CN111802636A - 一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3d打印食品的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，属于食品加工领域。玫瑰花具有抗肿瘤、抗氧化、延缓衰老等多种功效。高糖水果中丰富的低聚糖可以作为益生元提高益生菌的存活率，并在一定程度上保护益生菌细胞在3D打印的剪切过程中剪切力对益生菌的损伤作用。通过将冻干玫瑰花瓣/碎屑和高糖水果碎屑在低温条件下粉碎过筛后，与牛奶混合，并引入0.5％～1.5％的食品胶体，在无菌条件下进行3D打印。通过控制喷嘴直径和打印温度，结合高糖水果中的低聚糖类物质，最终实现3D打印的食品的益生菌数量为9～10log cfu/g，4℃下储藏7天后益生菌数量在8～9log cfu/g。益生菌存活率超过85％。
Description
技术领域
一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法。涉及食品加工工艺，属新型食品加工领域。
背景技术
3D打印技术，又称增材制造技术，是以层层堆积的方式生产产品的一种方法。通过事先编制好的计算机切片程序，控制打印机打印成各种三维物体。3D食品打印技术可以满足人类个性化的饮食需求。
益生菌是通过定殖在人体内，改变宿主某一部位菌群组成的一类对宿主有益的活性微生物。通过调节宿主黏膜与系统免疫功能或通过调节肠道内菌群平衡，促进营养吸收保持肠道健康的作用，从而产生有利于宿主健康作用的单微生物或组成明确的混合微生物。
玫瑰花有美容、抗氧化、抗衰老、抗癌、和清除自由基等生理活性，应用于食品中具有较好的生理功能。
由于高糖水果中含有较为丰富的低聚糖，而大多数益生元是由几个分子的单糖构成的低聚糖类物质，因此采用高糖水果作为配方成分可以提高益生菌的存活率。
张慜等(2016)发明了一种通过添加功能性糖改善高纤维面团体系成型及3D精确打印性能的方法(CN 106259599A)，该专利讲到海藻糖和高麦芽糖可以提高面团体系的3D打印性能，这与本专利采用高糖水果碎屑中的固有糖来提高益生菌存活率有显著不同。
张慜等(2017)发明了一种改善麻薯3D打印精确成型来制作麻薯冰淇淋的方法(CN106720897A)，该专利讲了利用纳米化技术、高压均质技术以及通过调节打印过程中的打印参数来实现麻薯的精细化打印，这与本发明中采用3D打印技术来生产重组益生菌3D打印食品有明显不同。
张慜等(2017)发明了一种添加功能性糖改善高纤维面团体系成型及3D精确打印性能的调控方法(CN 106259599A)，该专利通过添加功能性糖类来提高打印的精确性，这与本发明中采用3D打印技术来生产重组益生菌3D打印食品有明显不同。
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：CN104365954A)，该发明借助于3D打印技术来生产一种具有多口味空间夹心结构的食品。可以根据设计的需求打印出具有不同的空间形状和数量的3D食品。该发明讲了多喷头打印条件下的打印性能，这不同于本发明研究的单喷头打印条件下生产3D打印重组食品。
林仰芝(2018)发明了一种生产益生菌椰蓉糕的方法(CN 108208293A)，讲到了各种原料的配比组成，而且是采用传统的生产方式生产的，这与采用3D打印技术来生产益生菌型重组食品有明显不同。
林仰芝(2018)发明了一种生产益生菌椰奶糕的方法(CN 108208283A)，讲到了各种原料的配比组成，其中有白砂糖，葡萄糖浆，卡拉胶，益生菌粉等原料，侧重于产品的配方方面，这与采用3D打印技术来生产益生菌型重组食品有明显不同。
张慜等(2016)发明了一种改善高糖体系成型及3D精确打印性能的配方调控方法(CN 107334140A)，主要通过配方调控，工艺过程来确保高精度3D打印的实现，这与本发明生产益生菌3D打印食品有明显不同。
发明内容
本发明的目的是基于冻干玫瑰花和高糖水果碎屑为原料，利用3D打印技术来开发一种重组益生菌配方食品。
本发明的技术方案：
一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)粉碎冻干玫瑰花和高糖水果碎屑：将冻干的玫瑰花和高糖水果碎屑在4～5℃条件下用胶体磨粉碎，然后过200目筛，以防止打印时阻塞喷头；
(2)浆料的制备：将粉碎后的冻干玫瑰花和高糖水果碎屑按2：5～7的质量比例充分混匀后，再与全脂牛奶按质量比为1：2.5～4的比例添加；具体为：食品胶体在65℃～75℃条件下以所需全脂牛奶0.5％～1.5％的质量比溶解在一部分全脂牛奶中(约占总全脂牛奶需要量的40％～45％)，得到胶体溶液；将粉碎后的冻干玫瑰花和高糖水果碎屑与另一部分所需全脂牛奶混合均匀，得到冻干粉浆料；将胶体溶液和冻干粉浆料进行混合；
(3)接种益生菌：将步骤(2)混合后的浆料冷却至室温后，无菌状态下将益生菌冻干粉末以质量百分比为0.5％～1.5％加入到浆料中，混合均匀；
(4)喷头直径的选择：选定喷嘴直径为0.6mm～1.5mm；
(5)打印温度的选择：25℃～50℃；
(6)打印成型：3D打印的食品的益生菌数量为9～10log cfu/g。在4℃条件下储藏7天后，益生菌数量在8～9log cfu/g。益生菌存活率达到85％以上；
进一步的，打印速度选为25～35mm/s；
进一步的，冻干玫瑰花可以为花瓣、碎屑；
进一步的，冻干高糖水果为蜜柚、桔子或草莓；
进一步的，食品胶体为黄原胶、海藻酸钠、瓜尔胶或卡拉胶；
进一步的，益生菌干粉末为嗜酸乳杆菌和双歧杆菌冻干粉的混合物，且二者的比例为1:2～2.5，活菌数为8.9～9.5×1011cfu/g。
关于步骤(1)粉碎冻干玫瑰花和高糖水果碎屑：由于冻干玫瑰花瓣和水果碎屑粒径较大，直接用于打印时很容易导致喷嘴阻塞，因此首先将碎屑进行制粉降低粒径。此外，由于玫瑰花和水果碎屑中往往含有丰富的对温度敏感的生物活性物质(如多酚，花青素、多糖等)，因此在进行胶体磨制粉过程中应采用低温条件(4～5℃)。粉碎后过200目筛用于进一步的3D打印。采用玫瑰花作为成分之一可以增加3D打印食品的功效作用，如抗氧化、抗氧化、美容等作用。高糖水果中往往含有较为丰富的低聚糖，而大多数益生元是由几个分子的单糖构成的低聚糖类物质，因此采用高糖水果作为配方成分往往可以提高益生菌的存活率。
关于步骤(2)胶体溶液和冻干粉浆料的混合：由于玫瑰花和水果冻干粉中的生物活性物质在高温条件下容易被破坏，因此如果将冻干粉，牛奶和胶体一并混匀并在65～75℃条件下加热会导致功能性活性物质的破坏，因此试验中先将胶体溶解在一部分牛奶中。为防止胶体在溶解过程中的凝聚成团现象，在溶解过程中要边搅拌边溶解。
关于步骤(2)胶体溶液和冻干粉浆料的混合：胶体充分溶解后与事先配好的冻干粉浆料混合均匀。加入胶体一方面可以调节物料的黏度凝聚性等流变特性以获得较好的3D打印特性，另一方面胶体的加入往往有改善食品质构口感的作用。
关于步骤(4)喷头直径的选择：较小的喷头直径虽然会提高打印精度，但同时会极大的降低打印速度。在较小的喷嘴直径下物料在挤出过程中会产生较大的剪切应力，这对于益生菌的存活率是不利的，这是因为较高的剪切应力下往往会对益生菌细胞造成不可逆的不利影响，而且较小的喷嘴直径也会导致益生菌细胞在较低的打印速度下过多的暴露与空气中，从而对厌氧的益生菌细胞造成不利影响。经过试验，为保证打印的效率和精度，以及益生菌的存活率，选定喷嘴直径为0.6mm～1.5mm较为合适。
关于步骤(5)打印温度的选择：打印温度一方面会影响物料的流变特性进而影响3D打印效果，一方面较高的打印温度会导致益生菌细胞在较高的剪切应力下失活，另外较高的打印温度也容易导致玫瑰花和果蔬浆料中功能性活性物质的失活。综合三方面因素，选定打印温度为室温～50℃之间。
关于步骤(6)打印成型：此种条件下3D打印的食品的益生菌数量为9～10log cfu/g。在4℃条件下储藏7天后益生菌数量在8～9log cfu/g。
本发明的有益效果：一是在3D打印过程中，物料需要从一个较小的喷嘴中挤出，挤出时浆料中的益生菌会受到高速的剪切力造成存活率的下降，冻干水果碎屑中丰富的低聚糖可以起到一定的保护作用；二是采用3D打印技术来生产负载有益生菌的功能性食品，并给出了适合于益生菌存活的打印工艺参数；三是利用玫瑰花粉的抗氧化、抗衰老等生物活性，进一步增加食品的功能性。
具体实施方式
实施例1：以冻干玫瑰花和草莓碎屑为原料开发含益生菌配方3D打印食品
将冻干玫瑰花和草莓碎屑在5℃下用胶体磨粉碎后过200目筛，以防止打印时阻塞喷头。将玫瑰花粉和草莓粉按2:5的比例混合均匀后与全脂牛奶按1：3.5的比例混匀。首先将冻干粉与所需牛奶的60％混合均匀。将1.5％的黄原胶在70℃，30min条件下充分溶解在剩下40％的牛奶中，由于黄原胶极易凝聚，因此在溶解时在900r/s下高速搅拌，充分溶解后将二者混合均匀。冷却至室温后在浆料中加入1％的益生菌冻干粉末(嗜酸乳杆菌和双歧杆菌比例为1:2，活菌数为8.9×1011cfu/g)并混合均匀。这里需要注意的是为防止杂菌污染，所用的容器及操作环境都要保持无菌状态。在3D打印过程中，为防止物料挤出时过高的剪切应力导致益生菌失活，同时提高打印速度，选择直径为1.0mm的喷嘴，打印速度为28mm/s。打印温度为25℃。此种条件下3D打印的食品的益生菌数量为9.3log cfu/g，在4℃条件下储藏7天后益生菌数量在8.2log cfu/g。益生菌存活率达到88.2％。
实施例2：以冻干玫瑰花和橘子碎屑为原料开发含益生菌配方3D打印食品
将冻干玫瑰花和橘子碎屑在4℃下用胶体磨粉碎后过200目筛，以防止打印时阻塞喷头。将玫瑰花粉和橘子粉按1:3的比例混合均匀后与全脂牛奶按1：3的比例混匀。首先将研磨后的冻干粉与所需牛奶的60％混合均匀。将1.5％的海藻酸钠在70℃，30min条件下充分溶解在剩下40％的牛奶中，溶解过程中要注意搅拌，充分溶解后将两部分混合均匀。冷却至室温后在浆料中加入1％的益生菌冻干粉末(嗜酸乳杆菌和双歧杆菌比例为1:2.3，活菌数为9.2×1011cfu/g)并混合均匀。这里需要注意的是为防止杂菌污染，所用的容器及操作环境都要保持无菌状态。在3D打印过程中，为防止物料挤出时过高的剪切应力导致益生菌失活，同时提高打印速度，选择直径为0.8mm的喷嘴，打印速度为25mm/s。打印温度为35℃。此种条件下3D打印的食品的益生菌数量为9.8log cfu/g，4℃条件下储藏7天后益生菌数量在9.5log cfu/g。益生菌存活率达到89％。
Claims (10)
1.一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)粉碎冻干玫瑰花和高糖水果碎屑：将冻干的玫瑰花和高糖水果碎屑在4～5℃条件下用胶体磨粉碎，然后过200目筛，以防止打印时阻塞喷头；
(2)浆料的制备：将粉碎后的冻干玫瑰花和高糖水果碎屑按2：5～7的质量比例充分混匀后，再与全脂牛奶按质量比为1：2.5～4的比例添加；具体为：食品胶体在65℃～75℃条件下以所需全脂牛奶0.5％～1.5％的质量比溶解在一部分全脂牛奶中，得到胶体溶液；将粉碎后的冻干玫瑰花和高糖水果碎屑与另一部分所需全脂牛奶混合均匀，得到冻干粉浆料；将胶体溶液和冻干粉浆料进行混合；食品胶体占总全脂牛奶需要量的40％～45％；
(3)接种益生菌：将步骤(2)混合后的浆料冷却至室温后，无菌状态下将益生菌冻干粉末以质量百分比为0.5％～1.5％加入到浆料中，混合均匀；
(4)喷头直径的选择：选定喷嘴直径为0.6mm～1.5mm；
(5)打印温度的选择：25℃～50℃；
(6)打印成型：3D打印的食品的益生菌数量为9～10log cfu/g；在4℃条件下储藏7天后，益生菌数量在8～9log cfu/g；益生菌存活率达到85％以上。
2.根据权利要求1所述的一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，打印速度选为25～35mm/s。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，冻干玫瑰花为花瓣、碎屑。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，冻干高糖水果为蜜柚、桔子或草莓。
5.根据权利要求3所述的一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，冻干高糖水果为蜜柚、桔子或草莓。
6.根据权利要求1、2或5所述的一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，食品胶体为黄原胶、海藻酸钠、瓜尔胶或卡拉胶。
7.根据权利要求3所述的一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，食品胶体为黄原胶、海藻酸钠、瓜尔胶或卡拉胶。
8.根据权利要求4所述的一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，食品胶体为黄原胶、海藻酸钠、瓜尔胶或卡拉胶。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，益生菌干粉末为嗜酸乳杆菌和双歧杆菌冻干粉的混合物，且二者的比例为1:2～2.5，活菌数为8.9～9.5×1011cfu/g。
10.根据权利要求6所述的一种利用玫瑰花粉和高糖水果碎屑开发含益生菌的3D打印食品的方法，其特征在于，益生菌干粉末为嗜酸乳杆菌和双歧杆菌冻干粉的混合物，且二者的比例为1:2～2.5，活菌数为8.9～9.5×1011cfu/g。
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