粗糧類(lèi)打印技術(shù)要求，又能提供高營(yíng)養(yǎng)、個(gè)性化定制的食品打印材料是十分有必要的。

3、馮蕾等(2023)公開(kāi)了“一種精準(zhǔn)控制花青素含量的3d打印健康食品的制備方法”(公開(kāi)號(hào)：cn117122057a)，該方法向?qū)⒌矸?、親水膠體、木糖醇以及檸檬酸充分混合加水糊化，添加花青素加熱后靜置形成凝膠。所述親水膠體為瓜爾豆膠、黃原膠、殼聚糖、海藻酸鈉中的一種或者多種。以質(zhì)量百分比計(jì)，淀粉為12-20％，親水膠體為1.0％-1.8％，木糖醇為4-6％，檸檬酸為1-2％。該專(zhuān)利除了淀粉外使用的膠體種類(lèi)和使用量較多1.0％-1.8％來(lái)穩(wěn)定淀粉以制備打印墨水。這與本專(zhuān)利僅使用殼聚糖一種凝膠穩(wěn)定果蔬粗糧基墨水不同，且本專(zhuān)利殼聚糖添加量精準(zhǔn)降低至0.05％-0.45％，穩(wěn)定性好、成本更低且有益健康。

4、江昊等(公開(kāi)號(hào)：cn?108208768?a)在2018年公開(kāi)了一種基于馬鈴薯淀粉的3d打印食品材料及其制備方法。其制備方法是先將水和馬鈴薯淀粉混合，再將殼聚糖和羧甲基纖維素制成混合溶液，然后將黃油、蛋白質(zhì)和無(wú)機(jī)鹽混合，最后將上述物料混合加熱，使得淀粉完全糊化并混合均勻，該發(fā)明的3d打印材料機(jī)械強(qiáng)度得到較大提高。但該配方缺乏膳食纖維和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分。這與本專(zhuān)利使用多種果蔬與粗糧復(fù)合的配方不同，本配方富含膳食纖維、維生素、花青素等有益成分，更符合兒童膳食搭配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的果蔬基原料無(wú)法打印缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供了一種用于3d食品打印的高穩(wěn)定性果蔬凝膠材料的制備方法。該凝膠不僅具有3d打印特性及高穩(wěn)定性，且保留了粗糧和果蔬的原有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可拓展果蔬3d打印食品材料，提高3d打印過(guò)程中保持形狀的完整性和精細(xì)度，促進(jìn)果蔬加工產(chǎn)業(yè)鏈多元化發(fā)展，開(kāi)發(fā)營(yíng)養(yǎng)豐富的個(gè)性化3d打印食品。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明目的之一，提供一種用于3d食品打印的高穩(wěn)定性果蔬凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將果蔬粉分散在水中，攪拌直至果蔬粉完全溶解于水中，得到懸浮液。

5、(2)將粗糧粉加入到步驟(1)的懸浮液中，攪拌混合均勻，充分均質(zhì)直至形成均勻的果蔬-粗糧分散物。

6、(3)將步驟(2)中的果蔬-粗糧分散物繼續(xù)攪拌并進(jìn)行水浴加熱交聯(lián)反應(yīng)至完全糊化，冷卻至室溫獲得果蔬-粗糧泥。

7、(4)將殼聚糖加入到步驟(3)所得的果蔬-粗糧泥中繼續(xù)攪拌，至獲得細(xì)膩均勻的打印凝膠。

8、(5)將制得的打印凝膠置于超聲設(shè)備中消除氣泡，增強(qiáng)凝膠的假塑性流體行為。

9、(6)將打印凝膠冷卻，然后移至打印料筒并進(jìn)行預(yù)熱，打印噴嘴采用單噴嘴。

10、(7)將目標(biāo)模型導(dǎo)入到打印軟件，并開(kāi)啟打印料筒的預(yù)熱程序，設(shè)置打印程序參數(shù)并進(jìn)行打印。

11、進(jìn)一步地，所述的步驟(1)中，所述的果蔬粉為完全干燥后的粉末，能夠通過(guò)200目篩子，向果蔬粉中添加純凈水，料水質(zhì)量比為1:8～1:12，果蔬粉在水中溶解的環(huán)境溫度為35～45℃。優(yōu)選的，果蔬粉添加兩種，兩種果蔬粉的質(zhì)量比為1:1；

12、進(jìn)一步地，所述的步驟(2)中，粗糧粉的添加量占步驟(1)的懸浮液質(zhì)量比為0.9％～4.5％(w/w)，單位是g或者kg，所述的粗糧粉是能夠通過(guò)200目篩子的完全干燥粗糧粉。

13、進(jìn)一步地，所述的步驟(2)中，攪拌條件為：在50～60℃下水浴攪拌。

14、進(jìn)一步地，所述的步驟(3)中，糊化的溫度條件為：在90～95℃水浴中，糊化時(shí)間30～40min。

15、進(jìn)一步地，所述的步驟(4)中，殼聚糖的添加量占步驟(3)得到的果蔬-粗糧泥質(zhì)量的0.05％～0.45％。攪拌的環(huán)境條件為：在70～80℃水浴中攪拌。攪拌轉(zhuǎn)速為30～50r/min，攪拌時(shí)間為10～20min。

16、進(jìn)一步地，所述的步驟(5)中，超聲溫度為70～80℃，超聲時(shí)間為2～5min，超聲功率為1000w。

17、進(jìn)一步地，所述的步驟(6)中，冷卻至60～70℃，預(yù)熱溫度作為目標(biāo)打印溫度，設(shè)置為60～65℃；預(yù)熱時(shí)間為10～15min。噴嘴的直徑根據(jù)原料種類(lèi)和打印模型的不同而有所變化，噴嘴尺寸設(shè)定：噴嘴直徑為0.8mm。

18、進(jìn)一步地，所述的步驟(7)中，所述的打印模型的填充率為80％～90％，打印模型尺寸在150×150×100mm內(nèi)。打印前需要預(yù)設(shè)置料筒溫度為目標(biāo)打印溫度，打印過(guò)程開(kāi)始前需等待料筒中溫度穩(wěn)定至目標(biāo)溫度，默認(rèn)打印速度為45mm/s。打印凝膠被擠出前需要手動(dòng)推動(dòng)活塞使料筒中的空氣排出，打印過(guò)程凝膠需呈現(xiàn)連續(xù)無(wú)斷裂。

19、本發(fā)明目的之二，提供上述方法制備的一種具有高穩(wěn)定性的3d打印用果蔬凝膠，果蔬凝膠的結(jié)合涉及氫鍵、范德華力等作用力。

20、本發(fā)明目的之三，提供上述一種具有高穩(wěn)定性的3d打印用果蔬凝膠在食品3d打印領(lǐng)域中的應(yīng)用，在噴頭直徑0.8mm，打印溫度60～65℃，噴嘴移動(dòng)速度45mm/s，填充率90％～100％打印條件下，穩(wěn)定性達(dá)80％～90％。

21、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種具有高穩(wěn)定性3d打印用果蔬凝膠及其制備方法，具有以下有益效果：

22、(1)本發(fā)明以果蔬、粗糧和殼聚糖為原料，通過(guò)熱交聯(lián)法將果蔬粉固定到粗糧-殼聚糖凝膠網(wǎng)絡(luò)中，使果蔬凝膠具有顯著的凝膠特性及流變特性，克服了果蔬原料破碎后原料黏度低，塑性差，不可打印的性能問(wèn)題，并賦予果蔬凝膠良好的穩(wěn)定性，使凝膠的3d打印穩(wěn)定性達(dá)80％～90％以上，提高了打印基材的標(biāo)準(zhǔn)化程度，減少果蔬功能性成分及風(fēng)味品質(zhì)的損失。

23、(2)本發(fā)明中采用具有不同比例的殼聚糖與粗糧中淀粉通過(guò)疏水作用氫鍵的相互作用形成致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，調(diào)控水分自由度，促進(jìn)果蔬被緊密固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，降低環(huán)境因素對(duì)果蔬營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味的影響，同時(shí)避免在打印過(guò)程中凝膠中孔隙率的明顯增加，維持凝膠網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低水分的損失，表現(xiàn)出優(yōu)異的打印穩(wěn)定性，且不同殼聚糖和粗糧的添加比例使凝膠結(jié)構(gòu)及質(zhì)地特性可調(diào)控，能滿(mǎn)足不同打印產(chǎn)品的需求。

24、(3)本發(fā)明的高穩(wěn)定性果蔬凝膠適用于制作各種形狀的3d打印產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)地均勻細(xì)膩，色澤鮮亮，穩(wěn)定性強(qiáng)，打印效果好，實(shí)現(xiàn)了3d打印果蔬基食品的個(gè)性化訂制，且打印產(chǎn)品中果蔬和粗糧比例平衡，并含有膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)及天然抗氧化物。適用于兒童膳食及腸道吸收能力較低、咀嚼吞咽困難等特殊人群。此外，殼聚糖的引入還賦予了材料抗菌、抗氧化等生物活性功能，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的保質(zhì)期。