CN115226785A - 一种o/w类脂肪凝胶及其制备方法和3d打印应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种O/W类脂肪凝胶及其制备方法和3D打印应用，属于低脂类脂肪绿色制造和脂肪3D打印技术领域。本发明基于蛋白质‑多糖‑油脂O/W类脂肪凝胶的制备方法，所述方法是以蛋白质微凝胶颗粒、大分子水溶性多糖、固体脂肪、液态植物油为原料，采用蛋白质微凝胶颗粒和多糖的混合物作为水相，固体脂肪与液态植物油混合作为油相，将水相和油相混合乳化而成；形成的该O/W类脂肪凝胶具有良好的可塑性和裱花特性，在食品3D打印应用中表现也出良好的应用潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种O/W类脂肪凝胶及其制备方法和3D打印应用，属于低脂类脂肪绿色制造和脂肪3D打印技术领域。
背景技术
近年来，利用大分子物质如蛋白质、多糖等构建类脂肪由于其低脂、健康的特性得到了广泛的研究，其中，通过Pickering机制稳定的乳液凝胶凭借出色的稳定性成为较为常用的类脂肪凝胶选择。Pickering机制是指一种以固体颗粒代替小分子表面活性剂在液滴表面形成包裹的新型绿色乳液构建机制，大分子结构物质如植物蛋白、多糖等是理想的Pickering稳定颗粒，常被用于构建O/W、W/O乳液凝胶以结构化液态植物油，其较强的界面吸附作用保证了乳液的长期稳定，同时能够有效减少食品中饱和脂肪酸的含量，具有良好的动物脂质替代特性。
3D打印技术，又称为增材制造，是利用三维建模技术将物料按照代码设计进行堆叠、搭建的一种快速打印技术。通过计算机软件建模得到理想模型，经切片软件处理后生成与3D打印机适配的代码数据，打印机通过识别代码中设定参数，按照预设的路径和参数对物料进行堆叠，最终得到具有三维立体精细结构的产品。该技术在进行复杂结构的制作以及定制化服务上具有独特的优势，因而具有长远的发展前景。
由于大分子物质构建的凝胶通常呈现出流动性较强的液体状态或半固体状态，难以通过挤压塑型获得并保持较为精细的结构，因而限制了其在3D打印上的应用。因此，设计一种兼具稳定性、低脂特性、自支撑能力和塑型性的Pickering类脂肪凝胶具有重要的意义。
发明内容
[技术问题]
目前在利用3D打印技术实现结构化液态植物油替代传统脂肪的过程中，由于液态植物油无法提供足够的结构强度和精度，难以达到3D打印所需的自支撑性和精细结构，应用受到了限制。因此需要一种即能够保证稳定性，又能提供合适质构特性的乳液凝胶，使其成为理想的3D打印原料。
[技术方案]
为了解决上述问题，本发明通过利用蛋白质微凝胶颗粒和多糖大分子共同稳定油相，同时通过向油相中引入固体脂肪以加强骨架结构，使得纯液态植物油构建的自支撑能力不足的O/W乳液凝胶体系通过固体脂肪结晶的加强以获得具有较好3D打印能力和裱花性质的O/W类脂肪凝胶。在这个过程中，蛋白质微凝胶颗粒作为乳化剂形成均一细腻的乳液，多糖大分子依靠其良好的增稠作用增加体系稳定性，固体脂肪借助其结晶行为向乳液凝胶提供适合于3D打印的类固态性质，三者结合就获得了具有良好打印及裱花性质且稳定的O/W类脂肪凝胶。
本发明的第一个目的在于提供一种基于蛋白质-多糖-油脂的O/W类脂肪凝胶制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)配制分离蛋白溶液，充分水化后经高速剪切得到纳米级分离蛋白分散液，经加热处理后得到改性后的分离蛋白分散液；
(2)向步骤(1)得到的分离蛋白分散液中添加转谷氨酰胺酶TGase，在恒温水浴下进行反应，得到分离蛋白凝胶；
(3)向步骤(2)得到的分离蛋白凝胶中添加稀释液，通过高压均质得到纳米微凝胶颗粒溶液；
(4)配置多糖分散液；
(5)将步骤(3)得到的纳米微凝胶颗粒分散液和步骤(4)得到的多糖分散液混合后，使用高速剪切机对其进行充分搅拌，得到混合均匀稳定的蛋白质纳米微凝胶颗粒-多糖分散体系；
(6)将固体脂肪融化，按照一定比例与液态植物油进行混合，经高速剪切机充分搅拌后，得到混合油相；
(7)将步骤(5)得到的蛋白质纳米微凝胶颗粒-多糖分散体系加入到步骤(6)得到的混合油相中，作高速剪切处理，得到蛋白质-多糖-油脂的O/W类脂肪凝胶；其中混合油相为分散相，蛋白质纳米微凝胶颗粒-多糖分散体系为连续相。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述分离蛋白溶液的质量浓度为2～10％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述分离蛋白包括大豆分离蛋白、豌豆分离蛋白、绿豆分离蛋白、花生分离蛋白、藻类分离蛋白中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述配置分离蛋白溶液采用的溶剂包括磷酸盐缓冲液、水中的一种或两种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述水化是将分离蛋白溶液置于低温下进行水化；所述的低温是1～10℃下冷藏10～18h；优选为1～4℃冷藏12～16h；所述加热处理是80～90℃下加热30～60min，得到结构展开、疏水性质更优的蛋白溶液。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述转谷氨酰胺酶TGase相对于分离蛋白分散液的添加量为10～20U/g。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述恒温水浴处理是50～60℃下交联60min，使得赖氨酸和谷氨酸之间形成异肽键并构建形成蛋白凝胶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述稀释液包括磷酸盐缓冲液、水中的一种或两种；所述稀释液和分离蛋白胶的质量比为4：1。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述高压均质条件为50～80MPa处理3～5min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的多糖分散液的质量浓度为0.5～1％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的多糖分散液的配置是将多糖加入至室温去离子水当中，置于磁力搅拌器上搅拌60min，以保证多糖充分水化，形成均一的多糖分散液。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)所述的多糖包括瓜尔胶、阿拉伯胶、卡拉胶、黄原胶、刺槐豆胶中的一种或多种；优选添加为黄原胶和/或卡拉胶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(5)所述纳米微凝胶颗粒分散液与多糖分散液的质量比为1～2：1。
在本发明的一种实施方式中，步骤(5)所述的高速剪切条件是5000～8000rpm处理1～2min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(6)所述的固体脂肪包括棕榈油、棕榈仁油、椰子油、无水乳脂、牛油、棕榈硬脂、棕榈仁油硬脂中的一种或多种。优选为棕榈仁油硬脂和/或棕榈硬脂。
在本发明的一种实施方式中，步骤(6)所述的液态植物油包括大豆油、菜籽油、花生油、葵花籽油、米糠油、玉米油、亚麻籽油、橄榄油、小麦胚芽油、棉籽油、杏仁油、茶籽油、芝麻油中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(6)所述固体脂肪融化是在40～90℃水浴条件下，加热30～60min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(6)所述固体脂肪占混合油相的质量浓度为5％～50％，优选为15％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(7)所述的高速剪切条件为8000～10000rpm处理1～2min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(7)所述的混合油相占O/W类脂肪凝胶体系的质量分数为50％～85％；优选为60％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(7)所述的蛋白质纳米微凝胶颗粒-多糖分散体系与混合油相的质量比为40～55：45～60。
在本发明的一种实施方式中，步骤(7)所述的蛋白-多糖混合液与混合油相的质量比为40：60。
在本发明的一种实施方式中，步骤(7)所述高速剪切处理的条件为9000～12000rpm/min，时间为1～3min。
本发明的第二个目的是提供一种由上述所述的制备方法制备得到的O/W类脂肪凝胶。
本发明的第三个目的是提供一种由上述所述的O/W类脂肪凝胶在裱花方面的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述应用是将O/W类脂肪凝胶通过裱花口均匀挤出，获得具有一定支撑力和精细结构的形状。
在本发明的一种实施方式中，所述的裱花口径为2～5mm。
本发明的第四个目的是提供一种由上述所述的O/W类脂肪凝胶在3D打印中的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述3D打印包括如下步骤：
(1)将上述所述的O/W类脂肪凝胶填装至3D打印针管，保证针管中装填的体系均一无空隙；
(2)选择3D打印针头进行填装，并调节打印腔室中的温度，通过设定程序调整3D打印机使X、Y、Z轴归零；
(3)利用三维建模软件设计出3D打印的模型，根据材料以及所匹配针头直径大小的差异设定调整打印过程的参数；
(4)将步骤(3)设计的模型经切片软件生成相对应的三维切片代码数据，将每层切片使用编程G代码计算出打印路径最终输入到打印设备；
(5)设备根据步骤(4)得到的G代码对物料进行挤出式打印，X、Y、Z各轴按照预设路径移动，形成具有一定特殊结构的定制化模型。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所用的3D打印针管容量为50mL，且根据使用的温度不同可以采用PVC塑料或是铝制针管。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中选择的打印腔室的内部温度根据不同油相组成调节，设定温度在0～50℃范围内，优选为10～25℃。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中选择的针头直径为0.6～1.2mm，优选针头直径为0.84mm。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中所用3D建模软件为Rhinoceros 5.0版本，其中导出3D模型为STL格式，打印的具体参数为：打印层厚为0.2～0.4mm，壁厚为0.4～1.2mm，填充密度为10～60％，底层和顶层厚度为0.2～1.2mm，打印速率为40～120mm/s，打印温度为0～30℃，初始层厚为0.2～0.8mm，初始层线宽为10～80％，底层切除为0mm，移动速率为20～200mm/s，底层速率为20～120mm/s，填充速率为20～120mm/s，底层和顶层速率为20～100mm/s，外壳速率为20～120mm/s，内壁速率为10～80mm/s。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中所用的切片软件为Cura15.02.1版本，切片后的文件格式为G-code格式。
本发明的第五个目的由上述所述的O/W类脂肪凝胶经3D打印得到的打印产品。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用大豆分离蛋白等植物基蛋白质微凝胶颗粒和多糖对食用油进行结构化，并使用固体脂肪部分替代液态植物油，制备条件简单方便，其中不涉及有毒害试剂或化学成分，加工绿色，有效扩大了结构化脂肪代替物在食品领域的实际应用。
(2)本发明基于蛋白质-多糖-油脂的可用于3D打印的O/W类脂肪结构稳定，具有足够的自支撑能力，相比于仅由蛋白质-多糖稳定的乳液凝胶塑型性更强，充分满足3D打印所需的物料条件，实现了新型食品级3D打印油墨体系的构建，有力推进了结构化油脂3D打印产品的实际应用；也比仅由多糖-固体脂肪或蛋白质-固体脂肪稳定的体系稳定性更好，在赋予体系打印性的同时兼顾了稳定性。
(3)本发明制备的基于蛋白质-多糖-油脂的可用于3D打印的O/W类脂肪凝胶不含反式脂肪酸、饱和脂肪酸含量较低，符合低脂健康的饮食趋势，扩展了结构化油脂在健康低脂食品领域的应用范围。
(4)本发明制备的基于蛋白质-多糖-油脂的可用于3D打印的O/W类脂肪凝胶具有固态、半固态的性质，可用于裱花使用。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的O/W类脂肪凝胶和对比例1制备的O/W乳液凝胶的流变学测试图；
图2为本发明实施例1、3和对比例1、3的实物图(A)、新鲜制备类脂肪凝胶的光学显微镜(B)、贮藏24h后类脂肪凝胶的光学显微镜(C)、裱花图(D)以及3D打印正四面体的实物图(E)；
图3为本发明实施例1、3、4分别制备的O/W类脂肪凝胶的流变学测试结果图；
图4为本发明实施例3和对比例5、6的实物图(A)、光学显微镜(B)、共聚焦显微镜(C)、贮藏图(D)；
图5为本发明实施例3和对比例1、7、8的实物图(A)、光学显微镜(B)以及裱花效果图(C)；
图6为本发明实施例5中基于蛋白质-多糖-油脂的O/W类脂肪凝胶的3D打印效果图；
图7为本发明实施例7中基于蛋白质-多糖-油脂的O/W类脂肪凝胶的3D打印效果图。
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。
测试方法：
光学显微结构测试：采用光学显微镜(XPH-25C)观察O/W类脂肪凝胶的微观结构。
共聚焦显微结构测试：采用激光共聚焦显微镜(LSM 880)观察O/W类脂肪凝胶的微观结构，其中油相由尼罗红染色，在结果中呈现出红色；水相由尼罗蓝染色，在结果中呈现出绿色。
流变学性质测试：线性粘弹性区域(LVR)是根据应变程度在0.01～100％范围内进行的应变扫描确定的；粘度测试在0.01～100Hz的频率范围内进行，对应的应变值为1Pa。此外，所有测试均使用铝制平板(直径40mm)，间隙值设置为1000μm。
实施例1
一种以大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶稳定混合油脂的O/W类脂肪凝胶制备方法，其中混合油脂为大豆油：棕榈仁油硬脂质量比95：5，混合油相占乳液凝胶的质量分数为60％，具体包括如下步骤：
(1)以去离子水为溶剂，配置质量浓度为8％的大豆分离蛋白溶液，300rpm充分搅拌2h后调节pH值为7并置于4℃冰箱中冷藏12h，得到水化完全的大豆分离蛋白溶液，经过加热处理，得到改性后的大豆分离蛋白分散液；
(2)向步骤(3)得到的分离蛋白分散液中添加20U/g转谷氨酰胺酶TGase，在恒温50℃水浴下进行充分反应60min，得到大豆分离蛋白凝胶；
(3)向步骤(2)得到的蛋白凝胶中添加3倍质量的去离子水稀释，通过高压均质(80Mpa处理3min)得到浓度为2％的大豆分离蛋白纳米微凝胶颗粒溶液；
(4)配置质量浓度为1％的黄原胶溶液；
(5)将步骤(3)得到的蛋白质纳米微凝胶颗粒分散液10g和步骤(4)得到的黄原胶溶液10g混合后，使用高速剪切机对其进行充分搅拌，得到混合均匀稳定的大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶分散体系，其中大豆分离蛋白微凝胶的质量浓度为1％，黄原胶的质量浓度为0.5％；
(6)将棕榈仁油硬脂在40℃高温下水浴熔化后，取5g与95g食用大豆油进行混合，得到固体脂肪含量为5％的混合油相；
(7)取步骤(5)得到的蛋白-多糖混合溶液20g加入到30g步骤(6)得到的混合油相中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系；其中油相的质量分数为60％，棕榈仁油硬脂与液态大豆油的混合油相为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶和黄原胶的分散液为连续相。
对比例1
一种由大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶稳定大豆油的O/W乳液凝胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)～(5)与实施例1保持一致；
(6)取步骤(5)得到的蛋白-多糖混合溶液20g加入到30g食用大豆油中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系；其中油相的质量分数为60％，液态大豆油为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶和黄原胶的分散液为连续相。
将得到的O/W乳液凝胶与实施例1中得到的基于固体油脂替代的O/W乳液凝胶进行测试，测试结果如下：
图1为实施例1制备的基于棕榈仁油硬脂5％替代的O/W乳液凝胶和对比例1中制备的无固体脂肪的O/W乳液凝胶的应变扫描性质扫描图和粘度扫描结果。
结果显示，添加棕榈仁油硬脂后，类脂肪凝胶的初始储藏模量值和粘度表现出了一定的提升，表明该类脂肪凝胶具有更加坚强的乳液结构，显示出良好的耐挤压能力，具有一定的3D打印潜力。
实施例2
将实施例1得到的O/W类脂肪凝胶用于3D打印，具体包括如下步骤：
(1)将实施例1得到的混合油相占比为60％的O/W类脂肪凝胶装填至容量100mL的3D打印针管，保证针管中体系均一不分散；
(2)调节打印腔室中的温度为25℃，并选择直径为0.6mm的3D打印枪头填装，程序设定调整3D打印机的X、Y、Z轴全部归零；
(3)利用Rhino建模软件设计打印模型，经Cura切片软件生成相对应的三维切片模型，并设定3D打印过程中的各类参数，具体如下：打印层厚为0.4mm，壁厚为1.2mm，填充密度为50％，底层和顶层厚度为0.6mm，打印速率为45mm/s，打印温度为25℃，初始层厚为0.6mm，初始层线宽为10％，底层切除为0mm，移动速率为45mm/s，底层速率为60mm/s，填充速率为60mm/s，底层和顶层速率为60mm/s，外壳速率为40mm/s，内壁速率为80mm/s。将切片得到的G-code代码输入到每层切片使用编程G代码计算出路径最终输入到打印设备；
(4)设备根据步骤(3)中导入的切片模型进行3D打印操作，得到具有一定自支撑性和精细化结构的定制模型。
对比例2
将对比例1得到的基于大豆油的O/W乳液凝胶用于3D打印，包括如下步骤：
(1)将对比例1得到的油相占比为60％的O/W乳液凝胶装填至容量100mL的3D打印针管，保证针管中体系均一不分散；
(2)调节打印腔室中的温度为25℃，并选择直径为0.6mm的3D打印枪头填装，程序设定调整3D打印机X、Y、Z轴全部归零；
(3)利用Rhino建模软件设计打印模型，经Cura切片软件生成相对应的三维切片模型，并设定3D打印过程中的各类参数，具体如下：打印层厚为0.4mm，壁厚为1.2mm，填充密度为50％，底层和顶层厚度为0.6mm，打印速率为80mm/s，打印温度为25℃，初始层厚为0.2mm，初始层线宽为10％，底层切除为0mm，移动速率为45mm/s，底层速率为60mm/s，填充速率为60mm/s，底层和顶层速率为60mm/s，外壳速率为40mm/s，内壁速率为80mm/s。将切片得到的G-code代码输入到每层切片使用编程G代码计算出路径最终输入到打印设备；
(4)设备根据步骤(3)中导入的切片模型进行3D打印，得到具有一定自支撑性和精细化结构的定制模型。
实施例3
一种以大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶稳定混合油脂的O/W乳液凝胶的制备方法，其中混合油脂为大豆油：棕榈仁油硬脂质量比85：15，混合油相占乳液凝胶的质量分数为60％，具体包括如下步骤：
步骤(1)～(5)与实施例1保持一致；
(6)将棕榈仁油硬脂在40℃高温下水浴熔化后，取15g与85g食用大豆油进行混合，得到固体脂肪含量为15％的混合油相；
(7)取步骤(5)得到的蛋白-多糖混合溶液20g加入到30g步骤(6)得到的混合油相中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系，其中油相的质量分数为60％，棕榈仁油硬脂的替代程度为15％，棕榈仁油硬脂与液态大豆油的混合油相为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶和黄原胶的分散液为连续相。
对比例3
一种以大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶稳定混合油脂的O/W乳液凝胶的制备方法，其中混合油脂为大豆油：棕榈仁油硬脂质量比35：65，混合油相占乳液凝胶的质量分数为60％，具体包括如下步骤：
步骤(1)～(5)与实施例1保持一致；
(6)将棕榈仁油硬脂在40℃高温下水浴熔化后，取65g与35g食用大豆油进行混合，得到固体脂肪含量为65％的混合油相；
(7)取步骤(5)得到的蛋白-多糖混合溶液20g加入到30g步骤(6)得到的混合油相中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系，其中油相的质量分数为60％，棕榈仁油硬脂的替代程度为65％，棕榈仁油硬脂与液态大豆油的混合油相为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶和黄原胶的分散液为连续相。
对比例4
一种以大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶稳定棕榈仁油硬脂的O/W乳液凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤(1)～(5)与对比例1保持一致；
(6)将30g棕榈仁油硬脂在40℃高温下水浴熔化后；
(7)取步骤(5)得到的大豆分离蛋白微凝胶-黄原胶混合液20g加入到30g熔化的棕榈仁油硬脂中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系，其中油相的质量分数为60％，液态大豆油为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶和黄原胶的分散液为连续相。
将实施例1得到的大豆油：棕榈仁油硬脂95：5的O/W类脂肪凝胶体系、实施例3得到的大豆油：棕榈仁油硬脂85：15的O/W类脂肪凝胶体系和对比例1得到的100％大豆油的O/W乳液凝胶体系、对比例3得到的大豆油：棕榈仁油硬脂35：65的O/W类脂肪凝胶体系、对比例4得到的100％棕榈仁油硬脂的O/W类脂肪凝胶体系进行测试，测试结果如下：
图2是实施例1、3和对比例1、3、4的实物图(A)、新鲜制备乳液的光学显微镜(B)、贮藏24h后乳液的光学显微镜(C)、裱花图(D)以及3D打印正四面体的实物图(E)。
根据实物图(A)显示，实施例1、3和对比例1、3、4均能成功乳化得到均一乳白的O/W乳液。根据新鲜制备乳液的光学显微镜(B)显示，实施例1、3和对比例1、3、4均能得到小而均匀的乳液滴分布。根据贮藏24h后乳液的光学显微镜(C)显示，其中实施例1、3和对比例1均能保持原有的液滴情况，显示出了良好的稳定性，而对比例3、4中难以观察出成型分布均匀的液滴，说明过高的固体脂肪替代不利于类脂肪乳液凝胶的稳定性。
根据裱花效果图(D)显示，其中实施例1、3得到的裱花边缘较为清晰，而对比例1的裱花效果边缘模糊，难以获得较为精细的结构；而对比例3由于固体脂肪含量过大，导致乳液凝胶凝固，无法进行成功裱花；对比例4同样难以裱花。
根据3D打印效果图(E)显示，其中实施例1、3打印得到的样品结构细致挺立，显示出了良好的支撑效果；而对比例1中缺少固体脂肪的支持，结构向一侧坍塌，无法维持稳定；对比例3、4由于难以从3D打印挤出头中挤出，故无法进行3D打印。
综上所述，一定比例的固体脂肪混合能够帮助乳液类脂肪凝胶获得更优的裱花性质和3D打印性质，这个比例对于棕榈仁油硬脂而言，与大豆油的质量比优选为5～65：35～95。
实施例4
一种以大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶稳定混合油脂的O/W类脂肪凝胶的制备方法，其中混合油脂为大豆油：棕榈仁油硬脂质量比90：10，混合油相占乳液凝胶的质量分数为60％，具体包括如下步骤：
步骤(1)～(5)与实施例1保持一致；
(6)将棕榈仁油硬脂在40℃高温下水浴熔化后，取10g与90g食用大豆油进行混合，得到固体脂肪含量为10％的混合油相；
(7)取步骤(5)得到的蛋白-多糖混合溶液20g加入到30g步骤(6)得到的混合油相中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系，其中油相的质量分数为60％，棕榈仁油硬脂的替代程度为10％，棕榈仁油硬脂与液态大豆油的混合油相为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶和黄原胶的分散液为连续相。
将得到的基于棕榈仁油硬脂替代的类脂肪乳液凝胶进行测试，测试结果如下：
图3为实施例1、3、4的中制备的O/W类脂肪凝胶流变学测试结果图，包括应变扫描和粘度测试，其中固体脂肪棕榈仁油硬脂与液态大豆油的比例分别为95：5、90：10、85：15，结果显示随着棕榈仁油硬脂所占比例的增加，乳液类脂肪凝胶的初始储藏模量值和粘度均得到提升，表示凝胶具有更强的类固体性质，显示出更优的耐挤压能力和3D打印潜力。
对比例5(蛋白-多糖混合溶液与混合油相质量比为15：35)
一种以大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶稳定混合油脂的O/W类脂肪凝胶的制备方法，其中混合油脂为大豆油：棕榈仁油硬脂质量比85：15，混合油相占乳液凝胶的质量分数为30％，具体包括如下步骤：
步骤(1)～(5)与对比例1保持一致；
(6)将棕榈仁油硬脂在40℃高温下水浴熔化后，取15g与85g食用大豆油进行混合，得到固体脂肪含量为15％的混合油相；
(7)取步骤(5)得到的蛋白-多糖混合溶液15g加入到35g步骤(6)得到的混合油相中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系，其中油相的质量分数为30％，棕榈仁油硬脂的替代程度为15％，棕榈仁油硬脂与液态大豆油的混合油相为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶和黄原胶的分散液为连续相。
对比例6(蛋白-多糖混合溶液与混合油相质量比为5:45)
一种以大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶稳定混合油脂的O/W乳液凝胶的制备方法，其中混合油脂为大豆油：棕榈仁油硬脂质量比85：15，混合油相占乳液凝胶的质量分数为90％，具体包括如下步骤：
步骤(1)～(5)与对比例1保持一致；
(6)将棕榈仁油硬脂在40℃高温下水浴熔化后，取15g与85g食用大豆油进行混合，得到固体脂肪含量为15％的混合油相；
(7)取步骤(5)得到的蛋白-多糖混合溶液5g加入到45g步骤(6)得到的混合油相中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系，其中油相的质量分数为90％，棕榈仁油硬脂的替代程度为15％，棕榈仁油硬脂与液态大豆油的混合油相为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶和黄原胶的分散液为连续相。
将实施例3得到的混合油相占比为60％的大豆分离蛋白微凝胶-黄原胶类脂肪、对比例4得到的混合油相占比为30％的大豆分离蛋白微凝胶-黄原胶类脂肪、对比例5得到的油相占比为90％的大豆分离蛋白微凝胶-黄原胶类脂肪进行测试，测试结果如下：
图4是实施例3和对比例5、6的实物图(A)、光学显微镜(B)、共聚焦显微镜(C)、贮藏图(D)。
根据实物图(A)显示，其中实施例3具有均一乳白且粘稠的乳液凝胶形象；而对比例5中乳液流动性较强，液态特征较明显；对比例6中并未成功乳化。根据光学显微镜(B)与共聚焦显微镜(C)显示，其中实施例3具有小而均匀密集的液滴形态；对比例5当中液滴较大且数量较少；对比例6中难以观察到形态稳定的液滴，而是有大量连续的油相。
根据贮藏图(D)显示，其中实施例3的乳液凝胶在样品瓶中静置不分层且倒置不流动，具有良好的贮藏稳定性；而对比例5静置有水相在下层析出且倒置发生流动，说明其不具有类固体性状；对比例6由于未能成功乳化导致静置时有油相在上层析出，且倒置发生流动。
综上所述，合适的水油比能够帮助乳液凝胶获得更佳的贮藏稳定性和类固体的性状，有利于乳液凝胶的实际应用。
对比例7(仅采用大豆分离蛋白微凝胶溶液与混合油相混合)
一种以大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒稳定混合油脂的O/W乳液凝胶的制备方法，其中混合油脂为大豆油：棕榈仁油硬脂质量比85：15，混合油相占乳液凝胶的质量分数为60％，具体包括如下步骤：
步骤(1)～(4)与对比例1保持一致；
(5)将棕榈仁油硬脂在40℃高温下水浴熔化后，取15g与85g食用大豆油进行混合，得到固体脂肪含量为15％的混合油相；
(6)取步骤(4)得到的大豆分离蛋白微凝胶溶液15g加入到35g步骤(6)得到的混合油相中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系，其中油相的质量分数为60％，棕榈仁油硬脂的替代程度为15％，棕榈仁油硬脂与液态大豆油的混合油相为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶溶液为连续相。
对比例8(仅采用黄原胶与混合油相混合)
一种以黄原胶稳定混合油脂的O/W乳液凝胶的制备方法，其中混合油脂为大豆油：棕榈仁油硬脂质量比85：15，混合油相占乳液凝胶的质量分数为60％，具体包括如下步骤：
(1)配置质量浓度为1％的黄原胶分散液；
(2)将棕榈仁油硬脂在40℃高温下水浴熔化后，取15g与85g食用大豆油进行混合，得到固体脂肪含量为15％的混合油相；
(3)取步骤(1)得到的黄原胶分散液15g加入到35g步骤(2)得到的混合油相中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系，其中油相的质量分数为60％，棕榈仁油硬脂的替代程度为15％，棕榈仁油硬脂与液态大豆油的混合油相为分散相，黄原胶分散液为连续相。
将实施例3得到的蛋白质-多糖-油脂O/W类脂肪凝胶体系、对比例1得到的蛋白质-多糖O/W乳液凝胶体系、对比例7得到的蛋白质-油脂体系、对比例8得到的多糖-油脂体系进行测试，测试结果如下：
图5是实施例3和对比例1、7、8的实物图(A)、光学显微镜(B)以及裱花效果图(C)。根据实物图(A)显示，其中实施例3和对比例1具有均一乳白且粘稠的乳液凝胶形象；对比例7成功乳化，而其乳液流动性较强，液态特征较明显；而对比例8中并未形成均一的乳液体系，出现明显的絮状物。
根据光学显微镜(B)显示，实施例3和对比例1具有小而均匀的液滴形态，而对比例7中液滴较大且大小不均一，对比例8则无法观察到广泛存在的液滴。
根据裱花效果图(C)显示，其中实施例3得到的裱花边缘清晰，花纹明显，显示出良好的塑型性；对比例1得到的裱花结构软榻，边缘模糊，无法得到较为精细的结构；对比例7、8则由于液态性质过于明显而无法进行裱花操作。
综上所述，通过棕榈仁油硬脂15％替代-大豆分离蛋白微凝胶颗粒-黄原胶三种因素共同稳定得到的类脂肪乳液凝胶具有最佳的乳液稳定效果以及裱花应用的能力。
实施例5
将实施例4中的大豆油：棕榈仁油硬脂固体脂肪含量为85：15的类脂肪凝胶进行3D打印构建，得到3D打印模型：
步骤(1)～(4)与实施例2保持一致。
图6为实施例5构建的3D打印模型，结果显示实施例5所构建的模型具有挺立的结构，边缘清晰，没有坍塌或倾斜问题出现，不仅能够完成四面体这样直边的图形，也能成功打印得到猫爪图案当中的曲线部分，具有良好的3D打印应用前景。
实施例6
一种以大豆分离蛋白质纳米微凝胶颗粒-黄原胶稳定混合油脂的O/W乳液凝胶的制备方法，其中混合油脂为大豆油：棕榈硬脂质量比1：1，混合油相占乳液凝胶质量分数的60％，具体包括如下步骤：
步骤(1)～(5)与实施例1保持一致；
(6)将棕榈硬脂在50℃高温下水浴熔化后，取20g与20g食用大豆油进行混合，得到固体脂肪含量为50％的混合油相；
(7)取步骤(5)得到的蛋白-多糖混合溶液20g加入到30g步骤(6)得到的混合油相中，作高速剪切处理(9000rpm处理1min)，得到O/W类脂肪凝胶体系，其中油相的质量分数为60％，棕榈硬脂与液态大豆油的混合油相为分散相，大豆分离蛋白纳米微凝胶和黄原胶的分散液为连续相。
实施例7
将实施例6得到的混合油相大豆油：棕榈硬脂的质量分数为1：1的类脂肪用于3D打印，包括如下步骤：
(1)将实施例6得到的油相占比为60％的基于大豆油和棕榈硬脂1：1混合的O/W乳液凝胶装填至容量100mL的3D打印针管，保证针管中体系均一不分散；
(2)调节打印腔室中的温度为25℃，并选择直径为0.84mm的3D打印枪头填装，程序设定调整3D打印机X、Y、Z轴全部归零；
(3)利用Rhino建模软件设计打印模型，经Cura切片软件生成相对应的三维切片模型，并设定3D打印过程中的各类参数，具体如下：打印层厚为0.6mm，壁厚为1.68mm，填充密度为50％，底层和顶层厚度为0.6mm，打印速率为45mm/s，打印温度为25℃，初始层厚为0.2mm，初始层线宽为10％，底层切除为0mm，移动速率为45mm/s，底层速率为60mm/s，填充速率为60mm/s，底层和顶层速率为60mm/s，外壳速率为40mm/s，内壁速率为80mm/s。将切片得到的G-code代码输入到每层切片使用编程G代码计算出路径最终输入到打印设备；
(4)设备根据步骤(3)中导入的切片模型进行3D打印，得到具有一定自支撑性和精细化结构的定制模型。
图7为实施例7构建的3D打印模型，观察到可打印出结构较为精细的模型，且较为平滑，模型边缘清晰，因此认为棕榈硬脂50％替代-大豆分离蛋白微凝胶颗粒-黄原胶类脂肪可以用于构建定制化的3D打印产品。
Claims (10)
1.一种基于蛋白质-多糖-油脂的O/W类脂肪凝胶制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)配制分离蛋白溶液，水化后经剪切得到纳米级分离蛋白分散液，经加热处理后得到改性后的分离蛋白分散液；
(2)向步骤(1)得到的分离蛋白分散液中添加转谷氨酰胺酶TGase，充分反应后得到分离蛋白凝胶；
(3)向步骤(2)得到的分离蛋白凝胶中添加稀释液，均质后得到纳米微凝胶颗粒分散液；
(4)配置多糖分散液；
(5)将步骤(3)得到的纳米微凝胶颗粒分散液和步骤(4)得到的多糖分散液混合后，充分搅拌，得到混合均匀稳定的蛋白质纳米微凝胶颗粒-多糖分散体系；
(6)将固体脂肪融化，然后与液态植物油进行混合，充分搅拌后，得到混合油相；
(7)将步骤(5)得到的蛋白质纳米微凝胶颗粒-多糖分散体系加入到步骤(6)得到的混合油相中，作剪切处理，得到蛋白质-多糖-油脂的O/W类脂肪凝胶；其中混合油相为分散相，蛋白质纳米微凝胶颗粒-多糖分散体系为连续相。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(7)所述混合油相占O/W类脂肪凝胶的质量分数为50％～85％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述纳米微凝胶颗粒分散液与多糖分散液的质量比为1～2：1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述固体脂肪占混合油相的质量浓度为5％～50％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述固体脂肪包括棕榈油、棕榈仁油、椰子油、无水乳脂、牛油、棕榈硬脂、棕榈仁油硬脂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(7)所述的蛋白质纳米微凝胶颗粒-多糖分散体系与混合油相的质量比为40～55：45～60。
7.由权利要求1～5任一项所述的方法制备得到的O/W类脂肪凝胶。
8.由权利要求6所述的O/W类脂肪凝胶在裱花方面的应用。
9.由权利要求6所述的O/W类脂肪凝胶在3D打印中的应用。
10.由权利要求6所述的O/W类脂肪凝胶经3D打印得到的产品。
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