一种用于3D打印的植脂奶油及其制备方法与应用

一种用于3d打印的植脂奶油及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明涉及食品加工3d打印技术领域，具体涉及一种用于3d打印的植脂奶油及其制备方法与应用。


背景技术：

2.3d打印技术作为新兴技术之一，可以实现产品的自由化制造和个性定制化生产，因而在众多的工业生产领域中均得到广泛应用。
3.在食品加工领域，色香味俱全是食品的重要标志，精致的食物外观与健康的食材配比越来越受到人们的追捧。
4.然而，目前3d打印技术在食品领域的应用报道较少，关于奶油的3d打印更是鲜有，其原因主要在于，现有市售动物奶油或植物奶油的表观粘度较高，其可塑性与流变性难以兼顾，因而难以满足现有3d打印设备对打印材料性能的要求。
5.例如动物奶油搅打后的奶油硬度过小、虽流变性好，但可塑性差，难以应用3d打印；即便改进后可实现打印，所得到的图案也易坍塌。
6.市售植脂奶油的可塑性很强，广泛用于制作糕点的裱花、咖啡和奶茶的奶盖，但由于其含有较高的反式脂肪酸，不符合目前营养健康需求。为此，cn111296586a公开一种基于高内相pickering乳液的搅打稀奶油及其制备方法。该方法记载了所制得的基于高内相pickering乳液的搅打稀奶油不含反式脂肪酸，呈更柔和的乳白色，没有异味，搅打后的状态与市售搅打稀奶油类似，具有较好的发泡性与可塑性，满足消费者对于零反式脂肪的搅打稀奶油制品的营养健康需求。然而，该搅打稀奶油在搅打后奶油过硬，流变性较差，从3d设备喷嘴挤出的奶油线条不够流畅，表面较为粗糙，打印后成型较差，图案瑕疵严重，不符合外观要求。


技术实现要素：

7.针对上述问题，本发明提供了一种可用于3d打印的植脂奶油及其制备方法与应用。本发明所得植脂奶油兼具营养健康、良好的可塑性与流变特性的，可实现3d打印，从而拓宽了3d打印在食品领域的范围，实现产品的自由化制造和个性定制化生产，具有广阔的前景。
8.第一方面，本发明提供一种用于3d打印的植脂奶油，包括：蛋白微凝胶颗粒，棕榈油分提物，添加剂；其中；
9.所述添加剂由单双脂肪酸甘油酯、丙二醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯和聚脂肪酸甘油酯、结冷胶、羧丙基甲基纤维素、黄原胶、卡拉胶、海藻酸钠、磷酸氢二钾以质量比(0.5-2)：(0.5-2)：(0.5-2)：(0.5-2)： (0.005-0.01)：(0.005-0.01)：(0.01-0.02)：(0.005-0.01)：(0.005-0.01)： (0.01-0.03)组成。
10.相比市售植脂奶油，蛋白微凝胶颗粒具有更好的稳定乳液作用，有利于提高乳液的流变性；同时本发明选择熔点较低的棕榈油分提物作为乳液油相与蛋白微凝胶颗粒复
配，可使乳液在保持良好流变性的前提下改善乳液的塑性范围，并提高乳液中不饱和脂肪酸含量，使其营养物质含量更加丰富。
11.同时，为了进一步提高乳液的乳化程度及乳化稳定性，本发明在上述乳液体系基础上，添加了特定的添加剂。相比其它常规添加剂，本发明所选的添加剂与乳液体系匹配性更好，不仅显著提高植脂奶油的稳定性，还可进一步提高其流变性和可塑性。
12.优选地，所述添加剂由单双脂肪酸甘油酯、丙二醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯和聚脂肪酸甘油酯、结冷胶、羧丙基甲基纤维素、黄原胶、卡拉胶、海藻酸钠、磷酸氢二钾以质量比(1-2)：(0.5-1)：(1-2)：(0.5
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1)：(0.008-0.01)：(0.008-0.01)：(0.01-0.02)：(0.008-0.01)：(0.008
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0.01)：(0.01-0.02)组成。
13.进一步地，本发明发现，各组分的比例关系也影响着植脂奶油的综合性能。为此，本发明控制所述蛋白微凝胶颗粒、棕榈油分提物与添加剂的质量比为1：(30-50)：(2-8)。通过优化各组分的比例关系，不仅可使植脂奶油兼具良好的流变性和可塑性，可不受时间、温度影响，更有利于实现长时间3d打印操作；此外，还改善了植脂奶油的成分，不仅不含有反式脂肪酸和钠，而且不饱和脂肪酸含量高，饱和脂肪酸含量低，蛋白质及脂肪含量与动物奶油接近，因而具有可与动物奶油媲美的口感。
14.此外，本发明所述的植脂奶油还包括甜味剂，其添加量为植脂奶油质量的20-25％；所述甜味剂由白砂糖、糖霜及糖浆以质量比8:7:8组成。研究表明，相比其它常规甜味剂，本发明选择的三种甜味剂通过特定配比，使植脂奶油入口时具有不同层次，且与稳定剂协同增加植脂奶油料液的粘度。
15.作为本发明的具体实施方式之一，以质量份数计，所述植脂奶油，包括：大豆分离蛋白微凝胶颗粒0.5％～1.5％、棕榈油分提物20％～ 28％、单双脂肪酸甘油酯0.5％～2％、蔗糖脂肪酸酯0.5％～2％、丙二醇脂肪酸酯0.5％～2％、聚脂肪酸甘油酯0.5％～2％、结冷胶0.005％～ 0.010％、黄原胶0.005％～0.010％、羟丙基甲基纤维素0.01％～0.02％、卡拉胶0.005％～0.010％、海藻酸钠0.002％～0.007、磷酸氢二钾 0.01％～0.03％、白砂糖5％～10％、糖霜5％～10％、糖浆5％～10％，其余用水补齐。
16.进一步地，所述植脂奶油中脂肪含量为20～28％，优选为25％。
17.第二方面，本发明还提供上述用于3d打印的植脂奶油的制备方法，包括：
18.将棕榈油分提物与添加剂加热混合，再加入蛋白微凝胶颗粒并进行剪切与均质，得到乳液；
19.对均质的乳液进行急冷处理，老化，得到植脂奶油料液。
20.进一步地，所述加热混合的温度为50～90℃，优选为75℃，使其充分混合。
21.进一步地，所述急冷是利用冷凝水循环系统对所得乳液进行处理；所述老化的条件为：置于2～10℃环境下老化8～24h，优选置于4℃环境下老化12h。研究发现，控制急冷后的乳液在此合适的条件下老化，具有为脂肪结晶提供较为充足的时间，促进脂肪球部分聚结，并使蛋白质和稳定剂水合、相互作用，从而增加混合物粘度。
22.此外，所述蛋白微凝胶颗粒通过下述方法获得：步骤1)，将植物蛋白溶液进行水合处理，之后进行热交联和酶交联，得蛋白凝胶；步骤2)，将所得蛋白凝胶进行剪切和均质，得到蛋白微凝胶颗粒。
23.步骤1)中，所述植物蛋白选自大豆分离蛋白；所述水合处理为：将大豆分离蛋白溶
于去离子水，室温下搅拌2小时使其充分溶解，然后置于4～10℃优选4℃，水合处理2～12h优选4h。所述酶交联是通过谷氨酰胺转氨酶实现的；所述谷氨酰胺转氨酶的添加量为0.01％～ 0.03％；优选0.02％。
24.进一步地，步骤2)中，所述剪切是在7000～12000rpm下进行的，优选10000rpm；所述均质是在300～700bar下进行的，优选500bar。研究发现，通过控制剪切和均质在此范围内进行，可将蛋白凝胶分散为蛋白微凝胶颗粒，避免条件不匹配而导致凝胶颗粒出现尺寸过大，分散不均一的问题。
25.第三方面，本发明还提供一种上述植脂奶油的3d打印方法，包括：以上述植脂奶油为打印料液，将其搅打后装入3d打印料仓，设置参数，即可对其进行3d打印。
26.其中，所述搅打采用奶油搅拌器实施；搅拌条件为：先以800
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850rpm的速度慢速搅打10～60s，再以1200-1250rpm速度快速搅打1～ 5min；优选地，先以慢速搅打30s，再以快速搅打3min。通过先慢速搅打后快速搅打，可以先使大气泡快速充入乳液体系，体积略有增加，之后快速搅打，使脂肪部分聚结快速增加，大气泡裂变成小气泡，被逐渐成型的脂肪网络结构包裹住。
27.所述3d打印的参数为：喷嘴直径0.3～3mm，优选0.8mm；打印速度25～70mm/s，优选60mm/s。研究发现，通过控制喷嘴直径和打印速度，使其与植脂奶油料液的性能相匹配，从而更有利于提高打印质量。
28.本发明的有益效果至少在于：
29.本发明制得用于3d打印的植脂奶油，具有较好的流变性，适宜“挤出-成型”；同时还具有较高的可塑性，不受时间、温度影响，可用于长时间3d打印操作。此外，还具有可与动物奶油媲美的口感及丰富的营养成分，因而可与3d打印技术相结合，制备兼具美观和健康的奶油类食品，可满足植脂奶油的个性化定制，更符合人们对于食物外观及健康的追求。
附图说明
30.图1为本发明实施例1所得植脂奶油与市售植脂奶油、市售动物奶油搅打后的表观粘度对比结果。
31.图2为实施例1所得3d打印植脂奶油的实物图。
32.图3为对比例3所得3d打印植脂奶油的实物图。
33.图4为对比例4所得3d打印植脂奶油的实物图。
具体实施方式
34.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
35.实施例1
36.本实施例提供一种用于3d打印的植脂奶油的制备方法，包括如下步骤：
37.(1)将大豆分离蛋白溶液进行水合处理，之后进行热交联和酶交联，得到蛋白凝胶；所述酶交联所使用的酶为谷氨酰胺转氨酶；添加量为0.02％；
38.(2)将蛋白凝胶在10000rpm下进行剪切和500bar下进行均质，得到大豆分离蛋白微凝胶颗粒；
39.(3)将大豆分离蛋白微凝胶颗粒0.8％、棕榈油分提物25％、单双脂肪酸甘油酯
1％、蔗糖脂肪酸酯0.5％、丙二醇脂肪酸酯1％、聚脂肪酸甘油酯0.5％、结冷胶0.008％、黄原胶0.008％、羟丙基甲基纤维素 0.02％、卡拉胶0.008％、海藻酸钠0.008％、磷酸氢二钾0.01％、白砂糖 8％、糖霜7％、糖浆8％，经混合后得到乳液；
40.(4)对所述乳液用冷凝水循环系统对正在均质的乳液进行急冷处理，然后置于4℃环境下老化12h，即得植脂奶油料液。
41.本实施例还提供上述植脂奶油的3d打印方法，包括：对所述植脂奶油料液慢速搅打30s，然后快速搅打3min，将制备植脂奶油装入3d 打印料仓，喷嘴直径0.8mm，打印速度60mm/s。
42.结果表明，该植脂奶油粘度与可塑性合适，具有3d打印过程中“挤出-成形”所需的流动性、硬挺性(可塑性)，3d打印效果非常好。
43.实施例2
44.本实施例提供一种用于3d打印的植脂奶油的制备方法，包括如下步骤：
45.(1)将大豆分离蛋白溶液进行水合处理，之后进行热交联和酶交联，得到蛋白凝胶；所述酶交联所使用的酶为谷氨酰胺转氨酶；添加量为0.02％；
46.(2)将蛋白凝胶在10000rpm下进行剪切和500bar下进行均质，得到大豆分离蛋白微凝胶颗粒；
47.(3)将大豆分离蛋白微凝胶颗粒0.5％、棕榈油23％、单双脂肪酸甘油酯1％、蔗糖脂肪酸酯0.5％、丙二醇脂肪酸酯1％、聚脂肪酸甘油酯0.5％、结冷胶0.008％、黄原胶0.008％、羟丙基甲基纤维素0.02％、卡拉胶0.008％、海藻酸钠0.008％、磷酸氢二钾0.01％、白砂糖8％、糖霜7％、糖浆8％，经混合后得到乳液；
48.(4)对所述乳液用冷凝水循环系统对正在均质的乳液进行急冷处理，然后置于4℃环境下老化12h，即得植脂奶油料液。
49.本实施例还提供上述植脂奶油的3d打印方法，包括：对所述植脂奶油料液慢速搅打30s，然后快速搅打3min，将制备植脂奶油装入3d 打印料仓，喷嘴直径0.8mm，打印速度60mm/s。
50.结果表明，该植脂奶油粘度与可塑性较为合适，打印效果符合要求，但略差于实施例1。
51.对比例1
52.以市售植脂奶油为例，本对比例提供植脂奶油的3d打印方法，与实施例1的3d打印参数相同，但搅打后的奶油过硬，从喷嘴挤出的奶油线条不流畅，打印出的图案瑕疵严重。
53.对比例2
54.以市售动物奶油为例，本对比例提供植脂奶油的3d打印方法，与实施例1的3d打印参数相同，但搅打后的奶油硬度过小、可塑性较差，打印时图案易坍塌。
55.试验例1
56.1、表1为实施例1所得植脂奶油、对比例1的市售植脂奶油、对比例2的市售动物奶油三种奶油的营养成分表。
57.表1三种奶油的营养成分表
[0058][0059]
由表1可以看出，与对比例1与对比例2相比，实施例1的植脂奶油不含反式脂肪酸、饱和脂肪含量较低且不饱和脂肪酸含量较高，该植脂奶油具有较高的营养价值。
[0060]
2、图1为实施例1、对比例1以及对比例2所述奶油的表观粘度。
[0061]
由图1可以看出，三种样品均具有典型的剪切变稀特性，即呈现随剪切速率增大，表观粘度呈现下降趋势，经搅打，表观粘度呈现急剧增加趋势。
[0062]
实施例1的植脂奶油从0.55pa
·
s增加至11.21pa
·
s(剪切速率为4.97 1/s)；
[0063]
对比例1的市售植脂奶油从1.22pa
·
s增加至21.28pa
·
s(剪切速率为 4.97 1/s)；
[0064]
对比例2的市售动物奶油从0.18pa
·
s增加至27.25pa
·
s(剪切速率为 4.97 1/s)。
[0065]
可见，实施例1所得奶油的表观粘度低于市售植脂奶油和动物奶油，奶油的稠度系数适中，流动性适宜，说明其具有更宽的3d打印速度范围，同时其用于3d打印过程中更易实现造型的变换。图2为实施例1所得植脂奶油的实际打印效果图。
[0066]
此外，本发明还进一步提供了以下对比例，通过其试验结果进一步证明了本发明所采取的技术效果。
[0067]
对比例3
[0068]
本对比例提供植脂奶油的制备方法，与实施例1的区别在于原辅料种类与含量的条件不匹配；
[0069]
该植脂奶油由如下重量份的组分制得：
[0070]
大豆分离蛋白微凝胶颗粒0.5％、棕榈油分提物20％、单双脂肪酸甘油酯0.5％、丙二醇脂肪酸酯1％、聚脂肪酸甘油酯1％，其它与实施例1保持一致。
[0071]
结果如图3显示：该植脂奶油的表观粘度较低、可塑性较差，3d打印后植脂奶油容易塌陷，难以保持造型。
[0072]
对比例4
[0073]
以cn111296586a中实施例4所公开的植脂奶油作为原料，采用实施例1所述方法进行3d打印。
[0074]
该植脂奶油由如下重量份的组分组成：大豆分离蛋白微凝胶颗粒0.8％，油相(棕榈油：椰子油＝5:5)35％，单双脂肪酸甘油酯1％，卵磷脂1％，酪蛋白酸钠0.5％，蔗糖脂肪酸酯0.5％，吐温80 0.5％，黄原胶0.025％，卡拉胶0.025％，白砂糖12％。
[0075]
结果如图4显示：该奶油裱花时可塑性较好，但是表观粘度较高，3d打印出来的喷头线条不够流畅，线条表面较为粗糙，打印后成型较差。
[0076]
通过上述各对比例的3d打印结果与实施例1比较可知，本发明所述的植脂奶油兼具优异流变性和可塑性、营养健康的优点；将其用于3d打印，成型效果更好且持久。
[0077]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。