CN109090616A - 一种高蛋白半流体即食食品精准3d打印的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，属于新型食品加工技术领域。本发明以优质的浓缩乳蛋白为主要原料，通过添加一些适当且适量的多糖胶体，建立的一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，方法简单实用，打印精度高，产品营养健康，实现了高蛋白的食品的3D打印。产品可作为低热量、高营养的健康食品等被广大消费者所接受，同时产品为半固体食品，柔软利于咀嚼和吞咽，同样适用于儿童和老人食用。

Description

一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法
技术领域
本发明涉及一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，属于新型食品加工技术领域。
背景技术
3D打印是根据生产需求，利用CAD制作出所需的3D模型，然后利用3D打印机通过逐层打印的方式将整个物体打印出来，该过程无需制作模具，实现智能化加工，节约物料和劳动成本，并且能够制作出造型精巧的几何结构，与传统的加工方式(减材制造)相比，具有方便、灵活、高质量、低成本等诸多优势。打印工艺、打印原料和打印软件是决定3D打印效果的主要因素。打印材料对打印效果和打印质量起着决定性的作用，因此开发3D打印材料对3D打印行业的发展至关重要。
食品3D打印是将食品原料通过3D打印的方式进行加工，属于新型食品加工方式。食品 3D打印不仅可以制作出造型精巧的食品，还可以根据个体的膳食营养需求进行私人定制，实现营养精准化，帮助解决因膳食营养不均衡导致的健康问题。但是，由于食品成分的复杂性和可食性，只有极少数的食品原料能够真正运用于食品3D打印。一些在工业3D打印中经常使用到的打印助剂如粘接剂，固化剂等不能运用在食品3D打印中。因此，开发新型的食品 3D打印原料具有一定的研究价值和实践意义。
此外，蛋白质是构成人体的重要物质，也是人生命的基本物质。随着人们生活水平和健康意识的提高，高蛋白食品也逐渐开始受到人们青睐和喜爱。其中，动物蛋白质所含氨基酸的种类和比例较符合人体需要，所以，动物性蛋白质比植物性蛋白质营养价值高。但是，对于老年人和婴童来说，一些富含蛋白质的食品，例如肉制品，往往难以咀嚼和吞咽，不被老年人和婴童接受，从而导致这类人群蛋白摄入严重不足。与此同时，由于年龄阶段、地区差异、个人偏好等原因引起的膳食不均衡问题已不容小觑。我国人口老龄化问题日益突出，老年人口的比例逐渐升高，老年人的健康问题也引起了很多的关注。
张慜等人(公开号：CN 106805280 A)公开了一种3D打印土豆泥的制备方法。该发明首先将土豆进行清洗、去皮后切片蒸煮，然后进行打浆至浆体细腻发亮。加入胶体混合均匀后蒸煮，使土豆熟化并使胶体充分溶解。冷却至室温后加入白巧克力粉，该发明打印出的物体可以保证在打印后40-60min内不塌陷。
宣鑫龙等(公开号：CN 104996691 A)发明了一种3D打印用纯可可脂型巧克力的方法，以可可液块、脱脂乳粉、白砂糖、可可脂和乳化剂为原料，经过预处理、混合和精磨、精炼、灌装制得半成品，通过温控实现巧克力的3D打印，打印产品不易发花、发白，且减少不必要的浪费，节约成本。
张慜等人(公开号：CN 106798263 A)公开了一种改善解冻鱼糜体系成型及3D精确打印性能的调控方法。该发明将冷冻鱼糜经过解冻、混合、擂溃、预成型、打印、后定型、熟制等步骤完成，通过亚麻籽胶和葡萄糖酸内酯酸诱导鱼糜凝胶具有稳定的粘度和流动性，鱼糜浆体细腻，出料顺畅、不易堵塞。该发明所制备的食品不是即食食品，打印成品需进行后定型、熟化等再加工。
周泉城等人(公开号：CN 107319257A)公开了一种即食食品3D打印方法，由膨化食品粉、水、黄油经混料、揉制、3D打印成型为打印物。该发明具有打印物成型好，造型逼真，精度高等优点。其发明作为3D打印机原料，可打印任何造型的食材，打印物可以即食且可消化性好，具有更好的食用品质。该发明侧重于对食品原料的处理及配发的优化，虽实现了高精度打印，但是需要进行谷物淀粉的膨化，因此，原料的制作、准备过程稍为繁琐复杂。
发明内容
针对目前缺少利于吞咽的高蛋白半流体3D打印食品的问题，本发明提供一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，来解决因患有咀嚼困难症的人群所面临的蛋白摄入不足所引发的健康问题，从而帮助解决因膳食不均衡引起的健康问题。
本发明的技术方案，主要采取三个关键方面的控制来实现高蛋白半流体食品的精准3D 打印：1)选择合适的胶体类型与浓缩蛋白共混；2)优化所选胶体的浓度；3)优化打印工艺参数如喷头直径，打印距离，打印速度等。
本发明的高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，主要以浓缩蛋白为原料，添加适量的水，选择合适的亲水多糖胶体的种类及浓度，来制备适合3D打印的高蛋白食品体系，并借助合适的打印工艺参数，实现高蛋白食品的3D打印。本发明方法选用的原料制备简单，打印过程易于操作，打印成品造型逼真，精确度高，无需再加工可直接食用，为半固体食品易于吞咽和咀嚼。
所述高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，包括如下步骤：
(1)多糖胶体的溶解：往水中添加1-2％(g/100mL)的亲水胶体，搅拌使亲水胶体完全溶解成均一稳定的悬浮液；
(2)添加果葡糖浆：向步骤(1)所得的悬浮液中添加5-10％(v/v)的55型果葡糖浆；
(3)制作蛋白膏体：向步骤(2)所得的溶液中添加30-35％(g/100mL)的浓缩蛋白，然后搅拌均匀，然后将所得混合物4℃保存过夜(7～10h)，形成凝胶结构。
(4)3D打印：建立3D模型，设置喷头直径、打印距离、打印速度、出料速率等参数，装料打印。
所述亲水胶体包括卡拉胶、黄原胶、果胶、海藻酸钠、瓜尔胶。所述亲水胶体用于改善浓缩乳蛋白膏体的流变学性质，如提高弹性模量和粘性模量，增强粘度等。关于亲水胶体的种类，胶体与蛋白之间的互相作用及分布状态决定了物料的性质，对打印效果起着决定性作用，添加合适的胶体对高蛋白食品的打印起重要作用。各种亲水胶体的优选顺序为卡拉胶＞果胶＞瓜尔胶＞海藻酸钠＞黄原胶。关于亲水胶体的用量：以卡拉胶和果胶为例，当亲水胶体浓度高于3％时，由于其较高的粘度，很难达到完全均一分散的效果；胶体浓度在1.5％-2％之间时，蛋白胶体复合物具备合适的粘弹性和硬度，最利于3D打印；当胶体浓度低于1.5时，蛋白膏体太软，不能很好地维持其3D结构，容易坍塌；当胶体浓度高于2％时，胶体浓度太高，导致蛋白膏体较硬且脆的质地，打印出来的细丝较脆且硬，不利于打印。
所述果葡糖浆可以提升蛋白食品的接受度和口感，同时还能更好的补充营养。可选择国标GB/T20882-2007中所规定的55型果葡糖浆。
所述浓缩蛋白为浓缩乳蛋白或大豆分离蛋白。所述浓缩乳蛋白的蛋白含量在70-85％。
所述冷藏可以在4℃条件下冷藏过夜(7～10h)。
所述3D模型不含有镂空或搭桥结构。
所述物料要严实，尽量避免物料间的空隙。
步骤(1)所述搅拌可以是在室温条件下进行磁力搅拌至少4h。
步骤(1)可以选择往水中添加1％(g/100mL)的亲水胶体。
步骤(1)可以选择添加30％(g/100mL)的浓缩乳蛋白。
步骤(4)中，关于喷头直径：一般情况下，喷头直径越大，出料越容易，越不易出现断条现象，但由于出料的线条较粗，打印物体表面较为粗糙，打印精确度较差；喷头直径越小，出料线条越细，打印物体的表面越为光滑，精确度越高，但喷头直径较小时出料困难，容易出现断条现象且打印时间较长。喷头直径为0.8～10mm，例如0.8mm时，既可以很好地保证连续出料，又能实现较为精确的打印。
步骤(4)中，关于打印距离：打印喷头距离打印平台的高度会显著影响打印的精准性。过高的打印距离会导致挤出的线条不能完全的和打印平台和已经挤出来的线条黏在一起，出现打印错位等现象，使打印的精度较差。打印距离过低时又会使喷头挤压或者刮到已经打印好的物体，同样降低打印精度。喷头直径为0.8～1.0mm，打印平台和喷嘴距离可以选择0.9～1.0。例如，喷头直径0.8mm条件下，打印平台高度和喷嘴距离可以选择0.9mm。
步骤(4)中，关于打印速度：打印速度过快，挤出的料来不及与之前的物料粘连在一起，从而会导致出现“搭桥”现象；打印速度过慢又会使挤出的料出现卷曲，波浪状的线条，同样影响打印精度。喷头移动速度在25～28mm/s之间，例如25mm/s，线条较均匀维持其原有的形状。
本发明所述方法还包括调配风味及营养物质，例如添加蜂蜜、果蔬汁、维生素、矿物质或天然着色剂等。
本发明的有益效果：①本发明优化了产品配方和加工工艺参数，以果葡糖浆为甜味剂，只需添加少量的亲水胶体为增稠剂，所打印出来的食品造型精巧，能够较好的维持其3D结构且2小时内不会出现明显的变形和坍塌，可以直接作为3D食品打印原料进行生产和使用；②打印成品质地均一，口感柔软爽口，利于咀嚼和吞咽，十分便于患有咀嚼困难症的人食用；③本发明没有复杂的加工处理过程，节约成本，操作性强，可以作为一种即食健康食品运用在高档茶餐厅，咖啡店，甜品店及家庭厨房中；④产品蛋白含量高，且属于优质蛋白质，可以帮助解决一些因自身条件或环境因素所导致的蛋白摄入不足而引发的健康问题。
附图说明
图1添加不同浓度卡拉胶的打印圆柱体30分钟后实物图
图2添加不同卡拉胶含量的乳蛋白胶体的结构剪切恢复图
图3添加不同果胶含量的粘度变化图
图4添加不同果胶含量的储能模量变化
图5添加2％果胶和32％浓缩乳蛋白的的3D打印实物图
具体实施方式
实施例1添加不同量卡拉胶的高蛋白半流体即食3D打印食品的制备
首先制备浓度在1％-2％的卡拉胶胶体溶液，接着添加5％的55型果葡糖浆来改善口味，然后分别往其中添加32％的浓缩乳蛋白，进行搅拌均匀得到乳蛋白膏状物。然后称取约30g 左右的乳蛋白膏状物放入3D打印机的料筒中，选取直径为0.8mm的打印喷头。制作3D模型，并进行软件切片等参数设置，打印速度设为25mm/s,打印温度为25℃，打印平台高度为0.9mm,填充率为40％，回抽速度为50mm/s，进行3D打印。如图1所示，添加1.5％和 2％的卡拉胶对维持打印物体的形状具有较好的效果。
为了对打印食物进行感官评定，找10位人员进行感官测试，将样品编号后随即分别给予他们评价，外观占比50％，口感占比40％，味道占比10％，满分100分。
表1感官评定表
注：外观造型完整，不变形且与打印模型匹配度高(满分50分)；口感细腻，质地均匀，柔软滑口，不沾牙，云吞咽咀嚼(满分40分)；奶香味浓郁，甜度适中，没有不良气味(满分10分)。
由图1的打印实物图和表1的感官评定表可得出，当卡拉胶的添加量在1.5％-2％时，打印出的食物完整性好，能够保持自身3D结构，不随时间推移发生坍塌变形，不容易粘附在口腔内，利于吞咽，且口感较好。
实施例2添加不同果胶浓度的高蛋白半流体即食3D打印食品的制备
首先制备浓度在1％-2.5％的果胶胶体溶液，接着添加5％的55型果葡糖浆来改善口味，然后分别往其中添加32％的浓缩乳蛋白，进行搅拌均匀得到乳蛋白膏状物。然后称取约30g 左右的乳蛋白膏状物放入3D打印机的料筒中，选取直径为0.8mm的打印喷头。制作3D模型，并进行软件切片等参数设置，打印速度设为25mm/s，打印温度为25℃，打印平台高度为0.9mm，填充率为40％，回抽速度为50mm/s，进行3D打印。
将含有不同果胶含量的蛋白膏状物进行流变试验，测定为储能模量和粘度，结果分别如图2、图3和图4所示。随着蛋白膏体重胶体浓度的升高，其粘度和储能模量均逐渐增大，表现出越来越像固体的性质，有利于维持其3D结构。如图4所示，蛋白膏体储能模量逐渐变得平稳，表现出较低的的频率依赖性，表明其内部结构逐渐凝胶化。
实施例3高蛋白半流体即食3D打印食品的制备
首先制备浓度在2％的果胶胶体溶液，接着添加5％的55型果葡糖浆来改善口味，然后分别往其中添加32％的浓缩乳蛋白，进行搅拌均匀得到乳蛋白膏状物。然后称取约30g左右的乳蛋白膏状物放入3D打印机的料筒中，选取直径为0.8mm的打印喷头。制作3D模型，并进行软件切片等参数设置，打印速度设为25mm/s,打印温度为25℃，打印平台高度为0.9mm，填充率为40％，回抽速度为50mm/s，进行3D打印。得到如图5所示的打印实物图。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，其特征在于，以浓缩蛋白为主要原料，添加适量的水和亲水多糖胶体制备得到具有凝胶结构的混合物，经3D打印得到高蛋白半流体即食食品。
2.根据权利要求1所述的一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，其特征在于，亲水多糖胶体的用量为1-2g/100mL水。
3.根据权利要求1或2所述的一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，其特征在于，所述亲水多糖胶体包括卡拉胶、黄原胶、果胶、海藻酸钠、瓜尔胶。
4.根据权利要求1或2所述的一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，其特征在于，所述浓缩蛋白的用量为30-35g/100mL。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)多糖胶体的溶解：往水中添加1-2g/100mL的亲水胶体，搅拌使亲水胶体完全溶解成均一稳定的悬浮液；
(2)添加果葡糖浆：向步骤(1)所得的悬浮液中按体积比添加5-10％的55型果葡糖浆；
(3)制作蛋白膏体：向步骤(2)所得的溶液中添加30-35g/100mL的浓缩蛋白，然后搅拌均匀，将所得混合物低温保存，以形成凝胶结构；
(4)3D打印：建立3D模型，设置喷头直径、打印距离、打印速度、出料速率等参数，装料打印。
6.根据权利要求5所述的一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，其特征在于，步骤(3)所述低温保存是4℃保存7～10h。
7.根据权利要求5所述的一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，其特征在于，步骤(4)中，喷头直径为0.8～10mm，打印平台和喷嘴距离可以选择0.9～1.0，喷头移动速度在25～28mm/s之间。
8.根据权利要求1～7所述的一种高蛋白半流体即食食品精准3D打印的方法，其特征在于，还包括调配风味及营养物质，例如添加蜂蜜、果蔬汁、维生素、矿物质或天然着色剂等。
9.根据权利要求1～8任一所述的方法制备得到的高蛋白半流体即食食品。
10.一种高蛋白半流体即食食品，其特征在于，含有浓缩蛋白、水、糖浆、亲水多糖胶体；其中，各组分的重量百分比为：浓缩蛋白30-35％，糖浆5-10％，亲水多糖胶体1-2％，余量为水。
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