一种食品3d打印的快速成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及食品加工的技术领域，尤其是指一种食品3D打印的快速成型方法。
【背景技术】
[0002]近年来，3D打印技术方兴未艾，逐渐影响传统行业的生产方式，也包括食品加工技术。3D食品打印技术是将食品原材料通过3D打印机，以电脑设计的3维图为指导，制作特殊形状食物实体的方法。现有3D食品成型常见的方法主要为熔融沉积成型，即采用加热型挤压喷头，在相对高温下，将材料融化成半流动状态，按CAD分层数据控制的路径挤压并沉积在指定位置，挤出后快速降温，从而使食品凝固成型。此类应用的案例有Natural Machine公司的Foodini 3D打印机，3D Systems公司推出的Chef jet糖果打印机，三玮国际推出的XYZprinting打印机等。但是熔融沉积技术用于食品3D打印，有明显的局限性，其情况如下:
[0003]1、可用于打印的食材非常有限。熔融沉积需经温差使材料发生一定质构变化，从半流体变为固体，然后凝固成型。所以，只有少数食材如巧克力、薄荷糖或软糖等能实现这种温差引起的质构变化。这就决定了大部分食材，都不能用于打印。如蔬菜、肉类等高温下仍为固体，故无法被使用。
[0004]2、打印加热会破坏食品原有的天然成分，如维生素、天然酮类、酸类，导致营养价值下降。
[0005]3、已被应用的材料，主要是糖浆、巧克力、薄荷糖等含糖高的食材，热量高，不符合现代社会倡导的营养健康饮食理念。
[0006]4、部分可以打印肉类、面粉甚至碎蔬菜的打印机，由于食材不能因温度发生质构变化，只能在某个平面上打印，不能实现真正的3D成型。如XYZprinting的烘焙食品打印机，由于所用面粉糊不能因温度成型，强度很差，只能在平面上打印2维形状，不是真正意义的3D打印机。
[0007]浙江大学王权在《3D打印海藻酸钠/羟基磷灰石水凝胶复合Atsttrin蛋白用于骨缺损修复的研究》中利用3D凝胶纤维沉积技术，以海藻酸钠、羟基磷灰石、明胶、蛋白混合作为成型材料，将挤出的凝胶纤维浸泡到氯化钙溶液中，氯化钙与海藻酸钠交联成型，制备海藻酸钠/羟基磷灰石生物活性支架，应用于骨组织工程。然而由于以下原因，此方法并不适于食品加工:
[0008]1、上述方法凝胶的真正支撑材料为没有营养价值的羟基磷灰石，是支撑结构的“脚手架”，而海藻酸钠与钙盐形成的半固体凝胶仅起到临时包裹的作用，并不提供结构强度。
[0009]2、上述方法目前应用于生物工程，因而对原材料在纯度等方面有较高的要求，加之其加工步骤复杂，成型速度慢，加工成本高昂。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种安全可靠的食品3D打印的快速成型方法，该方法的可应用材料多，不受材料限制，扩大使用范围，利于人们根据自身营养健康需求和饮食习惯制备成型食品，同时不依赖温差凝固成型，扩大了对成型食品温度的选择范围。
[0011]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种食品3D打印的快速成型方法，包括以下步骤:
[0012]1)将食材与成型剂A充分混合，其中，所述成型剂A为可食用的天然胶类，若食材为固体食材，则需先绞碎再与成型剂A进行混合；
[0013]2)将食材和成型剂A的混合物置于3D打印机喷头的挤出筒中，将成型剂B置于3D打印机的喷雾筒中，其中，所述成型剂B为可食用的钙盐水溶液；
[0014]3)开启3D打印机，3D打印机会自动依据模型分层信息将食材与成型剂A的混合物挤出于其可移动的工作平台上，制得中间成型材料，同时，3D打印机的喷雾筒将成型剂B均匀喷涂于刚挤出的中间成型材料上，中间成型材料会与成型剂B发生化学反应固化，在食材表面形成硬质薄层，一层固化完成后，工作平台下移一个层的距离后继续打印，依此类推，最终堆叠出所需的三维实体食物，由于原先固化的层面仍残留有成型剂B，故层与层之间可以粘合固定。
[0015]当需要提升成型食品的强度时，在步骤1)中加入可食用的赋形剂C与食材和成型剂A进行充分混合，而在步骤2)中则是将食材、成型剂A、赋形剂C的混合物置于3D打印机喷头的挤出筒中，其中，所述赋形剂C是能够与成型剂A、B产生协同作用的食品添加剂。
[0016]所述成型剂A为海藻酸钠、海藻酸钾、卡拉胶中的一种或两种以上的组合，浓度范围为0.5%?3.0%，单位为w/v。
[0017]所述成型剂B为葡萄糖酸钙、乳酸钙、氯化钙中的一种或两种以上的组合，浓度范围为0.5%?5.0%，单位为w/v。
[0018]所述赋形剂C为明胶、羧甲基淀粉、黄原胶中的一种或两种以上的组合。
[0019]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0020]1、不受材料限制，普通固体和半固体食品可被打印为固体食品，甚至液体食品，如果汁、饮料等，也可以被打印为半固体的食品，大大增加了 3D食品打印的使用领域。
[0021]2、不依赖温差凝固成型，无需经历高温加热过程，利于保留食品原有的风味和营养成分。
[0022]3、因不需要预热打印头，减少了打印的时间消耗，普通3D打印机需要较长预热时间，而本发明开机即可打印。
[0023]4、减少了维护工作量。现有3D食品打印机，因关机后食材冷却，容易堵塞打印口，使用后必须立即清洗。而本发明成型前食材均为半流体状态，不会堵塞管路，使用方便。
[0024]5、所需添加的天然可食用成型剂含有大量钙盐，最后成型的食品，钙质丰富，能起到补钙的作用。
【附图说明】
[0025]图1为3D打印机成型原理图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合多个具体实施例对本发明作进一步说明。
[0027]实施例1
[0028]本发明所述的食品3D打印的快速成型方法，包括以下步骤:
[0029]1)将食材与成型剂A充分混合，其中，所述成型剂A为可食用的天然胶类，为海藻酸钠、海藻酸钾、卡拉胶中的一种或两种以上的组合，浓度范围为0.5%?3.0% (w/v)，而在本实施例中优选海藻酸钠，浓度为1%。若食材为固体食材，则需先绞碎再与成型剂A进行混合。
[0030]2)将食材和成型剂A的混合物置于3D打印机喷头的挤出筒中，将成型剂B置于3D打印机的喷雾筒中，其中，所述成型剂B为可食用的钙盐水溶液，为葡萄糖酸钙、乳酸钙、氯化I丐中的一种或两种以上的组合，浓度范围为0.5%?5.0% (w/v)，而在本实施例中优选氯化妈，浓度为1 %。
[0031]3)开启3D打印机(3D打印机的成型原理如图1所示)，3D打印机会自动依据模型分层信息将食材与成型剂A的混合物挤出于其可移动的工作平台上，制得中间成型材料，同时，3D打印机的喷雾筒将成型剂B均匀喷涂于刚挤出的中间成型材料上，中间成型材料会与成型剂B发生化学反应固化，在食材表面形成硬质薄层，一层固化完成后，工作平台下移一个层的距离后继续打印，依此类推，最终堆叠出所需的三维实体食物。由于原先固化的层面仍残留