一种基于3D打印技术的营养饼干软材料配方及其制作方法
技术领域
本发明涉及3D食品加工打印技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的营养饼干软材料配方及其制作方法。
背景技术
3D打印按照增材制造、逐层打印、堆叠成型方式生产产品，代替传统制造业的繁琐工序，受到国内外研究人员的广泛关注。3D食品打印技术利用“分层制造、逐层叠加”的制备原理，具有简单、方便、灵活等特点。2016年开始3D 打印技术在食品领域中被广泛的应用。3D食品打印技术集成3D打印和数字烹饪技术，为食品制造带来了革命性的变革，使其具有定制的形状、颜色，味道，质地，同时可以根据个性化的需求，有针对性的打印营养食品。3D打印技术是一项根据设计的模型，利用3D打印设备，采用“逐层叠加”技术制造三维立体食品的一种新型技术。与传统饼干制作技术相比3D食品打印无需机械加工或模具，直接从电脑的图形数据中生成食物形状，缩短的食品研制的周期，降低生产成本。3D食品打印技术可丰富食品样式，改善食品品质，满足特殊消费群体，如老年人、儿童和运动员等需求，减少加工过程中对环境的污染，可个性化制作多种形状的食物，实现营养均衡。
本发明3D打印软材的原料以藜麦、稳定化米糠、紫苏油作为3D打印饼干的主要材料。藜麦被称为“超级谷物”，是FAO确认的唯一一种满足人体需求的单体植物，几乎含有全部天然氨基酸，特别是富含人体必需的8种氨基酸和婴幼儿必需的组氨酸，且营养比例平衡，易于人体吸收。紫苏油具有降低血脂、减少心脑血管疾病、促进发育、增强智力、提高记忆力、调节免疫、延缓衰老等优点，现已广泛应用于医药和食品等领域。米糠是稻谷加工中的主要副产品，含有较高的膳食纤维，较多研究证实米糠膳食纤维具有抑制血清胆固醇上升、抑制大肠癌等作用。
然而，3D打印食品软材面临原料、营养性差，打印性能不佳等缺点。目前，尚未有一种适合3D打印的藜麦产品被开发利用，本发明以藜麦为基料，结合微波技术及挤压蒸煮技术，制备一种具有良好机械强度、感官品质及营养特性优良的软材，对于推动食品3D打印技术的发展具有重大意义。
发明专利(申请公布号：CN107319257A，申请公布日：2017.11.07)报道了题为一种即食食品3D打印方法，其所述的打印方法制得的3D打印的软材具有成型好、造型逼真、层叠界层不明显等特点，满足3D打印要求的打印材料，但缺乏后续应用还未增确认；发明专利(申请公布号：CN106666800A，申请公布日：2017.05.17)报道了题为基于薯类淀粉的3D打印材料的制备方法，利用该技术制作的软材在打印过程中不会粘附在打印机喷头内，但该发明制备的食品软材营养组成单一、营养性和适用性不佳；发明专利(申请公布号：CN108208768A，申请公布日：2018.06.29)报道了题为一种基于马铃薯淀粉的 3D打印食品材料及其制备方法，该3D打印食品软材打印的产品具有较好的弹性和光滑表面，但打印性能不佳、目的性不强、方便性不好。
发明内容
鉴于上述技术存在的问题，本发明优化了传统打印材料的配方组成，同时采用微波技术对食品原料进行预处理，改善打印软材料稳定性差、精度低、挤出成型困难等系列难题，丰富了3D食品打印原料的种类。混合物料通过挤压蒸煮技术缩短了后期的焙烤加工的时间，强化了混合物料的粘结性和乳化性，有利于3D打印软材料的成型性能和稳定性，可实现营养丰富、个性化造型定制的 3D打印食品，符合现代科学技术发展与人们高质量的生活需求。
本发明提供了一种基于3D打印技术的营养饼干软材料，解决了现有食品打印材料流变特性、热力学性能、挤压硬度和弹性模量不足的等缺陷，丰富了3D 打印食品的材料的种类。具体方案为：
一种基于3D打印技术的营养饼干软材料，3D打印软材料包括：按重量份数计，藜麦全粉20-30份，低筋小麦粉10-20份，半脱脂奶粉10-20份，稳定化米糠粉10-20份，瓜尔豆胶0.5-1份，明胶0.5-1份，聚甘油蓖麻醇酯0.1-0.5份，紫苏油10-15份，海藻酸钠1-3份，甲基纤维素1-3份，白砂糖5-10份，食盐 1-10份，复合钙盐1-3份，水150-200份。
本发明还提供了一种基于3D打印技术的营养饼干软材料的制作方法，具体包括如下步骤：
(1)藜麦预处理：藜麦经筛选、清洗后进行微波处理，处理后的藜麦经干燥、粉碎后获得藜麦全粉；
(2)预混：将得到的藜麦全粉与稳定化米糠粉、低筋小麦粉、半脱脂奶粉、瓜尔豆胶、聚甘油蓖麻醇酯、海藻酸钠以及甲基纤维素按重量份数混合均匀备用；
(3)挤压膨化：混匀后的粉料经喂料器加入到双螺杆挤压机中，控制物料水分含量为25-40％，挤出物经干燥后粉碎；
(4)均质：将明胶、紫苏油、食盐、白砂糖、复合钙盐利用均质机形成稳定溶液，与挤出物搅拌均匀，获得适合3D打印的营养饼干软材料；
(5)3D打印：启动3D打印设备，根据电脑软件的信息，挤出成型材料，经适度焙烤即可得到3D软材料制作的饼干。
进一步地，所述步骤(1)中藜麦在微波炉进行微波处理，其微波功率为微波频率2450MHz、微波功率17-82/kw，微波时间为1-8min，微波预处理后的藜麦经干燥粉碎后过80-200目筛。
进一步地，所述步骤(2)中按重量份数计，藜麦全粉20-30份，低筋小麦粉10-20份，半脱脂奶粉10-20份，稳定化米糠粉10-20份，瓜尔豆胶0.5-1份，聚甘油蓖麻醇酯0.1-0.5份，海藻酸钠1-3份，甲基纤维素1-3份。
进一步地，所述步骤(3)中将预混后的物料经喂料器送入至双螺杆挤压机中，双螺杆挤压机各段温度分别为:Ⅰ区30-40℃，Ⅱ区40-50℃，Ⅲ区50-60℃，Ⅳ区60-70℃，螺杆转速100-300rpm，喂料速度10-40kg/h，调节混合粉料的水分在20-45％之间。
进一步地，所述步骤(4)中所将明胶0.5-1份，紫苏油10-15份，白砂糖 5-10份，食盐1-10份，复合钙盐1-3份，水150-200份。均质形成稳定胶状态溶液，与步骤3中的挤出物搅拌均匀，获得适合3D打印的营养饼干的软材料，其中所用的成型剂选用可食用氯化钙和乳酸钙复合钙盐，其中氯化钙与乳酸钙的比例为1:1-5:1。
本发明的有益效果：
本方法所制得的3D打印软材选取藜麦，稳定化米糠粉等为原料，含有丰富的营养元素及膳食纤维，弥补了传统打印材料营养性差的缺陷，丰富了食品打印材料的种类，提升了打印成品的营养特性。采用挤压膨化技术进行预处理，加强混合物料的粘结性和乳化性，利于3D打印材料的成型性能稳定，改善3D 打印软材的结构，既有助于提高原料消化吸收特性，还可以保持材料成型后的形状稳定性，节时省耗，缩短后期加工时间，极大程度改善人们的饮食健康，可实现特殊人群的营养餐供应，具有较好的市场前景。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的一种基于营养复合饼干的3D打印软材制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将参考附图来详细描述本发明的具体实施方式。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的工艺流程请参阅图1，本发明实施例包括：
实施例1
将藜麦挑选清洗后，于微波频率2450MHz、微波功率20kw，微波时间5min 下进行处理，将处理后的藜麦晾干粉碎后获得藜麦全粉。称取预处理后的藜麦全粉200g，低筋小麦粉100g、稳定化米糠粉100g、半脱脂奶粉100g、瓜尔豆胶5g，聚甘油蓖麻醇酯1g，海藻酸钠10g、甲基纤维素10g混合均匀，经喂料器加入到双螺杆挤压机中，控制水分含量为25％，设定双螺杆挤压机各段腔体的工作温度：Ⅰ区温度为30℃，Ⅱ区温度为40℃，Ⅲ区温度为50℃，Ⅳ区温度为60℃，螺杆转速为100rpm，喂料速度20kg/h。挤压后的物料与100g 紫苏油，5g明胶，50g白砂糖，10g食盐，10g复合钙盐形成的稳定溶液混合均匀，得到适合3D打印的食品软材料，注入3D食品打印机进料筒中进行打印体。
实施例2
将藜麦挑选清洗后，于微波频率2450MHz、微波功率40kw，微波时间3min 下进行处理，将处理后的藜麦晾干粉碎后获得藜麦全粉。称取预处理后的藜麦全粉250g，低筋小麦粉150g、稳定化米糠粉150g、半脱脂奶粉150g、瓜尔豆胶7g，聚甘油蓖麻醇酯3g，海藻酸钠20g、甲基纤维素20g混合均匀，经喂料器加入到双螺杆挤压机中，控制水分含量为35％，设定双螺杆挤压机各段腔体的工作温度：Ⅰ区温度为35℃，Ⅱ区温度为45℃，Ⅲ区温度为55℃，Ⅳ区温度为65℃，螺杆转速为200rpm，喂料速度30kg/h。挤压后的物料与130g 紫苏油，7g明胶，70g白砂糖，50g食盐，20g复合钙盐形成的稳定溶液混合均匀，得到适合3D打印的食品软材料，注入3D食品打印机进料筒中进行打印体。
实施例3
藜麦挑选清洗后，于微波频率2450MHz、微波功率60kw，微波时间2min 下进行处理，将处理后的藜麦晾干粉碎后获得藜麦全粉。称取预处理后的藜麦全粉300g，低筋小麦粉200g、稳定化米糠粉200g、半脱脂奶粉200g、瓜尔豆胶10g，聚甘油蓖麻醇酯5g，海藻酸钠30g、甲基纤维素30g混合均匀，经喂料器加入到双螺杆挤压机中，控制水分含量为40％，设定双螺杆挤压机各段腔体的工作温度：Ⅰ区温度为40℃，Ⅱ区温度为50℃，Ⅲ区温度为60℃，Ⅳ区温度为70℃，螺杆转速为300rpm，喂料速度40kg/h。挤压后的物料与150g 紫苏油，10g明胶，100g白砂糖，100g食盐，30g复合钙盐形成的稳定溶液混合均匀，得到适合3D打印的食品软材料，注入3D食品打印机进料筒中进行打印体。
按照本发明制备的一种基于3D打印技术的营养饼干软材料性能参数如表1 所示：
表1 3D打印技术的营养饼干软材料的性能参数
用于3D打印的材料不仅应具有合适的保持形状特性，还应具有适当的机械性能，以便在挤出过程中能够平滑地通过喷嘴挤出。瓜尔豆胶与明胶的高水化能力可以抑制粉状颗粒膨胀，显示出良好的形状保持性来改善软材体系的可挤出性，打印出的成型物具有较高的分辨率，不会随着时间的推移发生形变。本方法制备的软材三个实施案例经测量其剪切模量与挤压硬度均在要求范围内，保证了材料可顺利挤出，焙烤时不易变形。同样地，复合钙盐，可与软材中的海藻酸钠发生固化反应，使其表面固化，改善打印材料表面的硬度，保证打印堆叠时不发生坍塌，形成结构优良的打印食品。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。
