一种挤出型3D打印易吞咽凝胶食品及其制备方法

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，具体属于一种挤出型3D打印易吞咽凝胶食品及其制备方法。

背景技术

随着人口老龄化，易吞咽食品的研发已成为重要的研究领域。在现行易吞咽食品加工的发展过程中，越来越多人将具有高营养、低敏性的植物蛋白作为老年食品的原料，通过静电纺丝技术、挤压技术和3D打印技术等，将植物组蛋白加工形成各种结构，赋予新的质构、风味和口感；也可以借助水凝胶制备技术，与其形成双相或多相体系。

挤出型3D打印是食品加工的常用方式，植物蛋白在挤压过程中经高温、高压、高剪切等作用发生变性，使维持蛋白结构的氢键、二硫键、离子键等被破坏，形成可塑化的熔融体，经分子链展开、团聚、聚集、交联形成纤维结构，但近年来制备植物蛋白-胶体易吞咽凝胶时，通常使用黄原胶(XG)作为添加剂，其在加热/冷却过程中具有稳定的性能，而且对酸性或碱性环境不敏感，同时具有优异的剪切稀化、恢复性能，可以用于增稠食物，通过增稠食物和唾液来预防吞咽困难，使两者更容易沿着喉咙移动，可以降低窒息的风险并使饮食更安全。然而市面上的黄原胶丙酮酸基含量≥3.5％，黏性范围较大，且不同批次黄原胶的黏度指标严重影响到了吞咽困难食品配方的统一性与操作性，在加入植物蛋白基中的黄原胶粉无法固定比例，且黏度较大使凝胶附着性不符合吞咽困难者用食品的许可标准，也不易进行挤出型3D打印。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种挤出型3D打印易吞咽凝胶食品及其制备方法，基于调控黄原胶丙酮酸基的含量，通过基团的指标来确定3D打印易吞咽植物蛋白凝胶食品的配方比例，可以提高易吞咽凝胶食品的流变特性和咀嚼吞咽特性，降低误吸风险。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种3D打印易吞咽凝胶食品的制备方法，具体步骤如下：

S1脱除黄原胶中的丙酮酸基，得到丙酮酸基含量低于3.5％的改性黄原胶；

S2将改性黄原胶、植物蛋白和水混合得到无颗粒的混合物1，混合物1中植物蛋白的浓度5％～50％，黄原胶浓度为0.1％～1％，将混合物1加热得到改性黄原胶-植物蛋白凝胶；

S3采用改性黄原胶-植物蛋白凝胶进行3D打印，得到易吞咽凝胶食品。

进一步的，S1中，改性黄原胶中丙酮酸基含量为0.1％～3.5％。

进一步的，S1中，采用酸溶液作为脱丙酮酸剂，所述酸溶液具体为含0.1mol/LNaCl的盐酸、硫酸或草酸溶液，所述酸溶液的浓度为0.01mol/L～0.1mol/L。

进一步的，S1中，脱除黄原胶中的丙酮酸基的具体步骤为：

S1.1将黄原胶溶于酸溶液中得到浓度为1g/L～10g/L的黄原胶溶液，在50℃～100℃进行酸性热处理0.5h～5h，得到混合物2；

S1.2调节混合物2的pH值，得到混合物2；

S1.3对混合物2进行多次醇沉后，去除醇后冷冻干燥，得到改性黄原胶。

进一步的，S1.2中，调节混合物2的pH值与含有黄原胶的0.1mol/L NaCl溶液的pH值相同。

进一步的，S2中，所述植物蛋白为豌豆蛋白或大豆蛋白。

进一步的，混合物1在60℃～95℃左右加热40～60min。

进一步的，植物蛋白的纯度50％～99％。

进一步的，所述3D打印选择注射器挤出型打印机。

本发明采用上述方法制备得到一种3D打印易吞咽凝胶食品，其硬度为1.5×10

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种挤出型3D打印易吞咽凝胶食品的制备方法，丙酮酸基的存在减弱了黄原胶螺旋结构的稳定性，主要是增加支链长度和产生静电排斥。因此，丙酮酸基的脱除有利于黄原胶螺旋结构的稳定性，促使黄原胶有序－无序构象转换向高温移动，分子之间作用减弱，分子流动性增强，阻碍了网络结构的形成，似固性减弱；本发明通过酸改性调控黄原胶中丙酮酸基的含量来改变其流变特性发生稳定变化，从而使胶体用量配方可统一标准，同时将去除部分丙酮酸基的黄原胶与植物蛋白粉混合热诱导形成凝胶，黄原胶通过减少水迁移和促进氢键，促进了蛋白质之间的交联、增强了网络结构，显著提高了样品的机械强度、粘度、硬度和粘附力，也可以在3D打印时可增强打印特性、提高打印精度；本发明利用3D打印食品加工技术处理凝胶样品，可以降低食物团黏度，得到柔软，具有一定的口舒适性，使吞咽更容易的凝胶食品，该食品符合吞咽困难者用食品的标识许可标准和IDDSI标准，可以认定为易吞咽食品。

综上，本发明采用调控黄原胶中丙酮酸基的含量的方法改性黄原胶，使其与植物蛋白相互作用形成凝胶，成为吞咽困难导向的3D打印食品，是一种较有前途的吞咽困难食品加工方法。

附图说明

图1 S1预处理后的黄原胶的丙酮酸含量；

图2 S1预处理后的黄原胶溶液(0.3％)的黏度；

图3 S2改性黄原胶(0.3％)-植物蛋白(99％纯度豌豆蛋白25％)凝胶的质构分析；

图4 S2改性黄原胶(0.3％)-植物蛋白(99％纯度豌豆蛋白25％)凝胶的表观黏度；

附图中XG

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种3D打印易吞咽凝胶食品的制备方法，具体步骤如下：

S1黄原胶(丙酮酸含量≥3.5％)预处理

a、酸处理：将黄原胶溶于0.01mol/L～0.1mol/L的(含0.1mol/L NaCl)酸溶液(盐酸、硫酸和草酸)中，黄原胶溶液浓度为1g/L～10g/L；

b、热处理：在磁力搅拌作用下，于50℃～100℃进行酸性热处理0.5h～5h，冷却至室温；

c、调pH：调节溶液pH(以含有黄原胶的0.1mol/L NaCl溶液的pH为标准)；

d、醇沉：乙醇沉淀多次(去除杂质)，复溶，旋转蒸发(去除残余的乙醇)；

e、冷冻干燥，研磨，即可得到丙酮酸基含量小于3.5％的改性黄原胶，如图1所示改性黄原胶的丙酮酸基含量随着热处理时间的增长而降低，在100℃时基本全部脱除丙酮酸基；

丙酮酸基是以酯键的形式连接在黄原胶侧链末端的甘露糖上，在酸性条件下，双缩醛发生降解，黄原胶中丙酮酸含量减少。随着丙酮酸基含量的减少，黄原胶表观粘度整体下降，粘度值对剪切速率的依赖性减弱，粘度数值逐渐趋向于常数，因此本发明以酸作为脱丙酮酸剂，通过高温、搅拌、醇沉、复溶、旋转蒸发(去除残余的乙醇)、冷冻干燥、研磨，得到去除一定含量丙酮酸基的黄原胶，使黄原胶中丙酮酸基的含量范围在3.5％-0.1％之间。所以本发明基于调控黄原胶丙酮酸基的含量，通过基团的指标来确定3D打印易吞咽植物蛋白凝胶食品的配方比例；

对上述方法制备的改性黄原胶与纯水混合，得到浓度为0.3％的混合物进行物性分析，包括对其硬度、附着性和凝聚力进行测试表征；流变测试：对其表观粘度进行分析，从图2流变测试图可以看出，丙酮酸基含量对黄原胶溶液的表观黏度产生巨大影响，XG

S2将S1中的改性黄原胶与植物蛋白(豌豆蛋白、大豆蛋白)的粉末加纯水混合搅拌至无颗粒，避免凝胶制备过程中可能出现的颗粒积累，得到混合物1，将混合物1在60℃～95℃左右加热40～60min，形成改性黄原胶-植物蛋白凝胶，并做物性分析与流变测试，以图1中的4个黄原胶样品制备植物蛋白凝胶后，也对其进行了物性分析(图3)和流变测试(图4)，XG

加热时，在容器顶部覆盖一层薄薄的保鲜膜，以防止水分蒸发，加热结束后冷却至室温；

其中，混合物1中植物蛋白纯度50％～99％，浓度5％～50％；黄原胶浓度0.1％～1％左右；

S3将改性黄原胶-植物蛋白凝胶进行3D打印，打印参数如下：打印温度25℃，喷嘴直径1.2mm，层高1.2mm，打印速度25mm/s，填充图案直线状，填充密度100％，打印一些精美的形状；

优选的，3D打印选择注射器挤出型打印机。

本发明采用调控黄原胶中丙酮酸含量的方法来改变其黏性，使植物蛋白凝胶的硬度、附着性和凝聚力符合吞咽困难者用食品的标识许可标准(许可标准I：硬度(按恒定速度压缩时的阻力)(N/m

实施例1

将黄原胶分别溶于0.1mol/L的氯化钠溶液、0.01mol/L(含0.1mol/L NaCl)草酸溶液、浓度为1g/L。在磁力搅拌作用下，于80℃进行酸性热处理2.5h，冷却至室温，调pH(以含有黄原胶的0.1mol/L NaCl溶液的pH为标准)，乙醇沉淀两次，复溶，旋转蒸发(去除残余的乙醇)，冷冻干燥，研磨，即可得到黄原胶处理样品(丙酮酸基含量1.5％)。

改性黄原胶-植物蛋白凝胶的制备：豌豆蛋白纯度99％，浓度25％；黄原胶浓度0.3％，用玻璃棒手动搅拌至蛋白于胶体混合均匀，然后92℃水浴加热蒸1小时，冷却形成凝胶。加热时，在容器顶部覆盖一层薄薄的保鲜膜，以防止水分蒸发。后冷却至室温。物性分析检测凝胶硬度为1.5×10

3D打印：使用挤出型打印机，打印参数如下：打印温度25℃，喷嘴直径1.2mm，层高1.2mm，打印速度25mm/s，填充图案直线状，填充密度100％。通过IDDSI标准中的叉子滴落测试和勺子倾斜测试，样品位于叉子上方，一小部分流过叉尖，在叉尖下方并形成一条短尾巴，但它不会连续流过或滴下叉尖；样品粘性足以在勺子上保持形状，但勺子倾斜或转向侧面，样品很容易滑出，勺子上只剩下很少的食物，被认定为第4级均质化糊状食品，不需咀嚼即可吞食。

实施例2

将黄原胶分别溶于0.1mol/L的氯化钠溶液、0.01mol/L(含0.1mol/L NaCl)盐酸溶液、浓度为1g/L。在磁力搅拌作用下，于80℃进行酸性热处理2.5h，冷却至室温，调pH(以含有黄原胶的0.1mol/L NaCl溶液的pH为标准)，乙醇沉淀两次，复溶，旋转蒸发(去除残余的乙醇)，冷冻干燥，研磨，即可得到黄原胶处理样品(丙酮酸基含量2.5％)。

改性黄原胶-植物蛋白凝胶的制备：大豆蛋白纯度75％，浓度30％；黄原胶浓度0.3％，用玻璃棒手动搅拌至蛋白于胶体混合均匀，然后92℃加热蒸煮1小时，冷却形成凝胶。加热时，在容器顶部覆盖一层薄薄的保鲜膜，以防止水分蒸发。后冷却至室温。物性分析检测凝胶硬度为2.5×10

3D打印：使用挤出型打印机，打印参数如下：打印温度25℃，喷嘴直径1.2mm，层高1.2mm，打印速度25mm/s，填充图案直线状，填充密度100％。通过IDDSI标准中的叉子滴落测试和勺子倾斜测试，样品位于叉子上方，一小部分流过叉尖，在叉尖下方并形成一条短尾巴，但它不会连续流过或滴下叉尖；样品粘性足以在勺子上保持形状，但勺子倾斜或转向侧面，样品很容易滑出，勺子上只剩下很少的食物，被认定为第4级均质化糊状食品，不需咀嚼即可吞食。

实施例3

将黄原胶分别溶于0.1mol/L的氯化钠溶液、0.01mol/L(含0.1mol/L NaCl)草酸溶液、浓度为1g/L。在磁力搅拌作用下，于100℃进行酸性热处理1.5h，冷却至室温，调pH(以含有黄原胶的0.1mol/L NaCl溶液的pH为标准)，乙醇沉淀两次，复溶，旋转蒸发(去除残余的乙醇)，冷冻干燥，研磨，即可得到黄原胶处理样品(丙酮酸基含量2％)。

改性黄原胶-植物蛋白凝胶的制备：豌豆蛋白纯度75％，浓度20％；黄原胶浓度0.5％，用玻璃棒手动搅拌至蛋白于胶体混合均匀，然后92℃加热蒸煮1小时，冷却形成凝胶。加热时，在容器顶部覆盖一层薄薄的保鲜膜，以防止水分蒸发。后冷却至室温物性分析检测凝胶硬度为3×10

3D打印:使用挤出型打印机，打印参数如下：打印温度25℃，喷嘴直径1.2mm，层高1.2mm，打印速度25mm/s，填充图案直线状，填充密度100％。通过IDDSI标准中的叉子滴落测试和勺子倾斜测试，样品位于叉子上方，一小部分流过叉尖，在叉尖下方并形成一条短尾巴，但它不会连续流过或滴下叉尖；样品粘性足以在勺子上保持形状，但勺子倾斜或转向侧面，样品很容易滑出，勺子上只剩下很少的食物，被认定为第4级均质化糊状食品，不需咀嚼即可吞食。

实施例4

将黄原胶分别溶于0.1mol/L的氯化钠溶液、0.05mol/L(含0.1mol/L NaCl)硫酸溶液，黄原胶溶液浓度为10g/L。在磁力搅拌作用下，于50℃进行酸性热处理5h，冷却至室温，调pH(以含有黄原胶的0.1mol/L NaCl溶液的pH为标准)，乙醇沉淀两次，复溶，旋转蒸发(去除残余的乙醇)，冷冻干燥，研磨，即可得到黄原胶处理样品(丙酮酸基含量2.5％)。

改性黄原胶-植物蛋白凝胶的制备：豌豆蛋白纯度50％，浓度50％；黄原胶浓度0.1％，用玻璃棒手动搅拌至蛋白于胶体混合均匀，然后60℃加热蒸煮40min，冷却形成凝胶。加热时，在容器顶部覆盖一层薄薄的保鲜膜，以防止水分蒸发。后冷却至室温物性分析检测凝胶硬度为3×10

3D打印:使用挤出型打印机，打印参数如下：打印温度25℃，喷嘴直径1.2mm，层高1.2mm，打印速度25mm/s，填充图案直线状，填充密度100％。通过IDDSI标准中的叉子滴落测试和勺子倾斜测试，样品位于叉子上方，一小部分流过叉尖，在叉尖下方并形成一条短尾巴，但它不会连续流过或滴下叉尖；样品粘性足以在勺子上保持形状，但勺子倾斜或转向侧面，样品很容易滑出，勺子上只剩下很少的食物，被认定为第4级均质化糊状食品，不需咀嚼即可吞食。

实施例5

将黄原胶分别溶于0.1mol/L的氯化钠溶液、0.08mol/L(含0.1mol/L NaCl)盐酸溶液、浓度为8g/L。在磁力搅拌作用下，于100℃进行酸性热处理0.5h，冷却至室温，调pH(以含有黄原胶的0.1mol/L NaCl溶液的pH为标准)，乙醇沉淀两次，复溶，旋转蒸发(去除残余的乙醇)，冷冻干燥，研磨，即可得到黄原胶处理样品(丙酮酸基含量0.5％)。

改性黄原胶-植物蛋白凝胶的制备：大豆蛋白纯度75％，浓度30％；黄原胶浓度1％，用玻璃棒手动搅拌至蛋白于胶体混合均匀，然后80℃加热蒸煮40min，冷却形成凝胶。加热时，在容器顶部覆盖一层薄薄的保鲜膜，以防止水分蒸发。后冷却至室温。物性分析检测凝胶硬度为2.5×10

3D打印：使用挤出型打印机，打印参数如下：打印温度25℃，喷嘴直径1.2mm，层高1.2mm，打印速度25mm/s，填充图案直线状，填充密度100％。通过IDDSI标准中的叉子滴落测试和勺子倾斜测试，样品位于叉子上方，一小部分流过叉尖，在叉尖下方并形成一条短尾巴，但它不会连续流过或滴下叉尖；样品粘性足以在勺子上保持形状，但勺子倾斜或转向侧面，样品很容易滑出，勺子上只剩下很少的食物，被认定为第4级均质化糊状食品，不需咀嚼即可吞食。