CN116138346A - 一种新型脂肪替代物3d打印植物蛋白基乳液凝胶、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型脂肪替代物3D打印植物蛋白基乳液凝胶、其制备方法及应用，属于食品工艺应用材料技术领域。本发明的植物蛋白基乳液凝胶采用如下方法制备而成：将植物蛋白分散于水中，调节pH值，形成植物蛋白颗粒悬浮液；将多糖分散于水中，形成多糖分散液；将植物蛋白颗粒悬浮液与多糖分散液混合，高速剪切，然后加入植物油，经高速剪切乳化，获得植物蛋白基乳液凝胶。将植物蛋白基乳液凝胶再通过3D打印，可制备出不同形状的产品以作为脂肪替代物。本发明通过在植物蛋白中添加多糖，使乳液液滴之间发生交联形成了三维网络结构，克服了植物蛋白在3D打印中不成型的缺陷，而且，作为脂肪替代物，植物蛋白基乳液凝胶具有成本低、脂肪含量低等优点，降低了脂肪摄入量较多的风险，从而在肥胖和胆固醇类等疾病的预防方面具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于食品工艺应用材料技术领域，具体涉及一种新型脂肪替代物3D打印植物蛋白基乳液凝胶、其制备方法及应用。
背景技术
过度摄入动物脂肪，特别是猪肉和牛肉，会导致慢性疾病、肥胖和心血管疾病，威胁人们的身体健康。因而，追求健康的低脂生活，日益受到消费者的关注。脂肪替代品在味道和质地方面与脂肪相仿，因其脂肪含量低，对健康也没有潜在的危害。豌豆、大豆、鹰嘴豆、玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白等植物蛋白具有良好的凝胶、乳化等功能，还可以加速脂肪和能量的代谢，以预防肥胖和降低胆固醇。这些植物蛋白受环境影响较低、成本小并具有较高的食品安全性，因而在脂肪替代方面存在应用潜力。乳液凝胶是具有凝胶状网络结构的半固态乳液体系，其具有较强的自支撑性和流变学特性，能够负载并释放活性物质，因此可以通过3D打印技术，来制备具有良好的动物脂质替代特性的产品。但是，单纯的植物蛋白本身所具有的性质无法满足3D打印的相关需求，由其所制备的植物蛋白乳液，在3D打印过程中会出现塌陷、结构失真等现象，从而很难通过3D打印出特定的产品。
发明内容
本发明提供了一种植物蛋白基乳液凝胶的制备方法，步骤如下：
将植物蛋白分散于水中，调节pH值，形成植物蛋白颗粒悬浮液；将多糖分散于水中，形成多糖分散液；将植物蛋白颗粒悬浮液与多糖分散液混合，高速剪切，然后加入植物油，经高速剪切乳化，获得植物蛋白基乳液凝胶。
上述植物蛋白选自豌豆蛋白、玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、鹰嘴豆蛋白和大豆蛋白中的一种或几种。
上述多糖选自亚麻籽胶、黄原胶、卡拉胶、瓜尔豆胶和魔芋胶中的一种或几种。
上述植物蛋白颗粒悬浮液的浓度选自5～12wt％；优选为8wt％。
上述pH值选自3～7；优选为7。
上述多糖分散液的浓度选自0.5～5wt％；优选为2wt％。
上述植物蛋白颗粒悬浮液与多糖分散液的混合液中，植物蛋白颗粒悬浮液的占比为25～50％；优选为50％。
上述高速剪切的条件为：在8000～13000rpm下剪切1～5min。
上述植物油选自玉米油、花生油、大豆油、橄榄油中的一种或几种。
上述植物油在植物蛋白基乳液凝胶中的占比为30～85％。
本发明提供了由上述方法制备的植物蛋白基乳液凝胶。
上述植物蛋白基乳液凝胶具有优异的3D打印成型能力，其可作为脂肪替代物，经3D打印技术制备成具有良好的动物脂质替代特性的产品。
本发明提供了上述植物蛋白基乳液凝胶在3D打印成型产品中的应用。
本发明提供了一种植物蛋白基乳液凝胶3D打印产品，是通过设置打印参数和产品形状，进行3D打印获得的植物蛋白基乳液凝胶3D打印产品。
上述打印参数选自：打印喷头直径为0.84mm，打印速度为1～5mm/s，挤出压强为2～18pa。
上述产品形状可选自任意所需形状，例如圆柱形、心形、字母形等。
本发明的有益效果为：
本发明通过在植物蛋白中添加多糖，使乳液液滴之间发生交联形成了三维网络结构，克服了植物蛋白在3D打印中不成型的缺陷，而且，作为脂肪替代物，植物蛋白基乳液凝胶具有成本低、脂肪含量低等优点，降低了脂肪摄入量较多的风险，从而在肥胖和胆固醇类等疾病的预防方面具有较好的应用前景。此外，本发明所述植物蛋白基乳液凝胶的制备方法简单，易操作，工艺条件温和，原料易得，通过添加多糖即可实现植物蛋白的成型能力，避免了因添加其它有机化学试剂所造成的潜在化学污染和健康风险。
附图说明
图1为实施例1中3D打印的圆柱形产品；
图2为实施例1中3D打印的心形产品；
图3为实施例2中3D打印的A形产品；
图4为对比例1的3D打印结果；
图5为实施例1中豌豆蛋白基乳液凝胶的形貌；
图6为实施例2中豌豆蛋白基乳液凝胶的形貌；
图7为对比例1中豌豆蛋白基乳液的形貌；
图8为豌豆蛋白基乳液凝胶的尺寸对比；
图9为实施例2中豌豆蛋白基乳液凝胶的冷冻扫描电镜图；
图10为各豌豆蛋白基乳液凝胶的动态剪切扫描黏度；
图11为各豌豆蛋白基乳液凝胶的温度扫描实验结果；
图12为各豌豆蛋白基乳液凝胶的剪切流变性能试验结果(G’值)；
图13为各豌豆蛋白基乳液凝胶的剪切流变性能试验结果(G”值)。
具体实施方式
本发明所采用的植物蛋白、多糖以及植物油等原料，均可通过商业渠道购买。此外，本发明亦提供了一种豌豆蛋白的制备方法，步骤如下：
将豌豆置于蒸馏水中浸泡过夜，然后将水倒掉，剥掉豌豆的外皮，将去皮的豌豆置于45～60℃烘箱中烘干。然后使用磨粉机将豌豆进行破碎，得到豌豆粉，再将豌豆粉在100目筛中进行过筛，得到更加细腻的豌豆粉；将豌豆粉浸泡在正己烷中进行脱脂，豌豆粉与正己烷的比值为1:2～4，重复脱脂过程3次，得到脱脂豌豆粉；将脱脂豌豆粉溶解于蒸馏水中，脱脂豌豆粉与蒸馏水的比值为1:1～3，使用盐酸调节悬浮液的pH为3.5，然后进行离心操作，离心机转速设置为1,0000rpm，离心完成后取下方沉淀物；将沉淀物置于冷冻干燥机中，冷冻干燥处理3～5天，得到豌豆蛋白原料。
本发明所使用的其它术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
制备3D打印产品：
将8g豌豆蛋白分散于100mL蒸馏水中，调节pH值为7，在600r/min下磁力搅拌3h，然后置于4℃冷藏24h，使豌豆蛋白充分水合，形成豌豆蛋白颗粒悬浮液；将2g亚麻籽胶分散于100mL蒸馏水中，在600r/min下磁力搅拌3h，至亚麻籽胶完全溶解，形成亚麻籽胶分散液，在4℃下保存；将30mL豌豆蛋白颗粒悬浮液与30mL亚麻籽胶分散液混合，8000rpm高速剪切1min，然后加入70mL玉米油，13000rpm高速剪切3min，获得豌豆蛋白基乳液凝胶。
利用豌豆蛋白基乳液凝胶进行3D打印，设置打印喷头直径为0.84mm，挤出压强为10pa，打印速度为1mm/s，将打印物品的形状设置为圆柱形或心形。打印结果如图1和图2所示，两个3D打印豌豆蛋白基乳液凝胶产品，其结构与自支撑性均较好，纹理清晰，分别呈圆柱形和心形。
实施例2
制备3D打印产品：
将8g豌豆蛋白分散于100mL蒸馏水中，调节pH值为3，在600r/min下磁力搅拌3h，然后置于4℃冷藏24h，使豌豆蛋白充分水合，形成豌豆蛋白颗粒悬浮液；将2g亚麻籽胶分散于100mL蒸馏水中，在600r/min下磁力搅拌3h，至亚麻籽胶完全溶解，形成亚麻籽胶分散液，在4℃下保存；将30mL豌豆蛋白颗粒悬浮液与30mL亚麻籽胶分散液混合，8000rpm高速剪切1min，然后加入70mL玉米油，13000rpm高速剪切3min，获得豌豆蛋白基乳液凝胶。
利用豌豆蛋白基乳液凝胶进行3D打印，设置打印喷头直径为0.84mm，挤出压强为15pa，打印速度为1mm/s，并设置打印物品为字母A形。打印结果如图3所示，3D打印豌豆蛋白基乳液凝胶产品，其结构与自支撑性均较好，纹理清晰，呈字母A形。
对比例1
制备3D打印产品：
将8g豌豆蛋白分散于100mL蒸馏水中，调节pH值为7，在600r/min下磁力搅拌3h，然后置于4℃冷藏24h，使豌豆蛋白充分水合，形成豌豆蛋白颗粒悬浮液；向60mL豌豆蛋白颗粒悬浮液中加入70mL玉米油，13000rpm高速剪切3min，获得豌豆蛋白基乳液。
利用豌豆蛋白基乳液进行3D打印，设置打印喷头直径为0.84mm，挤出压强为10pa，打印速度为1mm/s，并设置打印物品为圆柱形。打印结果如图4所示，所打印的产品，无法成型，效果不佳。
综上所述，在植物蛋白中添加多糖，能够明显改善植物蛋白的3D打印特性。多糖的加入促使乳液颗粒之间形成交联网络结构，3D打印后形成的植物蛋白基乳液凝胶，其自支撑性较强，打印纹理清晰可见，而未添加多糖的乳液凝胶所打印出来的样品，发生了塌陷，结构失真，且粗糙度较差。因此，多糖的添加实现了乳液液滴之间的交联作用，形成了交联网状结构，提高了植物蛋白乳液的稳定性、强度以及3D打印特性，从而能够打印出的结构完整，具有较强的自支撑性以及打印纹理清晰的3D打印产品。
(一)植物蛋白基乳液凝胶的形貌
1、CLSM分析
采用激光共聚焦显微镜(CLSM)分析豌豆蛋白基乳液凝胶的形貌。将实施例1、2和对比例1中的豌豆蛋白基乳液凝胶使用尼罗红和尼罗蓝进行荧光染色处理，采用40×物镜进行形貌观察。观察结果如图5～7所示。
由图5可知，实施例1的液滴大小较为均匀，排列整齐，打印效果如图1和图2所示，结构完整，纹理清晰。由图6可知，实施例2的液滴大小不如实施例1均匀，可见，pH对液滴大小会产生一定影响，但根据图3所示的打印效果可知，打印产品能够展现出完整的结构，且纹理清晰，这说明，多糖对于打印产品凝胶网络结构的形成存在重要影响。由图7可知，对比例1的液滴分散，大小不均匀，所打印出的样品如图4所示，出现了塌陷，结构失真的现象。上述结果表明，本发明制备的植物蛋白基乳液凝胶，具有良好的自支撑性，打印性能优异，结构完整，打印纹理清晰可见。
2、粒度分析
采用粒度分析仪测定豌豆蛋白基乳液凝胶的尺寸，测试结果如图8所示。
由图8可知，对比例1与实施例的豌豆蛋白基乳液凝胶在粒径大小上存在较大差别，对比例1的粒径较大，说明未加入多糖的产品颗粒较大，并不能形成较强的凝胶网络结构，而实施例所述豌豆蛋白基乳液凝胶的粒径均较小，分布均匀，形成了网络结构，从而能够使打印产品具有良好的性能。
3、冷冻扫描电镜
通过冷冻扫描电镜对实施例2所制备的豌豆蛋白基乳液凝胶进行扫描处理，扫描结果如图9所示：
由图9可知，扫描结果证实了豌豆蛋白基乳液凝胶颗粒与颗粒之间存在三维网络结构，这种结构在颗粒表面形成了一种膜，包裹住了颗粒，并在颗粒与颗粒之间形成了交联结构，增强了乳液凝胶的凝胶性能，提高了乳液凝胶的粘弹性和机械性能。
(二)不同亚麻籽胶比例研究
本发明还研究了亚麻籽胶不同比例对植物蛋白基乳液凝胶性能的影响，试验如下：
制备豌豆蛋白基乳液凝胶：
将亚麻籽胶在豌豆蛋白基乳液凝胶中的占比分别控制为0％、0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.9％，其它制备条件和步骤同上述实施例1，获得不同亚麻籽胶添加比例下的豌豆蛋白基乳液凝胶。上述实施例1中，亚麻籽胶在蒸馏水中的含量为2wt％，在与豌豆蛋白颗粒悬浮液各30mL混合后加入70mL玉米油，所得豌豆蛋白基乳液凝胶中亚麻籽胶的含量为0.46wt％，近似于0.5wt％。
1、动态剪切扫描黏度
上述各豌豆蛋白基乳液凝胶在动态剪切扫描下的黏度，如图10所示：
由图10可知，在剪切速率1～100s-1范围内，各乳液凝胶的表观粘度逐渐降低，表明乳液凝胶表现出剪切减薄行为，属于伪塑性流体。合适的剪切减薄行为有利于材料从细直径打印喷嘴中挤出并在3D打印过程中沉积，形成结构较好的3D打印样品。随着亚麻籽胶占比从无到有的增加，乳液凝胶的黏度也相应增加。这说明，亚麻籽胶的加入可以增加连续相的粘度，使得乳液凝胶液滴之间通过相互作用力形成聚集体，从而能够有效地改善乳液凝胶的凝胶强度，利于3D打印。
2、温度扫描实验
通过动态温度扫描试验评价豌豆蛋白基乳液凝胶的热稳定性。图11反映了上述各豌豆蛋白基乳液凝胶的弹性模量G’。
由图11可知，在20～95℃的温度范围内，亚麻籽胶占比在0.3wt％以上的豌豆蛋白基乳液凝胶都呈现出了相对平稳的状态，G’值变化不大，说明其热稳定性良好。
3、剪切流变性能
对上述各豌豆蛋白基乳液凝胶进行LAOS实验，测试各豌豆蛋白基乳液凝胶的剪切流变性能，如图12和图13所示：在LVR内，G’始终大于G”，表明乳液凝胶的弹性要大于粘性，表现出了固体的弹性性质。豌豆蛋白基乳液凝的G’随着应变值的变大先呈现平稳的趋势，然后在超过临界应变的条件下，G’值开始下降，表现出III型行为。此时，G”出现了明显的局部最大值，也就是说G”发生了先升高后下降的变化。这种行为常见于乳液和乳液凝胶中。亚麻籽胶的添加，增大了乳液凝胶的G’和G”的数值，同时也使得其LVR的长度有所增加，这说明形成了较强的网络结构。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种植物蛋白基乳液凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：
将植物蛋白分散于水中，调节pH值，形成植物蛋白颗粒悬浮液；将多糖分散于水中，形成多糖分散液；将植物蛋白颗粒悬浮液与多糖分散液混合，高速剪切，然后加入植物油，经高速剪切乳化，获得植物蛋白基乳液凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物蛋白选自豌豆蛋白、玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、鹰嘴豆蛋白和大豆蛋白中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多糖选自亚麻籽胶、黄原胶、卡拉胶、瓜尔豆胶和魔芋胶中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物蛋白颗粒悬浮液的浓度选自5～12wt％；所述多糖分散液的浓度选自0.5～5wt％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述pH值选自3～7。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物蛋白颗粒悬浮液与多糖分散液的混合液中，植物蛋白颗粒悬浮液的占比为25％～50％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物油选自玉米油、花生油、大豆油、橄榄油中的一种或几种；其中，植物油在植物蛋白基乳液凝胶中的占比为30～85％。
8.权利要求1～7任一项所述方法制备的植物蛋白基乳液凝胶。
9.权利要求8所述植物蛋白基乳液凝胶在3D打印成型产品中的应用。
10.一种植物蛋白基乳液凝胶3D打印产品，其特征在于，是通过设置打印参数和产品形状，并进行3D打印所获得的。
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| CN202310191409.5A CN116138346A (zh) | 2023-03-02 | 2023-03-02 | 一种新型脂肪替代物3d打印植物蛋白基乳液凝胶、其制备方法及应用 |
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| CN116138346A true CN116138346A (zh) | 2023-05-23 |
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|---|---|---|---|---|
| CN116391852A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-07-07 | 苏陀科技(山东)有限公司 | 一种高温稳定的o/w植物基蛋白-多糖乳液制备方法及其应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105994698A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-10-12 | 江南大学 | 一种以Pickering乳液为模板制备可食用油脂凝胶的方法 |
| CN114847396A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-08-05 | 华南农业大学 | 一种可打印蛋白网络的双凝胶及其制备方法和应用 |
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2023
- 2023-03-02 CN CN202310191409.5A patent/CN116138346A/zh active Pending
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