CN115005324A - 基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3d打印材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料的制备方法，包括如下步骤，按照原料质量份数计，分别取大豆分离蛋白粉1000份、水3500～5000份、半胱氨酸盐酸盐1‑3份混匀；在温度为95℃的条件下加热搅拌20‑25min，然后迅速冷却，得到大豆蛋白浆料B；将NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混匀，保证在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中NaCl的终质量浓度为2‑3％，TG酶的终浓度为4‑5U/g真空斩拌处理。本发明无需添加增稠剂等添加剂，符合绿色健康的食品理念；采用特定的热处理时间、特定的半胱氨酸盐酸盐、TG酶、NaCl的添加量，可以使大豆蛋白变性后具有良好的流变特性，并能通过微波3D打印即时固化，打印后维持在最佳状态，打印出具有良好的外观和空心结构的产品。

Description

基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料的制备 方法

技术领域

本发明涉及食品3D打印技术领域，具体涉及基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料的制备方法。

背景技术

大豆分离蛋白是一种重要的植物源蛋白，因其具有良好的乳化性、吸水性、凝胶性和发泡性以及获取方便，价格低廉等优点而广泛应用于食品加工领域。有研究表明，天然状态下的大豆分离蛋白可打印性较差，不适于用作3D打印材料。现有技术中为了改善大豆分离蛋白材料的打印效果，多采用添加食品亲水胶体以改善其流变性能，进而改善打印效果，但打印后的产品仍为流动态，多层打印后容易塌陷，且无法实现镂空等复杂结构的打印。产品打印完成后需要复杂的后处理过程，如烘焙、油炸、蒸煮等。在此过程中，产品可能会出现形状、颜色等改变，限制了大豆分离蛋白在食品3D打印中的应用。

在实现食品材料的即时固化的打印效果方面，已公开的CN 111248474 A采用了微波3D打印的技术方案，实现了鱼糜类浆料的即时固化。然而，鱼糜中主要含有肌原纤维蛋白，其具有良好的温度响应特性及微波固化特性。大豆蛋白是球蛋白，其功能性基团埋藏在蛋白分子内部。通常大豆蛋白固化需要长时间的热处理过程，使球蛋白分子链展开，功能性基团暴露。因此，微波瞬时加热的加热模式并不适用于大豆蛋白的即时固化。目前，关于大豆分离蛋白在微波3D打印技术中的应用未见报道。

发明内容

[技术问题]

开发出一种无需添加食品亲水胶体的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料的制备方法，该法制备的微波3D打印材料在3D打印过程中可即时固化，得到的3D打印产品的凝胶强度较高，具有良好的抵御变形的能力；结构精细，形状高度与3D打印模型结构接近。

[技术方案]

本发明的第一目的在于提供一种基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照原料质量份数计，分别取大豆分离蛋白粉1000份、水3500～5000份、半胱氨酸盐酸盐1～3份；按照前述比例将大豆分离蛋白粉、水和半胱氨酸盐酸盐混匀，得到大豆蛋白浆料A；

(2)将大豆蛋白浆料A加热至80-100℃并在此温度下搅拌20～25min，然后迅速冷却，得到大豆蛋白浆料B；

(3)将NaCl和大豆蛋白浆料B置于真空斩拌机中，加入TG酶，保证在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中NaCl的质量浓度为2～3％，TG酶的终浓度为4～5U/g，0～4℃下进行斩拌处理，得到基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料。

作为本发明的一种优选实施方式，在步骤(1)中，半胱氨酸盐酸盐为3份。

作为本发明的一种优选实施方式，在步骤(2)中，加热温度为95℃，加热时间为25min。

作为本发明的一种优选实施方式，在步骤(3)中，在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中NaCl的质量浓度为3％。

作为本发明的一种优选实施方式，在步骤(3)中，在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中TG酶的终浓度为5U/g。

作为本发明的一种优选实施方式，在步骤(1)中，混匀是在20～30℃、pH 6.0～7.0下，100～300rpm搅打20～40min。

作为本发明的一种优选实施方式，在步骤(2)中，搅拌的转速是200～300rpm。

本发明的第二目的在于提供前述的方法制备得到的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料。

本发明的第三目的在于提供前述的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在微波3D打印领域中的应用。

本发明的第四目的在于提供前述的制备基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印食品的方法，以前述的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料为打印浆料，所述方法包括如下步骤：

启动打印程序，微波3D打印机根据预设的模型参数将打印浆料按层层堆叠的方式打印在工作平台上，通过调整喷嘴直径为0.8-1.0mm、单层高为0.8～1.2mm，实现打印浆料的挤出和早期成型；在微波源和控制系统的控制下，按2450MHz的微波频率输出微波，输出功率/打印速度为0.15～0.25w·s/mm²，实现打印浆料在3D打印过程中的即时固化，得到基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印食品。

作为本发明的一种优选实施方式，预设的模型参数为：内径、外径和高度分别为23、35和29mm的空心球。

作为本发明的一种优选实施方式，微波3D打印参数还包括：反应速度为40～60mm/s。

本发明的第五目的在于提供前述的方法制备得到的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印食品。

本发明的第六目的在于提供前述的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印食品在食品领域中的应用。

[有益效果]

(1)本发明通过对天然状态下不适合打印的大豆蛋白采用半胱氨酸盐酸盐、加热、NaCl及TG酶进行预变性处理，再采用微波3D打印机进行打印，利用微波3D打印和TG酶的协同作用，实现大豆蛋白在3D打印过程中的即时固化。热处理促进了大豆蛋白的预变性，大豆蛋白分子聚集形成聚集体，大豆蛋白浆料的黏度和类固体性质增强，可打印性显著提升。半胱氨酸盐酸盐使大豆蛋白分子间的二硫键展开，功能基团暴露，在微波和TG酶的作用下大豆蛋白发生了即时固化。本发明的微波3D方法避免了传统3D打印方法的复杂的后处理过程，有效简化了生产工艺，提高产品生产效率，改善产品品质，有利于推进大豆蛋白3D打印的工业化生产。

(2)本发明开发出了一种无需添加食品亲水胶体的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料的制备方法。当按照原料质量份数计大豆分离蛋白粉1000份、水3500～5000份、半胱氨酸盐酸盐1-3份，95℃下加热搅拌20-25min，在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中NaCl的质量浓度为2-3％，TG酶的终浓度为4-5U/g时，可以使大豆蛋白变性后具有良好的流变特性，并能通过微波3D打印即时固化，打印后维持在最佳状态，得到的3D打印产品的凝胶强度较高，具有良好的抵御变形的能力；结构精细，形状高度与3D打印模型结构接近。

(3)本发明研究还发现，当按照原料质量份数计大豆分离蛋白粉1000份、水3500～5000份、半胱氨酸盐酸盐3份，95℃下加热搅拌25min，在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中NaCl的质量浓度为3％，TG酶的终浓度为5U/g时，不仅可以使大豆蛋白变性后具有良好的流变特性，能通过微波3D打印即时固化，打印后维持在最佳状态，而且得到的3D打印产品的凝胶强度较高高达266.35(g·cm)，具有良好的抵御变形的能力，可适用于具有复杂空心立体结构的3D结构设计，例如空心球结构：成功打印出具有良好的外观和空心结构的产品，打印的空心球形状的产品形状、结构完整，表面光滑；高度与模型接近，高度偏差值仅为0.04mm；中空结构上层未出现塌陷；且在切割后及切割后3min内仍能保持其形状的完整性。

(4)本发明的方法工艺简单、可操作性强，无需添加增稠剂等添加剂，符合绿色健康的食品理念；可实现绿色节能安全的工业化生产目标。

附图说明

图1实施例3制备的不同热处理时间的大豆蛋白浆料的微波3D打印产品的流变特性；

图2实施例4制备的不同半胱氨酸盐酸盐添加量的大豆蛋白浆料的微波3D打印产品的流变特性。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。

本发明实施例及对比例中涉及的微波3D打印机：微波3D打印机(XOM-3D，南京先欧仪器制造有限公司)；主要部件：微波源及控制系统、3D打印机、与微波加热腔耦合的料筒；最大微波输出功率：400W；微波频率：2450MHz；最高加热温度：260℃。

TG酶的直接来源：TGase(吸湿链霉菌，17450U/g)购买于江苏一鸣生物有限公司。

测试方法：

1、微波3D打印参数的设置：

3D打印参数设置如下:喷嘴直径，0.8mm；单层高，1mm；打印速度，40mm/s；反应速度，50mm/s；微波频率，2450MHz。

2、产品凝胶强度的测定：

将待测打印浆料按照直径30毫米，高度25毫米的圆柱形的模型结构进行微波3D打印。打印完成后，立即将待测圆柱形样品置于平台中心，测试其凝胶强度。每个样品测试3次，取平均值。测试参数为：测前速度2mm/s；测试速度，1mm/s；测后速度，10mm/s；最大位移，15毫米；最小感应力，5g；探头型号P/5s。破断力(g)定义为力-变形曲线上第一个峰值的力的值。破断距离(mm)为初始接触点与第一个力点峰值之间的高度。凝胶强度定义为破断力×破短距离。

3、微波3D打印性能的测试：

打印产品的3D模型被设置为空心球的四分之三。内径为23mm，外径为35mm，高度为29mm。微波3D打印完成后，立即将打印成空心球状的待测产品放在桌面上拍摄照片(打印后)，并记录切割后空心球的变形情况(切割后)，放置3分钟后再次记录形状的变化(切割后3分钟)。

4、大豆蛋白浆料的微波3D打印产品的流变特性的测试：

使用DISCOVERY HR-3流变仪(美国TA公司)测量流变性能，平行板直径为40mm直径，测试间距为1000微米。粘度参数是在0.1–100/s的剪切速率范围内测量的，动态粘弹性是在0.1–100rad/s的频率和1％的应变下测量的。将从挤出头挤出的浆料迅速收集进行流变测试，所有实验都在4℃下进行。在测试之前，将打印浆料储存在冰箱中以抑制TGase活性。

实施例1

一种基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照质量份数称取大豆分离蛋白粉1000份和水3500份，将二者混合并在25℃、pH 7.0下，300rpm搅打30min至混合均匀；然后称取3份半胱氨酸盐酸盐，加入浆料中，继续搅打混合10min，得到大豆蛋白浆料A；

(2)将步骤(1)得到的大豆蛋白浆料A在温度为95℃下加热25min，加热期间使用搅拌器持续以300rpm的转速搅拌浆料；然后放置于冰箱中迅速冷却至4℃以下，得到大豆蛋白浆料B；

(3)将NaCl和步骤(2)得到的大豆蛋白浆料B置于真空斩拌机中，加入TG酶，保证在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中NaCl的终质量浓度为3％，TG酶的终浓度为5U/g；斩拌机在1500×rpm下斩拌1分钟，然后在3000×rpm下斩拌2分钟后取出，得到基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料，立即在4℃下保存，以备后续的打印步骤。斩拌过程中斩拌机始终维持真空状态，温度维持在4℃。

上述基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在3D打印中的应用，采用如下步骤：

(5)将步骤(3)得到的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料放置于微波3D打印机的料筒中，启动打印程序；3D打印机根据预设的模型结构(例如：内径、外径和高度分别为23、35和29mm的空心球)将打印浆料按层层堆叠的方式打印在工作平台上，微波按50w/g的额定功率输出，输出功率/打印速度为0.25(w·s/mm²)，得到空心球产品。

试验结果发现，基于实施例1的方法能够实现在3D打印过程中实现打印浆料的即时固化：打印的空心球产品形状、结构完整，表面光滑；高度与模型接近，中空结构上层未出现塌陷；且在切割后及切割后3min内仍能保持其形状的完整性；证明浆料在打印过程中完成了流动态—固态的良好转变，实现了浆料的即时固化。

对比例1未经任何改性处理的大豆分离蛋白

将对比例1未经任何改性处理的大豆分离蛋白进行产品凝胶强度的测定。参照实施例1的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在3D打印中的应用，以试图制备得到相应的空心球产品，并基于此测试微波3D打印性能。

试验结果发现，未经任何改性处理的大豆分离蛋白在微波3D打印后仍为流动态，凝胶强度测试结果为0，无法维持设定的空心球结构；目标中空结构上层出现严塌陷，切割后发现并未形成镂空结构。说明浆料在打印过程中没有完成流动态—固态转变过程，没有实现即时固化。

表1对比例1未经任何改性处理的大豆分离蛋白进行微波3D的产品的凝胶强度

样品	凝胶强度(g·cm)
		未经处理的大豆蛋白	0

表2对比例1未经任何处理的大豆蛋白进行微波3D的产品的打印性能

对比例2传统添加食品亲水胶体以改善其流变性能

参照已发表的文章“Investigation on 3D printing ability of soybeanprotein isolate gels and correlations with their rheological and texturalproperties via LF-NMR spectroscopic characteristics”的方法得到基于大豆分离蛋白的打印材料。

将对比例2制备得到的基于大豆分离蛋白的打印材料进行产品凝胶强度的测定。参照实施例1的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在3D打印中的应用，以试图制备得到相应的空心球产品，并基于此测试微波3D打印性能。

表3对比例2添加亲水胶体的大豆蛋白进行微波3D的产品的凝胶强度

样品	凝胶强度(g·cm)
		添加亲水胶体的大豆蛋白	0

表4对比例2添加亲水胶体的大豆蛋白进行微波3D的产品的打印性能

试验结果发现，传统的添加亲水胶体的大豆分离蛋白材料在微波3D打印后仍为流动态，凝胶强度测试结果为0。传统的添加亲水胶体的大豆分离蛋白材料经3D打印得到的空心球结构出现变形，高度偏离模型设定高度；打印至空心球结构上层时，上层浆料由于无法自支撑而从顶端落入空心球中；切割后发现镂空结构出现塌陷；浆料在打印过程中没有完成流动态—固态转变过程，没有实现即时固化。

实施例2加热温度的优化

调整实施例1中的加热温度，其他条件和实施例1保持一致，得到基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料并对其按照实施例1的方法进行微波3D打印后得到产品。

将实施例2制备得到的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料进行产品凝胶强度的测定。参照实施例1的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在3D打印中的应用，制备得到相应的空心球产品，并基于此测试微波3D打印性能。测试结果如表5-6所示：

表5实施例2制备的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料的产品的凝胶强度

加热温度/℃	凝胶强度(g·cm)
		80	84.26±3.45
95	266.35±4.87
		110	253.32±2.46
120	堵塞

表6实施例2制备的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料的产品的打印性能

从表5可以看出：随着加热温度的增加，产品的凝胶强度先升高后下降。加热温度为95℃时的产品表现出了最高的凝胶强度。

从表6可以看出：加热温度为95℃时的产品表现出最好的打印性能。随着温度进一步提高，产品表面出现了粗糙的结构，这是因为蛋白过度变性，导致微波3D打印过程中大豆蛋白之间过快的聚集。

实施例3加热时间的优化

调整实施例1中的加热时间，其他条件和实施例1保持一致，得到基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料并对其按照实施例1的方法进行微波3D打印后得到产品。

将实施例3制备得到的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料进行产品凝胶强度的测定。参照实施例1的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在3D打印中的应用，制备得到相应的空心球产品，并基于此测试微波3D打印性能。测试结果如表7-8所示：

表7实施例3制备的不同热处理时间的大豆蛋白浆料的微波3D打印产品的凝胶强度

热处理时间/min	凝胶强度(g·cm)
		0	0
20	123.56±6.89
		25	266.35±4.87
30	堵塞

表8实施例3制备的不同热处理时间的大豆蛋白浆料的微波3D打印产品的打印性能

从表7可以看出：除了未经热处理的大豆蛋白，所有经过热处理的大豆蛋白打印形成的产品均表现出了不同程度的凝胶强度，且随着蛋白预变性程度的增加，凝胶强度不断提高。热处理25min得到的大豆蛋白浆料在微波3D打印后表现出了最高的凝胶强度(高达266.35±4.87(g·cm))，证明其微波即时固化性能最好。而热处理时间为30min的大豆蛋白浆料在微波3D打印过程中发现喷嘴出现了堵塞现象，导致无法准确测量其凝胶强度，也最终无法成功制备得到完整的圆柱形样品。

从表8可以看出：未经热处理的大豆蛋白微波3D打印形成的空心球结构出现了严重塌陷，高度偏离模型设定高度，表面粗糙并且在切割后倒塌、变形，切割后3min出现进一步塌陷、变形。在热处理时间为0～30min内，随着热处理时间的延长，产品的自支撑性能逐渐增强，切割后倒塌的程度逐渐降低。热处理25min得到的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料表现出了最好的打印性能(空心球结构完整，表面光滑；高度与模型接近，高度偏差值为0.04左右；中空结构观察到完整的半球形；且在切割后及切割后3min内仍能保持其形状的完整性)；证明该浆料在打印过程中完成了流动态—固态的转变，很好地实现了浆料的即时固化。而热处理时间为30min的大豆蛋白浆料在微波3D打印过程中喷嘴处会出现堵塞现象，打印出的空心球的表面粗糙，切割后未观察到空心结构；打印产品不能形成完整一体的结构，表面浆料在从喷嘴挤出前就已发生了固化；同样无法实现挤出后即时固化的性能要求，说明该材料不适宜3D打印。

从图1可以看出：随着热处理时间的延长，大豆蛋白的流变特性显著增强。大豆蛋白的G’增加，表明其类固体性质增强，有利于材料在挤出后维持自身的形状，得到稳定性更强的3D打印产品。

实施例4半胱氨酸盐酸盐添加量的优化

调整实施例1中的半胱氨酸盐酸盐添加量，其他条件和实施例1保持一致，得到基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料并对其按照实施例1的方法进行微波3D打印后得到产品。

将实施例4制备得到的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料进行产品凝胶强度的测定。参照实施例1的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在3D打印中的应用，制备得到相应的空心球产品，并基于此测试微波3D打印性能。测试结果如表9-10所示：

表9实施例4制备的不同半胱氨酸盐酸盐添加量的大豆分离蛋白微波3D打印产品的凝胶强度

表10实施例4制备的不同半胱氨酸盐酸盐添加量的大豆分离蛋白微波3D打印产品的打印性能

从表9可以看出：随着半胱氨酸盐酸盐添加量的增加，凝胶强度不断提高。其中半胱氨酸盐酸盐添加量为3份的样品表现出了最高的凝胶强度。继续添加半胱氨酸盐酸盐会导致打印浆料粘度过低，无法在挤出后自支撑，参与早期的堆叠和定型行为，不适宜打印。

从表10可以看出：随着半胱氨酸盐酸盐添加量的增加，产品的自支撑性能逐渐增强，切割后倒塌的程度逐渐降低。半胱氨酸盐酸盐添加量为3份的样品表现出了最好的打印性能。

从图2可以看出，随着半胱氨酸盐酸盐的增加，大豆蛋白的流变特性显著增强。大豆蛋白的G’增加，表明其类固体性质增强，有利于材料在挤出后维持自身的形状。

实施例5 TG酶添加量的优化

调整实施例1中的TG酶添加量，其他条件和实施例1保持一致，得到基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料并对其按照实施例1的方法进行微波3D打印后得到产品。

将实施例5制备得到的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料进行产品凝胶强度的测定。参照实施例1的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在3D打印中的应用，制备得到相应的空心球产品，并基于此测试微波3D打印性能。测试结果如表11-12所示：

表11实施例5制备的不同TG酶添加量的大豆蛋白微波3D打印产品的凝胶强度

TG酶添加量/(U/g)	凝胶强度(g·cm)
		4	156.83±5.45
5	266.35±4.87
		6	堵塞

表12实施例5制备的不同TG酶添加量的大豆蛋白微波3D打印产品的打印性能

从表11可以看出：随着TG酶添加量的增加，凝胶强度不断提高。其中添加量为5U/g的样品表现出了最高的凝胶强度。但随着TG酶添加量进一步增加，微波3D打印过程中出现了堵塞，无法正常打印。

从表12可以看出：TG酶添加量的增加导致了产品的自支撑性能的逐渐增强。TG酶添加量为5U/g的样品表现出最好的打印性能，TG酶添加量低于5U/g的样品表面较粗糙，高度偏离模型设定高度，切割后出现塌陷。TG酶添加量高于5U/g的样品在微波3D打印过程中出现了堵塞，无法正常打印。

实施例6 NaCl添加量的优化

调整实施例1中的NaCl添加量，其他条件和实施例1保持一致，得到基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料并对其按照实施例1的方法进行微波3D打印后得到产品。

将实施例6制备得到的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料进行产品凝胶强度的测定。参照实施例1的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在3D打印中的应用，制备得到相应的空心球产品，并基于此测试微波3D打印性能。测试结果如表13-14所示：

表13实施例6制备的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料的产品的凝胶强度

NaCl添加量	挤出口温度/℃	凝胶强度(g·cm)
			2％	45.65±1.64	156.83±5.45
3％	53.75±1.56	266.35±4.87
			4％	62.74±1.89	堵塞

表14实施例6制备的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料的产品的打印性能

从表13可以看出：随着NaCl添加量的增加，挤出口温度不断提高。这是由于NaCl的加入改变了3D打印浆料的介电特性。TG酶的最适温度为50-55℃，因此氯化钠添加量为3％的样品表现出最高的凝胶强度。随着NaCl添加量进一步增加，挤出口温度进一步提高，高温下蛋白大豆蛋白聚集加快，出现堵塞情况，无法正常打印。

从表14可以看出：随着NaCl添加量的增加，产品的自支撑性能的逐渐增强。NaCl添加量为3％的样品表现出最好的打印性能。NaCl酶添加量低于3％的样品高度偏离模型设定高度，切割后出现塌陷。NaCl添加量高于3％的样品打印中出现堵塞情况，无法正常打印。

实施例7输出功率/打印速度的优化

调整实施例1中的输出功率/打印速度，其他条件和实施例1保持一致，得到基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料并对其按照实施例1的方法进行微波3D打印后得到产品。

将实施例7制备得到的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料进行产品凝胶强度的测定。参照实施例1的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在3D打印中的应用，制备得到相应的空心球产品，并基于此测试微波3D打印性能。测试结果如表15-16所示：

表15实施例7制备的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料的产品的凝胶强度

表16实施例7制备的基于大豆分离蛋白的微波3D打印材料的产品的打印性能

从表15可以看出：随着输出功率/打印速度的增加，挤出口温度不断提高。微波源的输出功率与打印速度存在一定适配关系。输出功率/打印速度为0.25(W·s/mm²)时产品表现出了最高的凝胶强度，因为此时挤出口的温度达到了TG酶的最适温度。

从表16可以看出：随着输出功率/打印速度的增加，产品的打印性能逐渐增强。输出功率/打印速度为0.25(W·s/mm²)时产品表现出最好的打印性能。当打印速度增加，产品表现出较为粗糙的结构，此时需要更高功率的微波输出。而打印速度减慢时，由于浆料加热时延长，可能会导致打印过程中堵塞现象的发生，此时需要调整较低的输出功率匹配以获得良好的打印效果。

Claims (10)

1.一种基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按照原料质量份数计，分别取大豆分离蛋白粉1000份、水3500～5000份、半胱氨酸盐酸盐1～3份；按照前述比例将大豆分离蛋白粉、水和半胱氨酸盐酸盐混匀，得到大豆蛋白浆料A；

(2)将大豆蛋白浆料A加热至80-110℃并在此温度下搅拌20～25min，然后迅速冷却，得到大豆蛋白浆料B；

(3)将NaCl和大豆蛋白浆料B置于真空斩拌机中，加入TG酶，保证在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中NaCl的质量浓度为2～3％，TG酶的终浓度为4～5U/g，0～4℃下进行斩拌处理，得到基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，半胱氨酸盐酸盐为3份。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，加热温度为95℃，加热时间为25min。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中NaCl的质量浓度为3％。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，在NaCl、大豆蛋白浆料B和TG酶混合体系中TG酶的终浓度为5U/g。

6.权利要求1-5中任一项所述的方法制备得到的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料。

7.权利要求6所述的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料在微波3D打印领域中的应用。

8.一种制备基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印食品的方法，其特征在于，以权利要求6所述的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印材料为打印浆料，所述方法包括如下步骤：

启动打印程序，微波3D打印机根据预设的模型参数将打印浆料按层层堆叠的方式打印在工作平台上，通过调整喷嘴直径为0.8-1.0mm、单层高为0.8～1.2mm，实现打印浆料的挤出和早期成型；在微波源和控制系统的控制下，按2450MHz的微波频率输出微波，输出功率/打印速度为0.15～0.25W·s/mm，实现打印浆料在3D打印过程中的即时固化，得到基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印食品。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，微波3D打印参数还包括：反应速度为40～60mm/s。

10.根据权利要求8-9任一项所述的方法制备得到的基于大豆分离蛋白的可即时固化的微波3D打印食品。

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