CN113057332A - 胶囊挤压式功能性食品3d打印材料及制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品3D打印材料制备技术领域，具体涉及胶囊挤压式功能性食品3D打印材料及制备方法及用途。通过采用β‑环糊精作为固态乳化剂制备Pickering乳液，将溶于食用植物油中的脂溶性维生素包埋于Pickering乳液中，进一步采用喷雾冷冻干燥技术将Pickering乳液制成固态粉剂并与硬脂酸镁混合制成胶囊挤压式功能性食品3D打印材料，一方面，提高脂溶性维生素的稳定性，拓展脂溶性维生素在食品工业中的应用；另一方面，所制备的食品3D打印材料可满足人们对特定营养食品的个性化需求，通过胶囊式供给也简化了打印工艺，便于3D打印机的清洗维护，具有较好的应用前景和市场价值。
Description
技术领域
本发明属于食品3D打印材料制备技术领域，具体涉及一种富含脂溶性维生素的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料及制备方法和用途。
背景技术
脂溶性维生素主要包括维生素A、D、E和K，是一类由长的碳氢链或稠环组成的聚戊二烯化合物，是人类膳食不可或缺的营养物质，它们在体内的消化吸收有赖于食物中油脂的存在。摄入过少则会引起相关症状，摄入过多则不能在短时间内吸收代谢并排出体外，对机体产生毒害作用。由于脂溶性维生素高度疏水，在机体内吸收困难，对光、热、氧气等因素较为敏感，极大的限制了其在食品工业中的应用。
乳液是一种或多种液体以液滴形式通过机械搅拌均匀分散在另一种与之不相溶的液体中形成的分散体系，主要分为“水包油”型和“油包水”型两种，通常也用来作为不稳定型功能性活性物质的运载体系。为提高脂溶性维生素的吸收度与利用率，中国专利CN107890564A申请公开了一种含大蒜素和脂溶性维生素的复配水乳液及其制备方法，但该专利适用于饲料和兽药，并不适用于食品；中国专利CN110693003A申请公开了包埋脂溶性维生素的乳液凝胶及其基于脉冲电场的生产方法，该方法虽较传统乳液的稳定性已有一定的提高，但不适合直接食用；中国专利CN108420077A申请公开了一种维生素E纳米乳液及其制备方法，该方法中采用了吐温80作为乳化剂，但吐温80具有一定的公害性和对人体的刺激性，不适合食用，且该方法制备出的纳米乳液稳定性不高。而Pickering乳液由于采用多糖、蛋白等固态颗粒作为乳化剂，能够不可逆的吸附在油-水界面上，较传统乳液稳定性更高，且该类乳化剂较吐温80、Span 80等乳化剂安全无公害，具有广阔的应用前景。现仅中国专利CN111481503A申请公开了一种负载维生素D3的纳米碳酸钙皮克林乳液及其制备方法与应用。
3D打印技术也称快速成型技术或增材制造技术，与传统加工方法去除材料来生产零件的方式不同，它的基本原理是通过材料的不断叠加来生成一个完整的实体。由于3D打印技术较好的平衡了高灵活性和低成本，使得它开始进入与生活更贴近的场景中。针对食品工业，3D打印技术的发展也为食品加工领域带来了新的机遇。不仅可以提高能源的利用率，降低污染，还可以通过在各类主食中加入各种营养物质，可以让人们通过最便捷、接受度最高的方式获得全面的营养补充，并且还可利用3D打印的灵活性调节营养物质的配比，实现“食补”的因人而宜，助力食品智能制造。
国内有很多关于食品3D打印材料制备技术的专利申请，这些材料大部分均基于凝胶类食材。中国专利CN108740284B授权公开一种即食乳蛋白凝胶的制备及其在3D打印中的应用，该专利通过制备酪蛋白酸钠的蛋白悬浮液，再往蛋白悬浮液中添加浓缩乳蛋白来制备乳蛋白复合凝胶；中国专利CN110558356A申请公开了适宜3D打印的杂粮凝胶墨水的制备方法及3D打印零食，该专利所涉及的杂粮凝胶墨水主要由黑米粉或燕麦粉或藜麦粉中的一种或两种以上的混合物与全麦面粉，马铃薯淀粉，黑豆粉等原料制成；中国专利CN106805280A申请公开了一种即食调理土豆泥3D打印精确成型的调控方法，该专利通过将土豆浆与胶体混合蒸煮后与白巧克力粉混匀制成。
本专利优势：采用β-环糊精作为固态乳化剂制备Pickering乳液，将溶于食用植物油中的脂溶性维生素包埋于Pickering乳液中，进一步采用喷雾冷冻干燥技术将Pickering乳液制成固态粉剂并与硬脂酸镁混合制成胶囊挤压式功能性食品3D打印材料，一方面，提高脂溶性维生素的稳定性，拓展脂溶性维生素在食品工业中的应用；另一方面，所制备的食品3D打印材料可满足人们对特定营养食品的个性化需求，通过胶囊式供给也简化了打印工艺，便于3D打印机对营养素的调配以及设备的清洗维护，具有较好的应用前景和市场价值。
发明内容
本发明旨在提供一种胶囊挤压式功能性食品3D打印材料及制备方法和用途，所述功能性体现在富含脂溶性维生素，并实现脂溶性维生素的缓释和高效吸收。通过将β-环糊精作为固态乳化剂溶于水中形成水相，将溶于食用植物油中的脂溶性维生素加入水相后，在高速均质和超声处理的作用下形成“水包油”型Pickering乳液，然后通过喷雾真空冷冻干燥得到固态粉剂，最后在硬脂酸镁的结合下形成食品3D打印材料，置于机械臂式四轴3D打印机的胶囊室中，可实现胶囊挤压式供料。该材料制作流程示意图如图1所示。
本发明由β-环糊精、脂溶性维生素、食用植物油、硬脂酸镁、蒸馏水等原料制成食品3D打印材料，制备步骤如下：
首先将一定含量的β-环糊精在一定温度下溶于蒸馏水中形成水相，其次将一定含量的脂溶性维生素溶于食用油中形成油相，向水相中逐滴加入油相，然后通过高速均质形成粗乳液，再通过超声处理形成粒径较小的“水包油”型Pickering乳液，然后将其置于喷雾真空冷冻干燥机中，制成粒径均一、化学纯度高的固态粉剂，最后将所制备的固态粉剂与一定含量的硬脂酸镁相混合形成食品3D打印材料。
所述β-环糊精在水相中的浓度为30mg/mL。
所述溶解β-环糊精形成水相中的温度为55～65℃。
所述脂溶性维生素在油相中的含量为2mg/mL。
所述固态粉剂与硬脂酸镁的质量比例为10:1(m:m)。
所述“水包油”型Pickering乳液中油相体积比为60％。
所述油相逐滴加入到水相的速率为1滴/s。
所述高速均质的转速为10000r/min，高速均质的时间为2min。
所述超声处理的功率为200W，超声处理的时间为3min，工作1s，间歇1s，超声变幅杆规格为6mm。
所述喷雾真空冷冻干燥的压力为20～35Pa，风量为5～6.5m3/min，喷雾温度为-40～-30℃。
通过上述技术特征，本发明所制备的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料，由于通过β-环糊精稳定的Pickering乳液对脂溶性维生素进行了包封及进一步的喷雾真空冷冻干燥处理，相对现有技术，一方面，可提高脂溶性维生素的稳定性，拓展脂溶性维生素在食品工业中的应用；另一方面，所制备的食品3D打印材料可满足人们对特定营养食品的个性化需求，通过胶囊式供给也简化了打印工艺，便于3D打印机对营养素的调配以及设备的清洗维护，具有较好的应用前景和市场价值。
附图说明
图1胶囊挤压式功能性食品3D打印材料制备流程示意图
具体实施方式
通过下面实例说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护内容不仅局限于此。
实施例1富含维生素A1的胶囊挤压式食品3D打印材料的制备
1.1制备材料：
维生素A1：国药集团化学试剂有限公司
β-环糊精：国药集团化学试剂有限公司
玉米油：益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司
硬脂酸镁(食用级)：浙江一诺生物科技有限公司
1.2制备步骤：
①水相制备：准确称取2.4gβ-环糊精置于80mL蒸馏水中，在60℃下充分搅拌30min，配置浓度为30mg/mL的β-环糊精溶液。
②油相制备：准确称取240mg维生素A1溶于120mL玉米油中，于常温下磁力搅拌30min形成油相。
③高速均质：以1滴/s的速率将油相逐滴加入到水相溶液中，在10000r/min的转速下搅拌均质2min，形成“水包油”型粗乳液。
④超声处理：将上述粗乳液置于超声细胞破碎仪中，在冰水浴下以200W的功率超声3min，工作1s，间歇1s，即制备成“水包油”型Pickering乳液。
⑤喷雾真空冷冻干燥：将上述Pickering乳液置于喷雾真空冷冻干燥中，设置压力为30Pa，风量为6.5m3/min,喷雾温度为-35℃，将Pickering乳液制成固态粉剂。
⑥防粘结处理：将所制备的固态粉剂与硬脂酸镁按照质量比为10:1进行混合，送入机械臂式四轴3D打印机的胶囊室，即制成富含维生素A1的胶囊挤压式食品3D打印材料。
实施例2富含维生素D2的胶囊挤压式食品3D打印材料的制备
2.1制备材料：
维生素D2：国药集团化学试剂有限公司
β-环糊精：国药集团化学试剂有限公司
玉米油：益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司
硬脂酸镁(食用级)：浙江一诺生物科技有限公司
2.2制备步骤：
①水相制备：准确称取2.4gβ-环糊精置于80mL蒸馏水中，在60℃下充分搅拌30min，配置浓度为30mg/mL的β-环糊精溶液。
②油相制备：准确称取240mg维生素D2溶于120mL玉米油中，于常温下磁力搅拌30min形成油相。
③高速均质：以1滴/s的速率将油相逐滴加入到水相溶液中，在10000r/min的转速下搅拌均质2min，形成“水包油”型粗乳液。
④超声处理：将上述粗乳液置于超声细胞破碎仪中，在冰水浴下以200W的功率超声3min，工作1s，间歇1s，即制备成“水包油”型Pickering乳液。
⑤喷雾真空冷冻干燥：将上述Pickering乳液置于喷雾真空冷冻干燥中，设置压力为30Pa，风量为6.5m3/min,喷雾温度为-35℃，将Pickering乳液制成固态粉剂。
⑥防粘结处理：将所制备的固态粉剂与硬脂酸镁按照质量比为10:1进行混合，送入机械臂式四轴3D打印机的胶囊室，即制成富含维生素D2的胶囊挤压式食品3D打印材料。
Claims (10)
1.胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：将β-环糊精作为固态乳化剂溶于水中形成水相，将脂溶性维生素溶于食用油中形成油相，向水相中逐滴加入油相，在高速均质和超声处理的依次作用下形成“水包油”型Pickering乳液，然后通过喷雾真空冷冻干燥得到固态粉剂，最后将固态粉剂与硬脂酸镁混合形成食品3D打印材料，置于机械臂式四轴3D打印机的胶囊室中，实现胶囊挤压式供料。
2.如权利要求1所述的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法，其特征在于：所述β-环糊精在水相中的浓度为30mg/mL。
3.如权利要求1所述的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法，其特征在于：所述溶解β-环糊精形成水相的温度为55～65℃。
4.如权利要求1所述的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法，其特征在于：所述脂溶性维生素在油相中的含量为2mg/mL。
5.如权利要求1所述的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法，其特征在于：所述油相逐滴加入到水相的速率为1滴/s。
6.如权利要求1所述的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法，其特征在于：所述高速均质的转速为10000r/min，高速均质的时间为2min。
7.如权利要求1所述的一种胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法及用途，其特征在于：所述超声处理的功率为200W，超声处理的时间为3min，工作1s，间歇1s，超声变幅杆规格为6mm。
8.如权利要求1所述的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法，其特征在于：所述“水包油”型Pickering乳液中，油相体积比为60％。
9.如权利要求1所述的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法，其特征在于：所述喷雾真空冷冻干燥的压力为20～35Pa，风量为5～6.5m3/min，喷雾温度为-40～-30℃。
10.如权利要求1所述的胶囊挤压式功能性食品3D打印材料的制备方法，其特征在于：所述固态粉剂与硬脂酸镁的质量比例为10:1。
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