本發(fā)明涉及一種改善高糖體系成型及3d精確打印性能的配方調(diào)控方法，屬于果蔬食品加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

區(qū)別于傳統(tǒng)的減材制造，3d打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，是通過(guò)連續(xù)的物理層疊加并逐層增加材料來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)三維實(shí)體的技術(shù)。待生產(chǎn)三維產(chǎn)品的模型由cad軟件事先制作好。理論上3d打印可以生產(chǎn)出任何形狀及外觀的產(chǎn)品。此外，3d打印技術(shù)屬于全自動(dòng)的智能技術(shù)，還節(jié)約了時(shí)間及勞力成本。

調(diào)理重組食品是兩種或兩種以上的食品材料按照特定的配方混合后，經(jīng)前處理及配制加工后，采用速凍技術(shù)，并在凍結(jié)狀態(tài)下（產(chǎn)品中心溫度在-18℃以下）儲(chǔ)存、運(yùn)輸和銷售的包裝食品。傳統(tǒng)的調(diào)理重組食品因?yàn)榧庸ぜ夹g(shù)的限制，外型不夠好，口感也有待改善。目前3d打印技術(shù)主要應(yīng)用于塑料及金屬制品等重工業(yè)項(xiàng)目。但是鑒于3d打印技術(shù)的定制化生產(chǎn)方面的優(yōu)勢(shì)，3d打印技術(shù)應(yīng)用于調(diào)理重組食品加工技術(shù)上，或許可以發(fā)展出解決這一問(wèn)題的良好措施。

宣鑫龍等（2015）發(fā)明了“一種3d打印用純可可脂型巧克力的方法”（公開(kāi)號(hào)：cn104996691a），將原料包括可可液塊、脫脂乳粉、白砂糖、可可脂和乳化劑，經(jīng)過(guò)預(yù)處理、混合和精磨、精煉、灌裝和調(diào)溫制得，該發(fā)明的巧克力具有良好的流動(dòng)性，產(chǎn)品不易發(fā)花、發(fā)白。適用于中小型目標(biāo)量的3d打印，減少不必要的浪費(fèi)，節(jié)約成本，使用及操作方便。本發(fā)明中產(chǎn)品制備更加簡(jiǎn)便，不需要預(yù)處理，更加節(jié)約成本，使用及操作更加簡(jiǎn)便。

黃海瑚等（2015）發(fā)明了“一種植脂奶油3d打印方法”（公開(kāi)號(hào)：cn104687222a），通過(guò)在傳統(tǒng)的打印平臺(tái)上設(shè)一冷卻系統(tǒng)，更有利于植脂奶油的固定定型，便于使用植脂奶油進(jìn)行三維打印。并采用超聲波將植脂奶油分子進(jìn)一步粉碎細(xì)化質(zhì)地，從而提高3d打印系統(tǒng)的打印效果，防止因植脂奶油成分混合不均勻而導(dǎo)致打印噴頭的堵塞。本發(fā)明方法采用不同尺寸的打印噴頭以確保打印出料的成功率和連續(xù)性，因?yàn)檫^(guò)細(xì)的物料可能因延展性好伴隨打印形狀的坍塌，因此不同尺寸的打印噴頭可以保證比較得到最佳的顆粒尺寸的物料配方；此外，本發(fā)明使用高速均質(zhì)機(jī)在樣品制備過(guò)程中持續(xù)攪拌樣品，使得各種配料在水溶液中盡可能的溶解和融合以及樣品的質(zhì)地盡可能地被細(xì)化，從而提高3d打印系統(tǒng)的打印效果，防止因產(chǎn)品中成分混合不均勻而導(dǎo)致打印噴頭的堵塞；加上添加納米果蔬粉可以明顯降低物料的延展性，從而降低打印后發(fā)生形變或坍塌的可能，使得維持打印形狀和結(jié)構(gòu)的能力變強(qiáng)，有效提高打印成型效果。

趙婉藝等（2014）發(fā)明了“一種多口味夾心食品的3d打印生產(chǎn)方法”（公開(kāi)號(hào)：cn104365954a），該工藝?yán)?d打印的方法，生產(chǎn)一種具有多口味空間夾心結(jié)構(gòu)的食品。在生產(chǎn)的過(guò)程中，多個(gè)3d打印頭內(nèi)裝有不同的食品基材和夾心材料，基材和夾心材料可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需求打印出不同的空間形狀和數(shù)量，而且?jiàn)A心材料可以完全被包覆在基材內(nèi)。該發(fā)明改變了傳統(tǒng)夾心食品夾心單一的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)特殊的口感，滿足人們多樣化味覺(jué)的需求。本發(fā)明是基于工業(yè)化果凍配方以及3d打印機(jī)對(duì)物料的要求而研究出的全新的物料配方，具有巨大的市場(chǎng)潛力。

李恒等（2014）發(fā)明了“一種3d甜品打印加工裝置及相應(yīng)的加工方法”（公開(kāi)號(hào)：cn103734216a），該工藝根據(jù)目標(biāo)甜品的形狀生成甜品的三維圖像；進(jìn)行切片處理；打印所述的甜品坯；烘烤所述的甜品坯；打印所述的奶油。該發(fā)明采用了該結(jié)構(gòu)的3d甜品打印加工裝置，巧妙地將3d打印技術(shù)和食品制作結(jié)合起來(lái)，可以制造出結(jié)構(gòu)精巧、外形美觀的甜品，制作出的奶油甜品與事先設(shè)計(jì)的偏差小，特別適合特殊場(chǎng)合所使用的甜品；加工方法操作簡(jiǎn)單，可在三維方向連續(xù)地裱上奶油，成品精致，實(shí)用性強(qiáng)。本發(fā)明是基于工業(yè)化果凍配方以及3d打印機(jī)對(duì)物料的要求而研究出的全新的物料配方，具有巨大的市場(chǎng)潛力。

陳海佳等（2015）發(fā)明了“一種3d面膜的制備方法”（公開(kāi)號(hào)：cn104940113a），該工藝在無(wú)菌真空的條件下，根據(jù)人體面部輪廓，采用3d打印機(jī)依次疊加打印膠原蛋白凝膠以及面膜液，得到3d打印面膜。本發(fā)明采用3d打印技術(shù)進(jìn)行面膜的制備，通過(guò)依次疊加打印膠原蛋白凝膠以及面膜液即可得到面膜，方法簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，并且打印過(guò)程無(wú)需經(jīng)過(guò)高溫過(guò)程，可以完整保存面膜液的有效成分。另外，膠原蛋白凝膠在真空條件下，形成多孔的面膜支架，可以最大程度的吸附面膜液。得到的3d打印面膜根據(jù)人體面部輪廓個(gè)體化定制，能夠100％貼合于人體面部皮膚毛孔。本發(fā)明是不需要經(jīng)過(guò)高溫過(guò)程，基于工業(yè)化果凍配方以及3d打印機(jī)對(duì)物料的要求而研究出的全新的物料配方，制作方法簡(jiǎn)便易行，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有巨大的市場(chǎng)潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)一種改善高糖體系成型及3d精確打印性能的配方調(diào)控方法，主要目的有兩個(gè)，一是多糖凝膠類模擬體系，為以后的果凍及蔬菜泥商業(yè)化產(chǎn)品研制打基礎(chǔ)；二是開(kāi)發(fā)食品打印技術(shù)，改善材料的可打印性，在滿足3d打印的條件下，盡量得到獨(dú)特的令人滿意的外型及口感。

本發(fā)明的技術(shù)方案，主要采取三個(gè)關(guān)鍵方面的控制來(lái)達(dá)到改善高糖體系成型及3d打印性能的目的，一是泡發(fā)，泡發(fā)的主要目的是確保明膠最終能完全溶解，得到均一致密的高糖凝膠體系。二是攪拌，同樣也是確保明膠最終能完全溶解，體系穩(wěn)定化、顆粒細(xì)小化。三是用蒸煮，起到殺菌的效果，因此最終得到的是直接可以吃的成品，同時(shí)這也能促進(jìn)各配料的融合，最終得到均一穩(wěn)定的體系。

一種改善高糖體系成型及3d精確打印性能的配方調(diào)控方法，將明膠用適量自來(lái)水或去離子水泡發(fā)，將剩余的自來(lái)水或去離子水和蔗糖、泡發(fā)好的明膠混合，蒸煮至沸騰，然后將冷卻至室溫的已呈均一凝膠狀態(tài)的高糖體系攪碎，可根據(jù)需要添加適量的弱防腐劑檸檬酸和干燥的果蔬粉；添加納米果蔬粉可以明顯降低物料的延展性，從而降低打印后發(fā)生形變或坍塌的可能使得維持打印形狀和結(jié)構(gòu)的能力變強(qiáng)；該高糖體系以質(zhì)量計(jì)的組成為：自來(lái)水或去離子水34%-36%、明膠5.5%-6.5%、馬鈴薯淀粉2%-2.5%、刺槐豆膠0.05%、羥丙基二淀粉磷酸酯0.05%、蔗糖55%-57%、納米果蔬粉0.25%-0.30%和食品級(jí)檸檬酸0.14%；將冷卻至室溫的已呈均一凝膠狀態(tài)的高糖體系攪碎后加入到3d打印機(jī)的料斗中；選定3d打印的模型和體系對(duì)應(yīng)的3d打印參數(shù)進(jìn)行3d打印；具體步驟如下：

（1）納米果蔬粉的制備：將果蔬粉以1︰500的質(zhì)量體積比g/ml溶解于自來(lái)水或去離子水中，獲得初配溶液；初配溶液經(jīng)孔徑截留分子量為5000-200000da的超濾膜過(guò)濾，獲得超濾液；超濾液經(jīng)高壓微射流納米分散處理，其中壓力為5-250mpa，流速15-5000ml/min，收集處理液，將其真空冷凍干燥或噴霧干燥制得粉劑，即得納米果蔬粉；

（2）溶解：將羥丙基二淀粉磷酸酯、刺槐豆膠、淀粉溶于適量去離子水中，磁力攪拌器攪拌完全，得到溶液ⅰ；

（3）泡發(fā)：選取高品質(zhì)食用級(jí)明膠，將明膠按質(zhì)量1︰1的比例溶于自來(lái)水或去離子水中，泡發(fā)30min，得到溶液ⅱ；

（4）溶解蔗糖：將剩余的自來(lái)水或去離子水和蔗糖混合、蒸煮至沸騰；

（5）再次蒸煮：然后立即將步驟（2）所得溶液ⅰ和步驟（3）所得泡發(fā)完全的明膠溶液ⅱ加入步驟（4）煮沸的蔗糖溶液中，使用高速均質(zhì)機(jī)繼續(xù)攪拌混勻，直至再次煮沸而且溶質(zhì)完全溶解為止，待體系溫度降至60℃以下倒入食用的陶瓷碗中待用；

（6）攪碎體系：用打蛋器攪碎體系至少5min，使得體系變得盡可能細(xì)碎，最終呈現(xiàn)為半透明均勻的碎粒的最大直徑低于2mm的狀態(tài)；

（7）儲(chǔ)藏：添加弱防腐劑檸檬酸和干燥的納米果蔬粉；

（8）3d打印過(guò)程：選定3d打印的模型，此高糖凝膠體系的溫度選擇范圍是25-35℃，打印噴頭的直徑選擇范圍是0.8mm、1.0mm或2.0mm。

所述蔗糖為食用級(jí)的白砂糖。

本發(fā)明的有益效果：①研究了從改變打印噴頭尺寸以及制備過(guò)程中釆用高速均質(zhì)細(xì)化物料質(zhì)地來(lái)改善3d精確打印性能，可直接做為產(chǎn)品配方及工藝步驟使用；②本發(fā)明添加納米果蔬粉，健康營(yíng)養(yǎng)，不添加任何人工合成色素成份，安全可靠，同時(shí)降低物料延展性從而改善打印產(chǎn)品成型效果；③本發(fā)明沒(méi)有復(fù)雜的長(zhǎng)時(shí)間處理過(guò)程，節(jié)約成本，操作性強(qiáng)；④本發(fā)明完整地提供了加工與儲(chǔ)運(yùn)的全過(guò)程工藝及建議事項(xiàng)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：含水果納米粉的3d精確打印軟糖的制備工藝

此工藝所需的各原料為：水（35.03%）、明膠（6.07%）、馬鈴薯淀粉（2.33%）、刺槐豆膠（0.05%）、羥丙基二淀粉磷酸酯（0.05%）、蔗糖（56.05%）、橙子干燥粉（0.28%）和食品級(jí)檸檬酸（0.14%）。羥丙基二淀粉磷酸酯、刺槐豆膠、淀粉溶于適量去離子水中，磁力攪拌器攪拌完全，得到溶液ⅰ。同時(shí)將明膠按質(zhì)量1︰1的比例溶于水中，使之泡發(fā)完全，得到溶液ⅱ。適量的水溶解蔗糖，然后在電磁爐上熬煮至半透明完全溶解狀態(tài)，第一次沸騰10s后，先添加溶液ⅰ，再添加溶液ⅱ，再添加檸檬酸及橙子干燥粉，再添加剩余的去離子水，然后使用高速均質(zhì)機(jī)繼續(xù)攪拌至所有原料完全融合并充分溶解，第二次沸騰后停止加熱。高速均質(zhì)機(jī)繼續(xù)攪拌，此時(shí)添加弱防腐劑檸檬酸和干燥的納米果蔬粉，至體系冷卻至60℃以下，移入器皿或儲(chǔ)存箱中。待體系冷卻至室溫時(shí)，體系呈固態(tài)。用打蛋器將體系攪碎至均一細(xì)密的狀態(tài)，保證體系最大細(xì)碎顆粒直徑不超過(guò)2mm。打印過(guò)程中，不斷向進(jìn)料口進(jìn)料，保證進(jìn)料槽內(nèi)原料一直保持壓實(shí)狀態(tài)而不飛濺，有利于打印噴頭一直連續(xù)出料，盡量避免斷頭現(xiàn)象的發(fā)生，從而改善打印效果。

選定3d打印的模型，此高糖凝膠體系的溫度選擇范圍是25-35℃，打印噴頭的直徑選擇范圍是0.8mm、1.0mm或2.0mm。最終得到橙黃色的具有豐富健康的天然植物化合物的產(chǎn)品。成型效果：打印后20min不塌陷，打印形狀的精準(zhǔn)度達(dá)到95%以上。

實(shí)施例2：含蔬菜納米粉的3d精確打印軟糖的制備工藝

此工藝所需的各原料為：水（35.03%）、明膠（6.07%）、馬鈴薯淀粉（2.33%）、刺槐豆膠（0.05%）、羥丙基二淀粉磷酸酯（0.05%）、蔗糖（56.05%）、甜菜干燥粉（0.28%）和食品級(jí)檸檬酸（0.14%）。羥丙基二淀粉磷酸酯、刺槐豆膠、淀粉溶于適量去離子水中，磁力攪拌器攪拌完全，得到溶液ⅰ。同時(shí)明膠溶于適量水中，使之泡發(fā)完全，得到溶液ⅱ。適量的水溶解蔗糖，然后在電磁爐上熬煮至半透明完全溶解狀態(tài)，第一次沸騰10s后，先添加溶液ⅰ，再添加溶液ⅱ，再添加檸檬酸及甜菜干燥粉，再添加剩余的去離子水，然后使用高速均質(zhì)機(jī)繼續(xù)攪拌至所有原料完全融合并充分溶解，第二次沸騰后停止加熱。高速均質(zhì)機(jī)繼續(xù)攪拌，此時(shí)添加弱防腐劑檸檬酸和干燥的納米果蔬粉，至體系冷卻至60℃以下，移入器皿或儲(chǔ)存箱中。待體系冷卻至室溫時(shí)，體系呈固態(tài)。將體系攪碎至均一細(xì)密的狀態(tài)。打印過(guò)程中，不斷向進(jìn)料口進(jìn)料，保證進(jìn)料槽內(nèi)原料一直保持壓實(shí)狀態(tài)而不飛濺，有利于打印噴頭一直連續(xù)出料，盡量避免斷頭現(xiàn)象的發(fā)生，從而改善打印效果。

選定3d打印的模型，此高糖凝膠體系的溫度選擇范圍是25-35℃，打印噴頭的直徑選擇范圍是0.8mm、1.0mm或2.0mm。最終得到酒紅色的具有豐富健康的天然植物化合物的產(chǎn)品。成型效果：打印后20min不塌陷，打印形狀的精準(zhǔn)度達(dá)到95%以上。