一种通过添加荠菜制备低GI马铃薯泥3D打印材料及3D打印方法

本发明属于食品加工，具体涉及一种3d打印材料及打印方法，特别是指一种通过添加荠菜制备低gi马铃薯泥3d打印材料及3d打印方法。

背景技术：

1、马铃薯鲜薯能量密度仅为77kcal/100g，远低于大米、小麦及玉米(347、339、350kcal/100g)；马铃薯蛋白质含量一般为1.6％至2.1％，可与鸡蛋媲美。与大米、小麦等相比，脂肪含量低是马铃薯与其代谷物的最大区别。同时它具有低钠高钾的营养特点，可弥补膳食结构中钠/钾比值高的缺点，优化居民膳食结构，从而达到预防高血压的效果。除此之外，马铃薯的膳食纤维和抗性淀粉含量高，还具有控制血糖、促进胃肠蠕动、预防便秘及抗癌等作用。徐海泉等发现经常食用马铃薯可以起到降低血清总胆固醇和升高高密度脂蛋白含量的功效。

2、jarvi和li等发现对2型糖尿病患者进行低gi饮食干预4周后，患者餐后血糖及胰岛素水平都显著降低，张秀坤等实验发现gi值与胰岛素抵抗呈正相关，brand-miller发现低gi饮食对胰岛素需求相对较少，可以改善糖尿病患者的身体情况，控制患者血糖和血脂。目前向食品中添加膳食纤维、抗性淀粉和环状糊精是降低食品gi值较为普遍的方法。

3、荠菜不仅美味，还营养丰富，具有很高的保健功效，近年来，刘思妤等发现荠菜提取物cbp对2型糖尿病造成的血管损伤也有抑制作用。荠菜中含有的黄酮类物质具有清除自由基、抗脂质过氧化、抗病毒、防衰老和抗癌的作用。荠菜多糖含量丰富，可以增强人体免疫力，同时，它含有的维生素c可以促进铁元素的吸收，延缓衰老和预防癌症。荠菜丰富的营养成分使其具有制成航天食品的前景，空间飞行最大的危害之一便是空间辐射，而荠菜中的黄酮类物质便能预防或改善辐射造成的伤害。荠菜含有大量膳食纤维，将其粉碎成粉加入马铃薯泥中制备成3d打印材料不仅可以制备低gi食品，同时也易于食用者吞咽和消化。

4、3d打印是具有一系列新兴应用的增材制造技术，在工程、航天航空、医学、包装和食品等领域应用广泛。通过计算机建模后，食品3d打印机可挤出原料，经过逐层打印堆积成型。食品3d打印可打印出具有特殊外观的食品，亦可以实现营养的个性化定制，针对特定群体如航天员、老人、孕妇和儿童等，制作出含有特定营养的食物。3d打印食品易受食品原料种类、流变特性及其凝胶特性的影响，同时打印成品的精度与准确性也受到喷嘴尺寸、填充图案、填充密度、打印速度等印刷参数的影响。

5、周泉城等(2017)发明了一种基于薯类淀粉的3d打印材料的制备方法(公开号：cn106666800 a)，各组分的重量百分比为：薯类淀粉23～61％，黄油4～12％，蛋白0.5～8％，水26.4～65％。江昊等(2018)发明了一种基于马铃薯淀粉的3d打印食品材料及其制备方法(公开号：cn 108208768 b)，原料以质量百分比计包括：马铃薯淀粉25～30％，蛋白质5～8％，水50～60％，黄油5～7％，多糖3～5％，无机盐0.3～0.5％。这两种3d打印材料适合于食品的各种后续加工，主要原料为薯类淀粉，本发明则是在马铃薯泥中添加了荠菜粉，富含膳食纤维，降低了3d打印材料的gi值，更为健康。

6、纵伟等(2022)发明了一种火龙果膳食纤维3d打印粉的制备方法(cn 114304553a)，该法将火龙果皮经过干燥后粉碎后和海藻酸钠、淀粉、大豆蛋白混合，加水调节水分，然后经双螺杆挤压，挤压后干燥，粉碎，然后加水制备为混合液，混合液采用超高压微射流处理后，真空浓缩、冷冻干燥得到火龙果膳食纤维3d打印粉。该法制备的3d打印粉，主要成分为火龙果膳食纤维，打印后的产品具有较好的成型性，这与本发明主要研究的以碳水化合物为基料的打印材料存在着明显的不同。

7、王福丽等(2017)发明了一种低gi值马铃薯粉的制作方法(cn 106562317 a)，包括灭菌防霉处理、真空干燥处理、培养处理、闪蒸处理四个处理工艺，通过本发明方法制得的马铃薯粉gi值含量低于28，充分保持马铃薯原有风味和口感，而本发明不仅制作出低gi荠菜马铃薯泥，还通过3d打印将3d打印材料用于生产食品。

8、杨庆余等(2020)发明了一种低gi马铃薯面包及其制作方法(cn 112106804 a)，包括以下组分：马铃薯泥干基50％～70％，高筋粉30％～50％；以高筋粉与马铃薯泥干基总质量100％为基准，鸡蛋1％～10％、奶粉2％～10％、木糖醇5％～15％、乳化膨松剂5％～20％、谷朊粉3％～8％、酵母1％～5％、盐1％～2％、结冷胶0.1％～2.0％、改良剂1～5％。该发明制得的低gi马铃薯面包适合各类人群食用，尤其适用于糖尿病患者及减肥人群。而本发明不仅适合各类人群食用，拓宽了食品3d打印的应用范围，原料更为简单健康，同时本发明制成的3d打印材料可经后续加工成饼干、面包、果蔬泥等食品。

9、现有技术中关于3d打印马铃薯泥食品的技术鲜少，因此研发人员有必要研究更多种类的3d打印食品材料从而拓宽3d打印技术在食品制作领域的应用。

技术实现思路

1、为改善食品3d打印材料的功能作用，本发明提出一种通过添加荠菜制备低gi马铃薯泥3d打印材料及3d打印方法，其在马铃薯泥中添加一定量的亲水胶体，以改善马铃薯泥的流变特性和凝胶特性等；添加的荠菜粉增加了马铃薯泥的营养价值的同时降低了其gi值，更适宜糖尿病患者食用；添加的gi值较低的糖类既赋予了产品甜味又降低了gi值，使之更加健康。再通过3d打印技术制备低gi荠菜马铃薯泥食品，可实现薯泥食品种类的多元化、个性化以及自动化制作，在降低生产成本的同时也使得低gi薯泥食品的制作过程更加简便且人为地控制食品中营养元素的种类。

2、本发明的技术方案：

3、一种通过添加荠菜制备低gi马铃薯泥3d打印材料及3d打印方法，步骤如下：

4、(1)马铃薯前处理：马铃薯洗净后去皮，切成5mm薄片后蒸煮20～25min，加水打浆后再用胶体磨研磨处理直至马铃薯泥细腻发亮，得到马铃薯糊。

5、(2)混合原料制备：将(1)处理得到的马铃薯糊、荠菜粉、糖、柠檬酸、亲水胶体按比例混合，搅拌均匀得到混合原料并水浴加热。

6、添加荠菜粉可增加产品营养价值，荠菜中的黄酮类以及多糖类物质使产品更迎合了保健人群。添加的糖不易造成血糖和胰岛素升高，同时也不易引起龋齿，即使是高血糖人群也能食用。添加食品胶体不仅可以改变物料的粘弹性，同时也赋予了物料一定的机械强度，使之在后续的食品3d打印中既更易成型又能维持其复杂的结构。

7、(3)冷却：将水浴加热后的混合原料放入4℃冰箱冷却3.5～4.5h形成凝胶后得到添加荠菜的低gi马铃薯泥3d打印材料。

8、(4)3d打印：将打印材料加入到打印机喷头的挤出筒中，开启打印机，打印机根据预设的模型分层信息将打印材料挤出于工作平台上，从而堆叠出3d打印食品。一般情况下，打印喷头直径越粗，出料越容易，但打印精度较差，而打印喷头直径越细，精度越高，但不易出料，本发明取适中的喷头直径，既能保证出料速度又能实现精确打印。打印温度与原料本身息息相关，为不破坏打印物料中的总黄酮等物质，温度选择25～35℃以保证物料挤出的连续性。喷嘴移动速度也会影响打印产品成型效果，喷嘴移动速度过快过慢都会导致表观粘度增加、精度降低，因此选择15～30mm/s。

9、所述方案中，马铃薯蒸煮后用齿轮榨汁机将其与水1∶1(w/w)混合打浆5min制成马铃薯浆，再放入胶体磨中研磨匀浆处理至细腻发亮得到马铃薯糊，转速约为7000r/min，研磨直至用粒度仪测其粒度直径在500～800nm之间，防止其因粒径过大堵塞喷头影响打印效果。

10、所述方案中，荠菜粉由新鲜荠菜洗净沥干，在频率45khz，功率400w，温度25℃下超声10min，然后在6w/g微波功率下微波8～10min至湿基含水率低于5％为止，高速粉碎过80目筛所制得。

11、所述方案中，亲水胶体为瓜尔豆胶、刺槐豆胶、黄原胶、卡拉胶或者果胶中的一种或多种。

12、所述方案中，糖为菊粉、异麦芽酮糖、赤藓糖醇或异麦芽酮糖醇中的一种或多种。

13、所述方案中，搅拌时间为2～5min，水浴温度为80～90℃，水浴时间为20～30min，冷却时间为3.5～4.5h。

14、所述方案中，以重量份数计，马铃薯糊为50～60份、荠菜粉为10～25份、糖为0.5～3份、柠檬酸为0.05～0.3份、亲水胶体为0.5～3.2份。

15、所述方案中，3d打印参数为喷头直径0.6～1.5mm，打印温度25～35℃，移动速度15～30mm/s，填充率为50～100％。