CN108477540A - 一种利用浓缩果浆3d打印双色夹心点心的方法 - Google Patents
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- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
Abstract
一种利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，主要用于凝胶类食品的3D打印，涉及食品加工工艺，属新型食品加工领域。本发明首先将两份原料各自充分混合，对其分别进行均质、保温、冷却和装料，随后用双喷头打印机，根据事先做好的双色夹心3D打印模型进行3D打印。本发明采用双喷头3D打印，设计的不同模型，可以将物料打印出不同的空间形状和数量的夹心效果，使食品具有更丰富的口味和视觉效果，实现产品多元化、个性化、自动化的制作。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，主要用于凝胶类食品的3D打印，涉及食品加工工艺，属新型食品加工领域。
背景技术
3D打印，又称为加层制造，是一种集计算机技术、精密传动技术、数控技术和材料科学技术于一体的新型快速成型技术。在印刷过程中，物料通常是通过一个喷嘴，其位置是按照形状设计模型进行计算机控制的。与传统技术相比，三D打印具有省时、简单、可定制等优点。此外，3D打印提供了一个内部结构打印复杂的对象的可能性，用户可以自由设计或下载自己喜欢的模型。近年来，3D打印技术已被广泛应用于许多领域，如机械、生物医药、高分子、食品等。
食品3D打印可能是未来食品加工的一个重要方向。由于食品与人们的生活密切相关，消费者可以直观地通过3D打印过程更深入地了解食品。3D打印提供了在食品加工中的一个新的领域，帮助我们实现生产形状复杂的产品，并可能会增强食物的营养。2013年，世界首款3D食品打印机由西班牙公司Natural Machines研制成功，命名为“Food ini”。该机器配有6个打印头，每个打印头的挤压速度和温度均可调节。通过多个喷嘴的不同组合，可以打印出巧克力、面包棍、馄饨、蛋糕、比萨饼、意大利面等松软食品。2011年，英国埃克塞特大学研究人员开发出了世界首台3D巧克力打印机，经过技术升级后在2012年推出上市。该3D巧克力打印机使用巧克力浆作为打印材料，同时开发了保温和冷却系统，使得每层巧克力打印后都能凝固，再打印下一层，直至打印出整个巧克力实体。2013年，美国航空航天局投资12.5万美元用于开发3D食品打印机，方便宇航员在空间作业时使用，同时降低火箭的发射成本和食物所占的空间。该食品三维打印机可根据每位宇航员的营养需要、健康状况和口味需求，将存储的多种粉末材料按照定制的食谱进行打印。食材在挤出前混合，随后打印到一个可加热的底座上，最终完成3D打印的过程。该打印机可打印的食材包括面粉、蛋白质、油等。
将3D打印技术用于食品领域的研究和应用还较少，虽然3D打印用于食品领域可以很好的满足人们对个性化食物的需求，可以根据目标人群制作不同营养成分的食物，但该项技术仍然面临一些技术难题，如怎样实现精确化打印、怎样利用常规的浆状物料来打印复杂的立体结构、怎样实现多色或双色打印、怎样实现夹心、以及多质构特性食品的打印等，这些问题的解决将很好的促进打印食品工业的发展。
赵婉艺等（2014）发明了一种多口味夹心食品的3D打印生产方法（公开号：CN104365954 A），该发明是采用3D打印技术来生产多口味空间夹心结构的食品。可以打印出不同的空间结构，并且打印时食品基材和夹心材料分别经由不同的打印喷头喷出，并在模型程序的控制下适时按需打印。该发明对于改变传统夹心食品夹心单一的缺点具有较大意义，该专利主要讲述了怎样在多喷头条件下实现不同物料的夹心的构想，而本发明侧重于基于浓缩果汁的3D打印配方和打印参数的优化。
李恒等（2014）发明了一种3D甜品打印加工装置及相应的加工方法（公开号：CN103734216 A）。发明者事先选定目标模型，然后经过一定的步骤将该目标形状转化成一种可用于打印的程序，然后在该程序的控制下打印出目标形状。该发明可以制造出形状复杂、结构精巧、外形美观的个性化甜品，能够满足人们的个性化需求；而且加工方法操作简单，可在三维方向连续地裱上奶油，有很好的实用性。该发明主要提出了一种打印装置和加工方法，而本发明则主要研究打印食材和打印工艺，两者之间存在着明显的不同。
魏宏辉等（2015）发明了一种可用于3D打印的糖果浆料及其制备方法（公开号：CN104938739 A），其各原料的重量百分比分别为葡萄糖50%~85%，纤维素0.5%~5%，木糖醇6%~10%，麦芽糊精3%~15%以及其他各种辅料。浆料中含有纤维素，可以提高糖果贮存的耐热稳定性并起到稳定糖果浆料粘度的作用。少量的木糖醇可以增加糖果浆料的流动性，在进行打印时可顺利出料。该发明主要讲到了打印糖果材料的配方组成，而本发明则是主要基于浓缩果汁的3D打印配方和打印参数的优化。
章云等（2016）发明了一种桂圆米粉3D打印材料及加工方法（公开号：201610601586.6），其原料配比为：米粉60~70份，桂圆提取物5~8份，水8~10份，鲜奶8~10份，荞麦粉8~10份，植物油3~5份，蜂蜜2~3份，木糖醇2~3份，食盐2~3份，麦芽糊精2~3份，膳食纤维2~3份，乳化剂1~2份，香精0.1~0.2份。桂圆中含有大量有益人体健康的微量元素，其主要功能是安神，治失眠等。采用3D打印，可实现产品的多元化、个性化、自动化的制作，丰富了3D打印食品材料的种类。该发明主要讲到了打印糖果材料的配方组成，而本发明则是主要基于浓缩果汁的3D打印配方和打印参数的优化。
宣鑫龙等（2015）发明了一种可以用于3D打印的巧克力原料的方法（公开号：CN104996691 A），发明者将几种不同的原料，如可可脂、白砂糖、脱脂乳粉等，经过预处理、精炼、灌装和调温等操作工序制成一种浆状的物料，然后采用3D打印的方式将其打印成型。该种配方条件下打印出的巧克力没有发白、变花现象，并且可以实现各种形状的打印。该发明主要侧重于糖果类市场的个性化打印原料的开发，这与本发明主要研究的以浓缩果汁为原料打印的双色夹心点心有明显的不同。
黄海瑚等（2015）发明了一种植脂奶油3D打印方法（公开号：CN 104687222 A）。在该发明中，冷却系统可以很好地实现植脂奶油的固定成型。采用超声波处理可以将植脂奶油分子粉碎细化，以防止混合不均匀而造成的喷头堵塞现象，从而可以很好地提高3D打印系统的打印效果。该发明的主要研究的是植物奶油的打印，和本发明所研究的以浓缩果汁为原料打印的双色夹心点心有明显的不同。
程永丽等（2015）发明了一种3D彩色多功能食品打印设备（公开号：201510741590.8），发明者设计了三个喷头、三个定量泵、三个容器及输送管以及控制程序和驱动程序组成的彩色食品打印机，并在打印机内置了大量的模型供人选择，具有精度高、速度快、工艺简单等优点。该发明也是主要侧重在机器的性能和开发上，这和本发明的侧重于食材的3D食品打印有明显不同。
张云玖等（2016）发明了一种冰淇淋3D打印方法及其产品（公开号：201611045220.1），发明者设计了一种冰淇淋3D打印机，包括X、Y、Z三个方向的驱动装置，喷料系统、主控装置和防护罩。其可以解决现阶段3D食品打印耗时时间长及成本高的难题，其结构设计合理、技术新颖。该发明主要侧重在机器的性能和开发上，这和本发明的侧重于食材的3D食品打印有明显不同。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，丰富3D打印食品材料种类，以及一种双色夹心点心的3D打印生产方法，满足不同消费者需求。
本发明的技术方案，一种适用于3D打印的浓缩果浆配方，由以下重量份数的原料组成：浓缩果汁70~75份，马铃薯淀粉10~15份，小麦淀粉10~15份，黄原胶0.2~0.3份，植物油1~2份，膳食纤维2~3份，香精0.1~0.2份。
马铃薯淀粉糊化后形成凝胶具有良好的保水性和透明性，能防止水分蒸发过快影响产品保存期，同时也让打印后的产品更加美观。小麦淀粉糊化后糊丝长，黏韧性较强，有黏结力，不易断，韧性好，稳定性好，能保证打印过程中出料的连续性，这也是保证产品美观的一个重要因素，同时小麦淀粉也能在一定程度上缓解淀粉的老化。黄原胶能够赋予可以改善物料的质构、流变特性，这有利于打印精度的提高，同时也会赋予物料柔软易吞咽的口感。
其中所述的膳食纤维为水溶性膳食纤维，包括菊粉、异麦芽低聚糖、低聚果糖、低聚木糖中的一种或几种。
一种利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，具体如下：
（1）第一份物料的制备：
a、混合：将浓缩果汁、马铃薯淀粉、小麦淀粉、黄原胶、植物油、膳食纤维和香精，加入到混合机中混合均匀；
b、均质：将步骤（a）混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质18-20min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm；
c、保温：将步骤（b）所得物料在75~80℃下保温25~30min；
d、冷却：将步骤（c）所得物料冷却至常温后置入4℃冰箱冷藏10-12h；
（2）第二份物料的制备：按照步骤（1）相同步骤采用不同的浓缩果汁制备第二份物料；
（3）装料：将步骤（1）制备的第一份物料和步骤（2）制备所得第二份物料分别装入两个打印料筒内并填实；
适用于3D打印的物料黏度约为7000~9000Pa·s，弹性模量5000~7000Pa，粘性模量500~1000 Pa；
（4）打印：采用双喷头3D打印机，根据事先做好的双色夹心3D打印模型进行3D打印。
喷头直径的选择：喷头直径的大小直接影响打印的精细程度。喷头直径越大，打印的速度越快，但打印物体表面越粗糙，纹理感越强。喷头越细，打印的精细度越好，表面越光滑，但打印的速度越慢。经过试验，选择用1.0 mm的喷嘴直径可以实现90%以上的打印精度。
打印速度和挤出速率的确定：打印速度和挤出速率之间存在最优解。打印速度的提高有利于提高生产效率，经过试验确定理想的打印速度为20~25mm/s，挤出速率为20-28mm3/s。
第一层打印速度和外周层的圈数和打印速度选择：第一层打印质量的好坏直接影响到后面打印的质量和精度，因此第一层的打印速度设定为正常打印速度的45%~50%。物体表面打印质量的好坏直接关系到打印物体表面的光滑度和精细度，为了提高表面打印的质量，将外周两层的打印速度设定为正常打印速度的45%~50%。
双喷头相对位置的确定：双喷头的相对位置决定了两种颜色物料在打印过程中边界的吻合度。不理想的相对位置会导致两种颜色物料打印过程中出现错层的现象。为了提高双色的边界的吻合度，经过试验确定理想的第二个喷嘴相对第一个喷嘴的相对位置为：X=62.5 mm，Y=-0.5 mm。
打印成型：借助于双喷头打印机，根据事先做好的双色夹心3D打印模型，可以将两个料筒内的物料打印出不同的空间形状和数量的夹心效果，使食品具有更丰富的口味和视觉效果。
本发明的有益效果：本发明采用双喷头3D打印，设计的不同模型，可以将物料打印出不同的空间形状和数量的夹心效果，使食品具有更丰富的口味和视觉效果，实现产品多元化、个性化、自动化的制作。
附图说明
图1是本发明产品结构示意图。
具体实施方式
实施例1 草莓与青柠檬浓缩果浆
将70份草莓浓缩果汁、15份马铃薯淀粉、10份小麦淀粉、0.2份黄原胶、2份植物油、3份膳食纤维及0.1份香精称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质20min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。物料均质后，在80℃下保温25min，将物料冷却至常温并置入4℃冰箱冷藏12h。
将70份青柠檬浓缩果汁、15份马铃薯淀粉、10份小麦淀粉、0.2份黄原胶、2份植物油、3份膳食纤维及0.1份香精称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质20min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。物料均质后，在80℃下保温25min，将物料冷却至常温并置入4℃冰箱冷藏12h。
分别将两种物料装入打印料筒内，选择1.0 mm的打印喷头，打印速度设定为20mm/s，挤出速率设定为20 mm3/s；在打印第一层和最外周两层时，打印速度设定为常规打印速度的50%，设定第二个喷嘴相对第一个喷嘴的相对位置为：X=62.5 mm，Y=-0.5 mm。最后，借助于双喷头打印机，根据事先做好的双颜色3D打印模型将物料打印成型。
实施例2 青柠檬与芒果浓缩果浆
将70份青柠檬浓缩果汁、15份马铃薯淀粉、10份小麦淀粉、0.2份黄原胶、2份植物油、3份膳食纤维及0.1份香精称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质20min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。物料均质后，在80℃下保温25min，将物料冷却至常温并置入4℃冰箱冷藏12h。
将70份芒果浓缩果汁、15份马铃薯淀粉、10份小麦淀粉、0.2份黄原胶、2份植物油、3份膳食纤维及0.1份香精称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质20min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。物料均质后，在80℃下保温25min，将物料冷却至常温并置入4℃冰箱冷藏12h。
分别将两种物料装入打印料筒内，选择1.0 mm的打印喷头，打印速度设定为25mm/s，挤出速率设定为28 mm3/s；在打印第一层和最外周两层时，打印速度设定为常规打印速度的45%，设定第二个喷嘴相对第一个喷嘴的相对位置为：X=62.5 mm，Y=-0.5 mm。最后，借助于双喷头打印机，根据事先做好的双颜色3D打印模型将物料打印成型。
实施例3 草莓与橙汁浓缩果浆
将70份草莓浓缩果汁、15份马铃薯淀粉、10份小麦淀粉、0.2份黄原胶、2份植物油、3份膳食纤维及0.1份香精称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质20min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。物料均质后，在80℃下保温25min，将物料冷却至常温并置入4℃冰箱冷藏12h。
将70份橙汁浓缩果汁、15份马铃薯淀粉、10份小麦淀粉、0.2份黄原胶、2份植物油、3份膳食纤维及0.1份香精称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质20min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。物料均质后，在80℃下保温25min，将物料冷却至常温并置入4℃冰箱冷藏12h。
分别将两种物料装入打印料筒内，选择1.0 mm的打印喷头，打印速度设定为23mm/s，挤出速率设定为26 mm3/s；在打印第一层和最外周两层时，打印速度设定为常规打印速度的47%，设定第二个喷嘴相对第一个喷嘴的相对位置为：X=62.5 mm，Y=-0.5 mm。最后，借助于双喷头打印机，根据事先做好的双颜色3D打印模型将物料打印成型。
Claims (7)
1.一种利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，其特征在于具体如下：
（1）第一份物料的制备：
a、混合：将浓缩果汁、马铃薯淀粉、小麦淀粉、黄原胶、植物油、膳食纤维和香精，加入到混合机中混合均匀；
b、均质：将步骤（a）混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质18-20min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm；
c、保温：将步骤（b）所得物料在75~80℃下保温25~30min；
d、冷却：将步骤（c）所得物料冷却至常温后置入4℃冰箱冷藏10-12h；
（2）第二份物料的制备：按照步骤（1）相同步骤采用不同的浓缩果汁制备第二份物料；
（3）装料：将步骤（1）制备的第一份物料和步骤（2）制备所得第二份物料分别装入两个打印料筒内并填实；
（4）打印：采用双喷头3D打印机，根据事先做好的双色夹心3D打印模型进行3D打印。
2.根据权利要求1所述利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，其特征在于步骤（1）或（2）所述原料配方按重量份计如下：浓缩果汁70~75份，马铃薯淀粉10~15份，小麦淀粉10~15份，黄原胶0.2~0.3份，植物油1~2份，膳食纤维2~3份和香精0.1~0.2份。
3.根据权利要求1所述利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，其特征在于：步骤（3）所述物料黏度为7000~9000Pa·s，弹性模量5000~7000Pa，粘性模量500~1000Pa。
4.根据权利要求1所述利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，其特征在于：步骤（4）打印时，打印速度为20~25mm/s，挤出速率为20-28mm3/s；在打印第一层和最外周两层时，打印速度设定为正常打印速度的45%~50%；第二个喷头与第一个喷头的相对位置设定为X=62.5 mm，Y=-0.5 mm。
5.根据权利要求1所述利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，其特征在于：步骤（4）所述双喷头3D打印机打印喷头的直径为1.0mm。
6.根据权利要求1所述利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，其特征在于：所述浓缩果汁为草莓、青柠、芒果、橙子、苹果、猕猴桃、杨梅或蓝莓中的一种。
7.根据权利要求1所述利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法，其特征在于：所述膳食纤维为水溶性膳食纤维，包括菊粉、异麦芽低聚糖、低聚果糖、低聚木糖中的一种或几种。
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