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CN111248473A - 一种猴头菇凝胶食品的4d打印方法 - Google Patents

一种猴头菇凝胶食品的4d打印方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种猴头菇凝胶食品的4D打印方法，属于菌类食品加工技术领域。本发明可以通过调节猴头菇凝胶体系的pH值和打印温度来调节体系的颜色变化，使打印出来的猴头菇产品随时间变化发生可控的颜色变化，在原有3D打印基础上增加时间维度升级为更加智能化的4D打印，应用前景更广泛。本发明所述方法的制备过程更加简便，不需要预处理，节约成本，操作性强，可直接作为生产方法使用。

Description

一种猴头菇凝胶食品的4D打印方法
技术领域
本发明涉及菌类食品加工技术领域，尤其涉及一种猴头菇凝胶食品的4D打印方法。
背景技术
3D打印技术，又称增材制造技术，区别于传统的减材制造，是通过连续的物理层叠加并逐层增加材料来实现生产三维实体的技术。待生产三维产品的模型由画图软件事先制作好。理论上3D打印可以生产出任何形状及外观的产品。此外，3D打印技术属于全自动的智能技术，节约了时间及劳力成本。而4D打印技术是指由3D技术打印出来的结构能够在外界条件刺激下(如重力、磁力、光照、PH或温度)发生形状、结构或颜色的改变。
调理重组食品是两种或两种以上的食品材料按照特定的配方混合后，经前处理及配制加工后，采用速冻技术，并在冻结状态下(产品中心温度在-18℃以下)储存、运输和销售的包装食品。传统的调理重组食品因为加工技术的限制，外型不够好，口感也有待改善。目前，3D打印技术和4D打印技术主要应用于塑料或其他高分子材料的工业项目，但是鉴于3D打印技术和4D打印技术在定制化生产方面的优势，将3D打印技术和4D打印技术应用于调理重组食品加工技术上，或许可以发展出解决这一问题的良好措施。
猴头菇凝胶是以猴头菇为主原料发展出来的改善原有口感的一种调理重组食品。猴头菇作为典型的药食两用真菌，富含多种人体必需的优质蛋白质、功能性多糖及维生素，具有明显的功能性营养作用，深受大众喜爱。三维打印的猴头菇凝胶产品具有定制化修改的质构特性，因而此产品相比原先的猴头菇凝胶具有更好的口感，具有广阔的市场应用价值。
然而，目前的打印成型方法所打印的猴头菇凝胶食品的成型稳定性有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种猴头菇凝胶食品的4D打印方法，该方法得到的猴头菇凝胶食品稳定性高，同时产品的成型性好，且口感和外型好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种猴头菇凝胶食品的4D打印方法，包括以下步骤：
将猴头菇粉溶于水，得到初配溶液；
将所述初配溶液进行超滤，得到超滤液；
将所述超滤液进行高压微射流纳米分散处理，将所得物料依次进行纳滤和干燥后得到纳米猴头菇粉；
将所述纳米猴头菇粉、增稠剂和水混合，在超声波辅助沸水浴条件下进行均质处理，得到猴头菇凝胶；
调节所述猴头菇凝胶的pH值和温度，进行4D打印，得到不同颜色的猴头菇凝胶食品。
优选的，所述猴头菇粉与水的用量比为(1～5)g︰500mL。
优选的，所述超滤所用超滤膜的孔径截留分子量为5000～200000Da。
优选的，所述高压微射流纳米分散处理的压力为5～250MPa，流速为15～5000mL/min。
优选的，所述纳滤所用滤膜的孔径为0.1～1nm。
优选的，所述增稠剂为海藻酸钠，所述增稠剂、纳米猴头菇粉和水的质量比为(1.8～1.9):28:(69.2～70.2)。
优选的，所述超声波辅助沸水浴中，超声波的功率为300～360W，频率为35000～40000Hz；所述超声波辅助沸水浴的时间为25～30min。
优选的，所述pH值的选择范围为3～11，所述温度的选择范围为25～45℃。
优选的，进行所述4D打印时，所用打印喷头的直径为0.4mm、0.8mm或1.2mm。
优选的，完成所述4D打印后，还包括：将所得打印产品依次进行修边和快速冷冻，得到猴头菇凝胶食品。
本发明提供了一种猴头菇凝胶食品的4D打印方法，包括以下步骤：将猴头菇粉溶于水，得到初配溶液；将所述初配溶液进行超滤，得到超滤液；将所述超滤液进行高压微射流纳米分散处理，将所得物料依次进行纳滤和干燥后得到纳米猴头菇粉；将所述纳米猴头菇粉、增稠剂和水混合，在超声波辅助沸水浴条件下进行均质处理，得到猴头菇凝胶；调节所述猴头菇凝胶的pH值和温度，进行4D打印，得到不同颜色的猴头菇凝胶食品。
本发明将猴头菇粉制成纳米猴头菇粉，能够确保纳米猴头菇粉完全溶解，使得体系稳定化、颗粒细小化，从而得到均一、致密的猴头菇凝胶体系，有利于打印喷头的挤出性和连续性，进而保证猴头菇凝胶食品的成型稳定性。
本发明采用超声波辅助沸水浴制备猴头菇凝胶，超声波可以促进纳米猴头菇粉在水中的溶解，沸水浴可以稳定地使猴头菇粉完全溶解，进一步促进猴头菇凝胶体系的稳定，利于后续猴头菇凝胶食品的成型稳定性。
猴头菇本身所含酚类物质容易氧化，本发明可以通过调节猴头菇凝胶体系的pH值和打印温度来调节体系的颜色变化，使打印出来的猴头菇产品随酸性或碱性溶液的添加变化发生可控的颜色变化，加酸性溶液颜色变浅，加碱性溶液颜色变深，在原有3D打印基础上增加时间维度升级为更加智能化的4D打印，应用前景更广泛。
本发明所述食品打印技术生产出来的猴头菇凝胶食品的成型性好，且口感和外型好，为天然添加的健康型商业化冷盘产品的研制奠定了基础。
本发明所述方法的制备过程更加简便，不需要预处理，节约成本，操作性强，可直接作为生产方法使用。
附图说明
图1为本发明实施例1～3制备的猴头菇凝胶食品的照片。
具体实施方式
本发明提供了一种猴头菇凝胶食品的4D打印方法，包括以下步骤：
将猴头菇粉溶于水，得到初配溶液；
将所述初配溶液进行超滤，得到超滤液；
将所述超滤液进行高压微射流纳米分散处理，将所得物料依次进行纳滤和干燥后得到纳米猴头菇粉；
将所述纳米猴头菇粉、增稠剂和水混合，在超声波辅助沸水浴条件下进行均质处理，得到猴头菇凝胶；
调节所述猴头菇凝胶的pH值和温度，进行4D打印，得到不同颜色的猴头菇凝胶食品。
在本发明中，若无特殊说明，所需原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将猴头菇粉溶于水，得到初配溶液。在本发明中，所述猴头菇粉与水的用量比优选为(1～5)g︰500mL，更优选为(2～3)g︰500mL。在本发明中，所述猴头菇粉优选为食用级产品；所述水优选为自来水或去离子水。本发明对所述猴头菇粉的来源和规格没有特殊的限定，选用本领域熟知的市售商品即可。在本发明的实施例中，所述猴头菇粉的含水量优选为8.91％。
得到初配溶液后，本发明将所述初配溶液进行超滤，得到超滤液。在本发明中，所述超滤所用超滤膜的孔径截留分子量优选为5000～200000Da，更优选为10000～150000Da，进一步优选为50000～100000Da。本发明对所述超滤所用设备和过程没有特殊的限定，选用本领域熟知的设备和过程即可。
得到超滤液后，本发明将所述超滤液进行高压微射流纳米分散处理，将所得物料依次进行纳滤和干燥后得到纳米猴头菇粉。在本发明中，所述高压微射流纳米分散处理的压力优选为5～250MPa，更优选为50～200MPa，进一步优选为100～150MPa，流速优选为15～5000mL/min，更优选为500～3500mL/min，进一步优选为1000～2000mL/min。本发明对进行所述高压微射流纳米分散处理的装置没有特殊的限定，选用本领域熟知的装置能够满足上述条件即可。本发明采用高压微射流纳米分散处理能够提高所制备的猴头菇粉的粒度均匀性和溶解性，较好地保留猴头菇原料中的功能性营养物质。
在本发明中，所述纳滤所用滤膜的孔径优选为0.1～1nm，更优选为0.3～0.8nm，进一步优选为0.5～0.6nm。完成所述纳滤后，本发明优选收集纳滤所得处理液，进行干燥，所述干燥的方式优选为真空冷冻干燥或喷雾干燥；本发明对所述干燥的具体条件没有特殊的限定，选用本领域熟知的条件即可。在本发明中，所述纳米猴头菇粉的粒度优选为80～100目。本发明采用超滤、高压微射流纳米分散处理制备纳米猴头菇粉，所制得的纳米猴头菇粉相较于传统市售的猴头菇粉，粒度均匀性和溶解性更好，从而利于与后续的沸水混合成适合食品打印的凝胶材料；同时纳米猴头菇粉更好地保留了猴头菇原料中的功能性营养物质，提高了最终产品的营养价值。
得到纳米猴头菇粉后，本发明将所述纳米猴头菇粉、增稠剂和水混合，在超声波辅助沸水浴条件下进行均质处理，得到猴头菇凝胶。在本发明中，所述增稠剂优选为食用级增稠剂，更优选为海藻酸钠，所述水优选为去离子水(沸水)，所述增稠剂、纳米猴头菇粉和水的质量比优选为(1.8～1.9):28:(69.2～70.2)，更优选为1.85:28:70。本发明对所述混合的过程没有特殊的限定，选用本领域熟知的过程能够将原料混合均匀即可。本发明使用纳米猴头菇粉可以明显降低物料的延展性，从而降低打印后发生形变或坍塌的可能，使得维持打印形状和结构的能力变强，有效提高打印成型效果。本发明使用纳米猴头菇粉，将原先为下脚料的猴头菇柄变废为宝，其中丰富的纤维素健康营养，不添加任何人工合成色素成份，安全可靠。
完成所述混合后，本发明优选将盛装所得混合物料的容器置于超声波辅助沸水浴中，同时用均质机将所述混合物料搅拌至均一无结块的半透明半固体状态，然后将盛装混合物料的容器取出，放置于室温下冷却至25℃，得到猴头菇凝胶。在本发明中，所述超声波的功率优选为300～360W，更优选为320～350W，频率优选为35000～40000Hz，更优选为36000～38000Hz；所述超声波辅助沸水浴的时间优选为25～30min，更优选为26～28min。本发明对所述超声波辅助沸水浴和均质机的具体型号没有特殊的限定，选用本领域熟知型号的设备即可。本发明使用均质机持续搅拌样品，使得各种配料在水溶液中尽可能的溶解、融合以及样品的质地尽可能被细化，能够提高打印系统的打印效果，防止因产品中成分混合不均匀而导致打印喷头的堵塞。
得到猴头菇凝胶后，本发明调节所述猴头菇凝胶的pH值和温度，进行4D打印，得到不同颜色的猴头菇凝胶食品。在本发明中，所述pH值的选择范围优选为3～11，更优选为5～10，进一步优选为6～7。本发明优选采用质量分数为5％的NaOH溶液和5％的HCL溶液调节猴头菇凝胶体系的pH值。
在本发明中，所述温度的选择范围优选为25～45℃，更优选为30～40℃。
在本发明中，进行所述4D打印时，所用打印喷头的直径优选为0.4mm、0.8mm或1.2mm；本发明选择上述尺寸的打印喷头能够确保打印出料的成功率和连续性，同时确保产品的形状精确度和形状稳定性，可以保证得到较佳的颗粒尺寸的物料。本发明对所述打印喷头的型号没有特殊的限定，选用本领域熟知型号的打印喷头能够满足上述直径条件即可；本发明对所述4D打印的过程没有特殊的限定，按照本领域常规的方法选定打印模型进行打印即可。
完成所述4D打印后，本发明优选还包括：将所得打印产品依次进行修边和快速冷冻，得到猴头菇凝胶食品。在本发明中，所述修边优选是将所得打印产品按照目标模型的形状进行修边，包括开始和结束时喷头挤出的多余的物料线条的去除，提高产品的美观性。在本发明中，所述快速冷冻的过程优选为：将打印产品放入-65℃的超低温冰箱中快速冷冻10min中以上，从而进一步提高打印产品的形状稳定性。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将猴头菇粉(5g，含水量为8.91％)溶于去离子水(500mL)，得到初配溶液；将所述初配溶液经孔径截留分子量为5000～200000Da的超滤膜进行超滤，得到超滤液；将所述超滤液进行高压微射流纳米分散处理，其中压力为250MPa，流速为5000mL/min，再将所得物料进行纳滤(纳滤膜孔径为1nm)，收集处理液，进行真空冷冻干燥，得到纳米猴头菇粉(粒度为80目)；
将所述纳米猴头菇粉(4g，28％)、海藻酸钠(0.25g，1.8％)和去离子水(沸水)(10g，70.2％)混合于烧杯中，然后将烧杯放置在100℃的超声波辅助沸水浴中(功率为360W、频率为40000Hz)，同时用均质机将烧杯中的混合物搅拌至均一无结块的半透明半固体状态，沸水浴持续时间为30min；然后将烧杯取出，放置于室温下冷却至25℃，得到猴头菇凝胶；
选定4D打印的模型，打印喷头的直径为1.2mm，用5％的NaOH溶液和5％的HCL溶液调节猴头菇凝胶体系的pH值为3，同时调节打印温度为35℃，进行4D打印，得到猴头菇打印产品；
将所述猴头菇打印产品按照目标模型的形状进行修边，然后放入-65℃的超低温冰箱中快速冷冻10min，得到猴头菇凝胶食品。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：调节猴头菇凝胶体系的pH值为7，打印温度为35℃。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：调节猴头菇凝胶体系的pH值为11，打印温度为35℃。
图1为实施例1～3所制备的猴头菇凝胶食品图，其中从左至右分别为实施例1、实施例2和实施例3制备的猴头菇凝胶食品，且均为打印完成后20min时的猴头菇凝胶食品图。
打印后的产品随着放置的时间的延长会因发生坍塌而影响产品成型的品质。打印完成后20min为冷盘出菜的要求时间，在这期间内打印产品要保持较高的形状稳定性(与目标模型相比形状有≥95％的精确性)。在20min内发生的由重力引起的坍塌而导致的可接受误差使得产品表面与空气的表面接触面积变大，从而导致这种由温度和pH调节的氧化还原反应导致的颜色变化进一步深化，进而呈现出随时间发生的颜色变化。
由图1可知，本发明通过调整猴头菇凝胶体系的pH值和打印温度，所制备的猴头菇食品的颜色由浅棕色变为深棕色，同时通过控制pH值和温度，使得打印出来的猴头菇凝胶产品随时间变化发生可控的颜色变化。
此外，由图1可以看出，本发明打印的猴头菇凝胶食品在20min内没有发生明显的坍塌，产品的成型稳定性高。
由以上实施例可知，本发明提供了一种猴头菇凝胶食品的4D打印方法，本发明可以通过调节猴头菇凝胶体系的pH值和打印温度来调节体系的颜色变化，使打印出来的猴头菇产品随时间变化发生可控的颜色变化，在原有3D打印基础上增加时间维度升级为更加智能化的4D打印，应用前景更广泛。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种猴头菇凝胶食品的4D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
将猴头菇粉溶于水，得到初配溶液；
将所述初配溶液进行超滤，得到超滤液；
将所述超滤液进行高压微射流纳米分散处理，将所得物料依次进行纳滤和干燥后得到纳米猴头菇粉；
将所述纳米猴头菇粉、增稠剂和水混合，在超声波辅助沸水浴条件下进行均质处理，得到猴头菇凝胶；
调节所述猴头菇凝胶的pH值和温度，进行4D打印，得到不同颜色的猴头菇凝胶食品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述猴头菇粉与水的用量比为(1～5)g︰500mL。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超滤所用超滤膜的孔径截留分子量为5000～200000Da。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压微射流纳米分散处理的压力为5～250MPa，流速为15～5000mL/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳滤所用滤膜的孔径为0.1～1nm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增稠剂为海藻酸钠，所述增稠剂、纳米猴头菇粉和水的质量比为(1.8～1.9):28:(69.2～70.2)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波辅助沸水浴中，超声波的功率为300～360W，频率为35000～40000Hz；所述超声波辅助沸水浴的时间为25～30min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述pH值的选择范围为3～11，所述温度的选择范围为25～45℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述4D打印时，所用打印喷头的直径为0.4mm、0.8mm或1.2mm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，完成所述4D打印后，还包括：将所得打印产品依次进行修边和快速冷冻，得到猴头菇凝胶食品。
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