CN112335770A - 一种立体糖画3d打印材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立体糖画的3D打印材料及其制备方法，将高麦芽糖浆进行预处理，添加稳定剂、助凝剂等改善糖浆的质地，经熬煮、冷却、粉碎后获得适宜传统糖画空间结构的3D打印原料。原料包括：高麦芽糖浆20‑80份、蔗糖0‑50份、助凝剂0.01‑8份、稳定剂0.5‑8份和预糊化淀粉3‑15份。该原料采用熔融沉积成型(FDM)3D打印技术，打印后的糖画具有立体空间结构。本发明制得的3D打印原料具有成型速度快、打印精度高等特点，利用该方法制得的糖画成型效果好、堆叠层数多、造型多样，丰富了食品3D打印原料的种类，具有较好的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于3D打印食品加工技术领域，涉及一种立体糖画的3D打印材料及其制备方法。
背景技术
糖画作为一种古老而又独特的民间艺术，2008年被确立为非物质文化遗产，它是我国华夏五千年文明必不可少的文化代表。传统的糖画技术常常依赖口述或文字记录的方式流传，手工艺类非物质文化遗产的独特性集中体现在精神文化特质。但是糖画艺人作为传统手工艺者，多是生活在社会底层的劳动人民，普遍文化水平不高。传统手工艺人将熬煮后的糖浆绘制在石板上，待糖液凝固即可得到不同图案的糖画，制作的糖画多为平面造型，立体糖画需要拼接，耗费时间长，且对手工艺人的技术要求颇高，尤其近些年传统手工人的数量大幅降低，限制了糖画的发展和弘扬。
近些年，3D打印技术在食品工业应用中的兴起改变了传统食品加工的方法，目前食品常用的3D打印技术为熔融沉积技术(FDM)，对原料结构的需求较高，具有变温调控、快速成型等特点。目前，应用于食品3D打印的食品原料十分有限，进而限制了食品3D打印的发展。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种立体糖画的3D打印材料及其制备方法；解决了现有糖果打印材料堆叠高度不足的问题，丰富了3D打印技术糖果的材料种类。
本发明提供的一种立体糖画3D打印材料，由以下重量份的原料制得：
高麦芽糖浆20-80份、蔗糖0-50份、助凝剂0.01-8份、稳定剂0.1-8份和预糊化淀粉3-15份。
进一步地，所述助凝剂为食用明胶和结冷胶的混合物。采用结冷胶与食用明胶作为助凝剂有利于原料在预热缸快速复融，且在操作板上快速凝结。
进一步地，所述稳定剂为甜菜纤维、秸秆纤维、甲基纤维素、微晶纤维素中的一种或多种混合物。
一种立体糖画3D打印材料的制备方法，包括：
1)制备助凝剂：分别将食用明胶与结冷胶预处理后，按比例混匀；
2)溶解蔗糖及稳定剂：将蔗糖、稳定剂分别加水完全溶解，备用；
3)熬煮：将溶解后的蔗糖、稳定剂、助凝剂及高麦芽糖浆混合后加热，加热过程中需不断搅拌，降低浆料含水量后停止加热；
4)冷却：混合后的浆料加入适量预糊化淀粉，混匀后室温下冷却凝固；
5)粉碎：凝固后的原料粉碎，即得3D打印立体糖画的原料。
进一步地，步骤1)中所述食用明胶的预处理方法为将明胶粉末置于水中溶胀，水浴加热至胶块全部溶解，其中明胶与水的质量比为1：3-20，时间为5-30min，水浴温度为40-90℃。
进一步地，步骤1)中所述结冷胶预处理的方法为将结冷胶粉末于适量水中分散均匀，水浴法加热水化至溶解成透明溶液，其中结冷胶与水的质量为1：2-25，时间为5-30min，水浴温度为40-80℃。
进一步地，步骤1)中所述助凝剂中食用明胶和结冷胶的质量比为1：0.02-0.5。
进一步地，步骤3)加热过程中搅拌的转速为20-50r/min，温度为120-185℃。
食用明胶和结冷胶混合具有协同作用，将其与高麦芽糖浆混合，打印时可增加糖液堆叠层间的粘连性，再通过添加稳定剂稳定糖液黏度，改善了3D打印原料堆叠高度小、堵塞出料口等缺陷，打印出的糖画成型性好，造型分辨率高。采用高麦芽糖浆作为原料，解决了糖制品易反砂、发烊等问题。
本发明提供的一种3D打印立体糖画由本发明所述的立体糖画材料制得。
本发明提供了一种立体糖画3D打印材料及其制备方法，以高麦芽糖浆和蔗糖为基料，选取结冷胶和食用明胶作为助凝剂，辅以稳定剂，制备一种具有立体空间结构的糖画原料，该原料具有打印精度高、堆叠层数高、感官品质好等特点，便于工业化生产。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例中3D打印材料所用设备的结构示意图；
图2为本发明实施例中的3D打印设备的结构简图。
具体实施方式
本发明提供了立体糖画3D打印材料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明采用的试材皆为普通市售的食品级材料，并可于市场购得。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1：
准确称取食用明胶20g，加入食用明胶质量6倍的水溶胀20min，水浴法加热至胶块全部溶解，水浴温度为60℃；
准确称取结冷胶粉末1g于水中分散均匀，水浴法加热水化，其中结冷胶与水的质量比为1：10，水浴温度为80℃，结冷胶溶解成透明溶液后与明胶溶液混匀制成助凝剂，备用；
准确称取甜菜纤维31g于研钵中研细，完全溶解于适量温水中，再与500g高麦芽糖浆、助凝剂混合后，油浴法加热降低含水量，加热过程中需不断搅拌，设置搅拌速度30r/min，加热温度为155℃；停止加热后，边搅拌边加入预糊化淀粉90g，混匀后室温下冷却凝固，凝固后的原料粉碎，即得3D打印原料。打印成品时，先将原料转入3D打印机专用预热装置进行预热，将想要获得的成品图像导入软件中进行建模，设定程序，启动3D打印机开始打印，操作台温度为4℃用于固化，打印完成，得到成品。
实施例2：
准确称取食用明胶25g，加入食用明胶质量8倍的水溶胀15min，水浴法加热至胶块全部溶解，水浴温度为70℃；
准确称取结冷胶粉末3g于水中分散均匀，水浴法加热水化，其中结冷胶与水的质量比例为1：2，水浴温度为75℃，结冷胶溶解成透明溶液后与明胶溶液混匀制成助凝剂，备用；
准确称取秸秆纤维35g，蔗糖100g分别加水溶解，再与助凝剂、570g高麦芽糖浆混合后，油浴法加热降低含水量，加热过程中需不断搅拌，设置搅拌速度30r/min，加热温度为160℃；停止加热后边搅拌边加入预糊化淀粉105g，混匀后倒入模具，室温下冷却凝固，凝固后的原料脱模、粉碎，即得3D打印原料。打印成品时，先将原料转入3D打印机专用预热装置进行预热，将想要获得的成品图像导入软件中进行建模，设定程序，启动3D打印技术机开始打印，操作台温度为4℃用于固化，打印完成，得到成品。
实施例3：
准确称取食用明胶20g，加入食用明胶质量5倍的水溶胀30min，水浴法加热至胶块全部溶解，水浴温度为80℃；
准确称取结冷胶粉末2g于水中分散均匀，水浴法加热水化，其中结冷胶与水的质量比例为1：3，水浴温度为75℃，结冷胶溶解成透明溶液后与明胶溶液混匀制成助凝剂，备用；
准确称取甜菜纤维40g，于研钵中混合均匀，完全溶解于适量温水中，完全溶解于适量温水中，准确称取蔗糖150g溶解，再与助凝剂、稳定剂一起加入到料缸中与350g高麦芽糖浆混合加热，加热过程中需不断搅拌，设置搅拌速度30r/min。停止加热后，边搅拌边加入预糊化淀粉55g，混匀后倒入模具，室温下冷却凝固，凝固后的原料脱模、粉碎，即得3D打印原料。打印成品时，先将原料转入3D打印机专用预热装置进行预热，将想要获得的成品图像导入软件中进行建模，设定程序，启动3D打印技术机开始打印，操作台温度为0℃用于固化，打印完成，得到成品。
本实施例所用的3D打印设备的结构简图如图2所示，包括预热缸1、进料管2、移动导轨3、升降台4、固定架5、低温操作台6、泠凝器7，挤出桶8，打印针头9,应用该设备使用本发明打印材料打印时对操作台的温度有要求，故本实施例中在低温操作台6下固定设有了冷凝器7，以方便降低操作台的温度，加速打印材料凝结。
对比例1：
准确称取食用明胶20g，加入食用明胶质量10倍的水溶胀30min，水浴法加热至胶块全部溶解，水浴温度为80℃；
准确称取甜菜纤维20g，于研钵中混合均匀，完全溶解于适量温水中，准确称取蔗糖500g加入适量水小火熬成糖浆，再与助凝剂、稳定剂一起加入到料缸中混合加热，加热过程中需不断搅拌，设置搅拌速度40r/min。停止加热后，边搅拌边加入预糊化淀粉60g，混匀后倒入模具，室温下冷却凝固，凝固后的原料脱模、粉碎，即得3D打印原料。打印成品时，先将原料转入3D打印机专用预热装置进行预热，将想要获得的成品图像导入软件中进行建模，设定程序，启动3D打印技术机开始打印，操作台温度为10℃用于固化，打印完成，得到成品。对比例2：
准确称取食用明胶20g，加入食用明胶质量6倍的水溶胀20min，水浴法加热至胶块全部溶解，水浴温度为60℃；
准确称取结冷胶粉末3g于水中分散均匀，水浴法加热水化，其中结冷胶与水的质量比为1：15，水浴温度为80℃，结冷胶溶解成透明溶液后与明胶溶液混匀制成助凝剂，备用；
准确称取甜菜纤维20g，于研钵中混合均匀，完全溶解于适量温水中，准确称取麦芽糖浆500g，与助凝剂、稳定剂一起加入到料缸中混合加热，加热过程中需不断搅拌，设置搅拌速度40r/min。停止加热后，边搅拌边加入预糊化淀粉100g，混匀后倒入模具，室温下冷却凝固，凝固后的原料脱模、粉碎，即得3D打印原料。打印成品时，先将原料转入3D打印机专用预热装置进行预热，将想要获得的成品图像导入软件中进行建模，设定程序，启动3D打印技术机开始打印，操作台温度为10℃用于固化，打印完成，得到成品。
对比例1-2，经实验过程中发现胶和水的比例对浆料后期熬煮时间影响较大，水量较多时，糖浆熬煮时间延长，影响材料打印性能。水量过小时，胶体溶胀不充分，与糖浆混合时易结成胶块，使打印浆料质地不均匀。在实验过程中我们还发现，单独采用食用明胶做凝胶剂时，打印出料断断续续、不均匀，越细的打印针头这种现象越明显，不能打印精细造型。
实验初期选用阿拉伯胶、果胶等分别与明胶复配制得打印材料，得到的材料耐热性过强，存在复融速度慢、打印凝固慢等缺陷。通过实验发现结冷胶与明胶共同使用效果最好，可能是因为在两者复配时，明胶结构对结冷胶形成的凝胶网络产生了支撑作用。
将实施例1-3及对比例1-2获得的打印材料打印获得的糖果进行保存，对比例1-2打印料打印的糖果在室温保存(湿度60％±5％)保存30天左右陆续出现反砂、发黏现象。通过反复实验发现以高麦芽糖浆为原料或添加了高麦芽糖浆的3D打印糖果(实施例1-3)同样条件下60天未见反砂或表面发黏现象。
将实施例1-3制得的立体糖画3D打印浆料进行打印精度测试，测试结果如表1所示。
表1为立体糖画3D打印浆料进行打印精度测试结果
将实施例1-3制得的3D打印立体糖画进行TPA质构测试，测试结果如表2所示。
表2为3D打印立体糖画TPA质构测试结果
用于3D打印的材料应具有合适的流动性，以便在挤出过程中能够平滑地通过喷嘴挤出。本方法制备的浆料三个实施案例经测量其打印精准度要求范围内，保证了打印堆叠时不发生偏离，可形成结构优良的打印食品，打印完成后具有良好硬度与脆度，易于运输，不易碎等优点。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种立体糖画3D打印材料，其特征在于，由以下重量份的原料制得：
高麦芽糖浆20-80份、蔗糖0-50份、助凝剂0.01-8份、稳定剂0.1-8份和预糊化淀粉3-15份。
2.根据权利要求1所述的一种立体糖画3D打印材料，其特征在于，所述助凝剂为食用明胶和结冷胶的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种立体糖画3D打印材料，其特征在于，所述稳定剂为甜菜纤维、秸秆纤维、甲基纤维素、微晶纤维素中的一种或多种混合物。
4.权利要求1-3任一项所述材料3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括：
1)制备助凝剂：分别将食用明胶与结冷胶预处理后，按比例混匀；
2)溶解蔗糖及稳定剂：将蔗糖、稳定剂分别加水完全溶解，备用；
3)熬煮：将溶解后的蔗糖、稳定剂、助凝剂及高麦芽糖浆混合后加热，加热过程中需不断搅拌，降低浆料含水量后停止加热；
4)冷却：混合后的浆料加入适量预糊化淀粉，混匀后室温下冷却凝固；
5)粉碎：凝固后的原料粉碎，即得3D打印立体糖画的原料。
5.根据权利要求4所述的3D打印材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述食用明胶的预处理方法为将明胶粉末置于水中溶胀，水浴加热至胶块全部溶解，其中明胶与水的质量比例为1：3-20，时间为5-30min，水浴温度为40-90℃。
6.根据权利要求4所述的3D打印材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述结冷胶预处理的方法为将结冷胶粉末于适量水中分散均匀，水浴法加热水化至溶解成透明溶液，其中结冷胶与水的质量比为1：2-25，时间为5-30min，水浴温度为40-80℃。
7.根据权利要求4所述的3D打印材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述助凝剂中食用明胶和结冷胶的质量比为1：0.02-0.5。
8.根据权利要求4所述的一种立体糖画的3D打印技术原料的制备方法，其特征在于，步骤3)加热过程中搅拌的转速为20-50r/min，温度为120-185℃。
9.一种3D打印立体糖画，其特征在于，以权利要求1-3任一项所述的立体糖画打印材料制得。
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