一种通过添加功能性糖改善高纤维面团体系成型及3D精确打印性能的方法

摘要

一种通过添加功能性糖改善高纤维面团体系成型及3D精确打印性能的方法，属于果蔬食品加工技术领域。本发明主要包括熟化面粉的制备、芦笋老茎打浆、浓缩、黄油打发、加功能性糖类混合物料，3D打印等步骤，首先将烤制后的熟化面粉与用芦笋老茎制成的浓缩芦笋浆、黄油和功能性糖类混匀，然后用3D打印机进行打印。本发明提供的3D打印材料，主要成分为碳水化合物，同时含有丰富的膳食纤维，可以作为基础性食物，为人们提供能量。同时通过调节不同的打印参数，如喷头直径，打印距离和打印温度，可使打印物体的精确度大大提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过添加功能性糖改善高纤维面团体系成型及3D精确打印性能的方法，属于果蔬食品加工技术领域。

背景技术

3D打印技术，又称增材制造技术、快速成型技术，是通过计算机建模，以连续的物理层叠形式来实现生产三维结构物体的技术。3D打印和普通打印机的工作原理相似，但3D打印材料可以是金属、陶瓷、塑料、砂等不同的打印材料。通过事先编制好的计算机切片程序，控制打印机打印成各种三维物体。3D打印技术属于全自动的智能技术，可以满足人类个性化的需求，节约时间和劳力成本。

3D打印用于食品领域的研究还较少。将3D打印用于食品领域可以很好的满足人们对个性化食物的需求，可以根据目标人群制作不同营养成分的食物，可以扩大食材的范围，促进食品工业的发展。

调理重组食品是将不同种类的食品材料按照特定的配方混合均匀后，经过一定步骤的前处理和加工，然后进行储存、运输和销售的包装食品。将3D打印技术应用于重组类食品的个性化定制生产方面，可以很好地满足人们的个性化、娱乐化饮食需求，提高人们的饮食品质。

魏宏辉等（2015）发明了一种可食用的3D打印材料及其制备方法（公开号：CN 104938562 A），其原料包括主料和辅料，主料包括淀粉40%~60%，水12.5%~13.5%，游离糖4%~6%等，辅料包括甲基纤维素酶，矿物质和环状寡聚糖等。此3D打印材料可以食用，主要成分为碳水化合物，是人们补充能量的基础性食物，但该发明只是讲了3D打印材料的制备，但没有具体讲到打印参数对打印性能和精度的影响。而本发明在确定最优的打印材料之后，也具体确定了最优的打印参数，提高了打印的精确性。

魏宏辉等（2015）发明了一种易于存放的3D打印糖果原料及其制法（公开号：CN 104920755 A），其各原料的重量百分比分别为葡萄糖20%~85%，纤维素0.5%~5%，木糖醇6%~10%，麦芽糊精3%~15%以及其他各种辅料。此配方可采用3D打印的方式制作糖果，实现糖果的创意制作，满足人们的个性化定制需求。该发明主要打印的对象为糖果，而本发明研究的则是添加功能性糖的高纤维面团体系的打印性能的研究。

宣鑫龙等（2015）发明了一种3D打印用纯可可脂型巧克力的方法（公开号：CN 104996691 A），发明者将可可液块、白砂糖、可可脂、脱脂乳粉和乳化剂等原料经过预处理、精炼、灌装和调温等工序，将制成的浆料用3D打印机打印成型。本发明的巧克力不易发花、发白，并可减少不必要的浪费，节约成本。该发明主要研究的是巧克力的打印，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。

李恒等（2014）发明了一种3D甜品打印加工装置及相应的加工方法（公开号：CN 103734216 A），首先根据甜品的目标图像经过建模形成数据文件，然后采用切片软件切片后利用打印机将原料打印成型，随后进行烘烤以制得成品。该发明可巧妙地将3D打印技术和个性化的食品制作结合起来，可以制造出结构精巧、外形美观、精确度高的甜品，能够满足特定人群及地点的需求；而且加工方法操作简单，可在三维方向连续地裱上奶油，有很好的实用性。该发明主要讲到了一种打印装置和加工方法，而本发明则同时研究了不同材料配方和打印参数对打印精确度的影响，两者之间存在着明显的不同。

黄海瑚等（2015）发明了一种植脂奶油3D打印方法（公开号：CN 104687222 A），为了更好的实现植脂奶油的固定成型，发明者在传统的打印机上安装了一个冷却系统。同时采用超声波处理可以将植脂奶油分子粉碎细化，防止因植脂奶油混合不均匀而造成的喷桶堵塞现象，从而提高3D打印系统的打印效果。该发明的研究体系为植物奶油，而本发明的打印对象则为高纤维面团。

魏宏辉等（2015）发明了一种可用于3D打印的糖果浆料及其制备方法（公开号：CN 104938739 A），其各原料的重量百分比分别为葡萄糖50%~85%，纤维素0.5%~5%，木糖醇6%~10%，麦芽糊精3%~15%以及其他各种辅料。浆料中含有纤维素，可以提高糖果贮存的耐热稳定性并起到稳定糖果浆料粘度的作用。少量的木糖醇可以增加糖果浆料的流动性，在进行打印时可顺利出料。该发明只是讲了打印材料而没有具体讲到打印参数对打印性能和精度的影响，而本发明在确定最优的打印材料之后，也具体确定了最优的打印参数，提高了打印的精确性。

赵婉艺等（2014）发明了一种多口味夹心食品的3D打印生产方法（公开号：CN 104365954 A），该发明借助于3D打印技术来生产一种具有多口味空间夹心结构的食品。在打印过程中，不同的食品基材和夹心材料分别装在不同的打印头中，并且可以根据设计的需求打印出不同的空间形状和数量，同时夹心材料可以完全被包覆在基材内。该发明改变了传统夹心食品夹心单一的缺点，可以满足人们多样化的个性需求。该发明讲了多喷头打印条件下的打印性能，这不同于本发明研究的单喷头打印条件下的打印性能。

发明内容

本发明的目的是开发一种添加功能性糖改善高纤维面团体系成型及3D精确打印性能的方法，主要目的有四个；一是事先将面粉进行烤制熟化，同时调整配方中不同的配方组成，从而来实现更好的3D打印效果，可以较大程度的降低后续的加工强度，以最大程度的保持打印产品的空间结构；二是借助于添加芦笋老茎的浓缩芦笋浆，来研究面团体系在高纤维含量下的打印性能，为以后的高纤维面团体系的打印提供一定的参考；三是通过添加不同种类的功能性糖类来赋予打印面团不同的功能特点；四是借助于面团体系来研究不同喷头直径、打印距离以及打印温度对打印性能的影响，为其他研究者实现精确打印提供一定的参考。

本发明的技术方案，一种通过添加功能性糖改善高纤维面团体系成型及3D精确打印性能的方法，首先将烤制后的熟化面粉与用芦笋老茎制成的浓缩芦笋浆、黄油和功能性糖类（海藻糖、高麦芽糖）混匀后用3D打印机进行打印。其主要配方为熟化面粉100g，80-120g的浓缩芦笋浆，10-30g的黄油以及10-30g的功能性糖类（如海藻糖、高麦芽糖）。为了得到精确打印的效果，打印喷头的直径、喷头和打印平台的距离（打印距离）以及打印温度和打印精确度的关系很大。通过试验确定在喷头直径为1.5 mm，打印距离为1.8-3.5mm，打印温度为25-35℃时所打印的物体的精确度能够达到95%以上，且在打印后30min内不塌陷。

本发明提供的3D打印材料，主要成分为碳水化合物，同时含有丰富的膳食纤维，可以作为基础性食物，为人们提供能量。同时通过调节不同的打印参数，如喷头直径，打印距离和打印温度，可使打印物体的精确度大大提高。

具体步骤如下：

（1）熟化面粉：将面粉事先在210℃的烤箱中烤制20~30min，得到熟化面粉；以使淀粉糊化，提高淀粉的消化性，并产生一定程度的焦香味。

（2）芦笋老茎打浆：将芦笋老茎清洗干净后切分成3~5mm的小段，放入95~100℃的热水中漂烫3~5min，钝化芦笋中的酶，取出后用冷水冷却至室温。将漂烫处理后的芦笋段放入打浆机中进行打浆处理，打浆应间歇搅打，防止打浆温度过高破坏芦笋中的营养物质，应打浆30s，间歇30s，至浆体细腻光滑为止。

（3）浓缩：将打浆好的芦笋浆放在专门的容器中用真空微波［真空度0.098MPa，微波频率2450MHz，功率100-3000W线性连续可调的真空微波设备］进行浓缩至水分含量在80%~85%之间。浓缩后芦笋浆放在4℃的冰箱中冷藏备用。

（4）黄油打发：将黄油切成棱长为1cm左右的方块，放在室温下进行充分软化，然后将其进行充分的打发，直至体系蓬松，包裹有较多的空气。

（5）混合物料：以100g的熟化面粉为基准，加入80~120g的浓缩芦笋浆，打发所得10~30g的黄油以及10~30g的功能性糖类，然后将其混合成均一的浆体。

（6）喷头直径的确定：喷头直径的大小和打印的精确性密切相关，一般情况下喷头直径越大，打印物体的表面越粗糙，精确度越差。喷头的直径越小，打印物体的精确度越高，但过小的喷头直径容易导致断条，出料困难。因此试验中研究了喷头直径在0.8 mm、1.5 mm、2.0mm的条件下打印物体的成型特点。

（7）打印距离的确定：打印过程中，喷头和打印平台间的距离同样对打印物体的精确度有密切关系。当打印距离过高时，挤出的物料条不能够完全的和已出物料层紧密结合，而且会导致一定的拖拽效应，从而使打印物体的精确度较差，成型困难。当打印距离过低时会产生一定的挤压效应，使打印精度大大降低。因此，在喷头直径为1.5mm下研究不同打印距离对打印物体精度的影响，确定打印距离在1.8~3.5mm时打印精度能达到95%以上。

（8）打印温度：打印温度的高低会直接影响物料的黏度和状态，对打印性能也有一定程度的影响。对本物料而言，当打印温度过高时，物料在出料前夕会发生一定程度的熟化，水分含量降低，致使物料的粘度大大降低，导致断条现象严重，成型困难。经过试验确定，适合的打印温度为25-35℃。

所述功能性糖类为海藻糖或高麦芽糖中的一种。

本发明的有益效果：本发明研究了添加不同功能性糖来调节面团体系的黏度和流变特性，从而更好的实现精确打印，同时赋予打印物料一定的功能性作用；通过事先将面粉进行烤制熟化，以提高面粉的可消化性，可以很好的避免后续的高强度的焙烤等加工方式，从而可以很好的避免打印物料空间三维结构的破坏；本发明还通过变化不同的打印参数，如喷头直径、打印距离、打印温度，来研究打印参数和工艺对精确性打印的影响，为更好的实现精确打印提供依据。

具体实施方式

实施例1：添加海藻糖的高纤维面团体系的精确化3D打印

首先将面粉在210℃的烤箱中进行烤制20~30min，以提高面粉的消化性。同时将不能再作为鲜食蔬菜食用的芦笋老茎经过清洗、漂烫、打浆等处理后在微波真空干燥腔体【真空度0.098MPa,微波频率2450MHz，功率100-3000W线性连续可调】中进行浓缩至水分含量在80%~85%左右，放于冰箱中冷藏备用。将黄油切成小块，软化后打发至蓬松。然后以100g的熟化面粉为基准，添加100g的浓缩芦笋浆，20g的黄油以及30g的海藻糖，将其混合均匀，制成均一的浆体，采用喷嘴直径为1.5mm的喷头，打印距离为2.0-3.0mm，打印温度为25℃。

在此配方和工艺条件下，物料不容易发生断条，连续出料较容易，可使打印物体的精确度在95%以上，且在30min内结构不会发生塌陷。

实施例2：添加高麦芽糖的高纤维面团体系的精确化3D打印

首先将面粉在210℃的烤箱中进行烤制20~30min，以提高面粉的消化性。同时将不能再作为鲜食蔬菜食用的芦笋老茎经过清洗、漂烫、打浆等处理后在微波真空干燥腔体【真空度0.098MPa,微波频率2450MHz，功率100-3000W线性连续可调】中进行浓缩至水分含量在80%左右，放于冰箱中冷藏备用。以100g的熟化面粉为基准，添加120g的浓缩芦笋浆，20g的黄油以及18g的高麦芽糖，将其混合均匀，制成均一的浆体，采用喷嘴直径为1.5mm的喷头，打印距离为1.8-2.5mm，打印温度为35℃。

在此配方和工艺条件下，物料不容易发生断条，连续出料较容易，可使打印物体的精确度在95%以上，且在30min内结构不会发生塌陷。