一种基于木薯淀粉的3D打印材料的打印方法

本发明涉及食品3d打印，具体涉及一种基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法。

背景技术：

1、3d打印是一种数字模型文件为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，属于快速成形技术的一种。食品3d打印技术通过集成食品加工技术和数字化技术等多种技术，具有安全、营养、个性化、形状多样等优点，可以根据营养成分和配方的不同对食品组分进行优化，方便快捷制造出满足不同人群需求的健康食品，从而改善食品的品质并丰富食品的种类。

2、3d打印材料是3d打印的物质基础，以淀粉为原料进行食品3d打印是目前一大研究方向，木薯淀粉是木薯通过淀粉提取后脱水干燥后的粉末状制品。和别的根茎来源的淀粉相比，其糊化温度低、粘度较高且价格低廉，因此广泛应用于食品配方、饮料和糖果生产中，作为食品加工中不可或缺的淀粉正在受到越来越多人的关注。然而使用纯淀粉原料进行打印存在产品的机械强度较差、打印精度低、产品形状保持性差等缺点，难以满足消费者的食用需求。

3、目前常通过添加蛋白质和脂质等原料来制备淀粉复合物凝胶从而改变其流变性或者通过氯化钠溶液及微波后处理来加强淀粉凝胶的交联，得到均匀致密的淀粉复合凝胶体系，从而用来改善淀粉凝胶3d打印强度和精度。

4、专利文献cn 106666800 a公开了一种基于薯类淀粉的3d打印材料的制备方法，该材料由薯类淀粉、蛋白、水、黄油，经混料，糊化，揉制，3d打印成型。蛋白可降低糊化后的薯类淀粉的粘附性，黄油增加材料的润滑性。在薯类淀粉糊化时，蛋白和薯类淀粉糊化产生的小分子淀粉发生交联作用，形成具有弹性、可塑性的力学性能优良的凝胶，此凝胶与黄油结合发生交互作用，形成弹性高、韧性大、可塑性强、机械强度大的网状支撑小分子材料，满足3d打印要求。

5、专利文献cn 108208768 a公开了一种基于马铃薯淀粉的3d打印食品材料，原料包括：马铃薯淀粉、蛋白质、水、黄油、多糖、有机盐。多糖羧甲基纤维素钠和壳聚糖能够粘合物料各组分，并与蛋白质形成交联，交联物在无机盐钙离子存在条件下提高物料机械强度。

6、目前针对淀粉凝胶3d打印材料的研究侧重于提升物料机械强度，产品精度还有待提升。普鲁兰多糖是出芽短梗霉分泌的一种胞外多糖，易溶于水，具有良好的粘接能力，广泛应用于食品和纺织等领域。然而到目前为止，尚未有报道指出普鲁兰多糖可以作为原料来提升木薯淀粉凝胶3d打印精度。此外，一些后处理手段如微波和氯化钠处理对于提升淀粉凝胶3d打印精准性并不显著，从而限制了淀粉类物料在3d打印中的应用。

7、因此，选择新的原料或者开发一种新型的物料前处理方法来提升淀粉类物料的打印精度成为亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，通过对物料的前处理提升淀粉类3d打印材料的打印精度，以解决现有淀粉3d打印材料打印精度不高、产品形状保持性差的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，包括以下步骤：

4、(1)将木薯淀粉加入水中，置于高压微射流中进行处理得到淀粉悬浊液；

5、(2)在淀粉悬浊液中加入蛋白、脂肪酸和多糖，搅拌均匀，再进行超声处理得到预处理物料；

6、(3)对预处理物料进行加热，使得淀粉完全糊化后装入3d打印机物料筒中，凝胶冷却后进行3d打印。

7、原料以质量百分比计包括：木薯淀粉13-20％，蛋白1％-5％，脂肪酸2％-9％，多糖0.02％-0.06％，余量为水。

8、蛋白质可以降低木薯淀粉的粘度，增加体系的弹性模量，从而使打印产品拥有较强的支撑性。优选的，所述蛋白为酪蛋白、豌豆蛋白、乳清蛋白或菜籽蛋白。

9、脂肪酸可以增加产品的润滑性和机械强度，研究表明，脂肪酸的链长和不饱和度影响产品打印精度，随着碳链长度的降低，不饱和程度的增高，产品的打印精度随之提升。优选的，所述脂肪酸为亚麻酸、月桂酸或亚油酸。

10、多糖可以粘合物料各组分，可以与淀粉分子尤其是短侧链支链淀粉和直链淀粉发生相互作用，增大体系的机械强度。优选的，所述多糖为普鲁兰多糖。

11、更为优选，原料以质量百分比计包括：木薯淀粉15％，酪蛋白2％，亚麻酸2.94％，普鲁兰多糖0.06％，余量为水。各物料组合形成满足3d打印要求的材料。

12、步骤(1)中，本发明以木薯淀粉为基材，超高压微射流处理可以增加木薯淀粉微观结构破碎，有利于淀粉-脂质-蛋白三元复合物的形成。

13、优选的，高压微射流处理压力为60～150pa。

14、更有优选，高压微射流处理压力为100pa。

15、步骤(2)中，将全部原料混合后结合超声处理，有助于提高物料混合均匀度，增强分子间相互作用，促进淀粉复合物水浴加热后凝胶均匀致密结构的形成。研究表明，该步骤的超声处理与步骤(1)的超高压微射流处理协同作用，显著提升了3d打印材料的打印精度。

16、优选的，超声处理功率为50-200w，时间为20～40min。

17、更为优选，超声处理功率为200w，时间为30min。

18、步骤(3)中，物料混合后进行水浴加热，使淀粉糊化，待淀粉完全糊化后装入3d打印机中，待凝胶冷却至室温时，选择所需模型进行3d打印。

19、优选的，加热温度为90-100℃。加热过程中，对物料进行搅拌。

20、本发明具备的有益效果：

21、(1)本发明以木薯淀粉为基材，高压微射流处理可以增加木薯淀粉微观结构破碎，有利于与淀粉-脂质-蛋白三元复合物的形成；加入酪蛋白、亚麻酸和低浓度的普鲁兰多糖可以降低木薯淀粉的粘度，增高弹性模量，使打印物料赋予较高的刚性；超声前处理能够促进淀粉复合物水浴加热后凝胶均匀致密结构的形成。通过上述工艺改进，3d打印产品的打印精度得到较大提升，能够达到95％以上，且在2-3小时形状能够保持完整。

22、(2)3d打印材料配方中不含有对人体健康不利的食品添加剂及防腐剂，保证了打印产品的安全性。

23、(3)本发明提供的淀粉复合凝胶打印精度高，可以加工成形态各异、新颖别致的3d打印产品，丰富了3d打印产品，实现了产品的自动化、个性化和多元化制作，拓展了淀粉类食品3d打印在食品行业中的应用。

技术特征：

1.一种基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，其特征在于，原料以质量百分比计包括：木薯淀粉13-20％，蛋白1％-5％，脂肪酸2％-9％，多糖0.02％-0.06％，余量为水。

3.如权利要求1或2所述的基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，其特征在于，所述蛋白为酪蛋白、豌豆蛋白、乳清蛋白或菜籽蛋白；所述脂肪酸为亚麻酸、月桂酸或亚油酸；所述多糖为普鲁兰多糖。

4.如权利要求3所述的基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，其特征在于，原料以质量百分比计包括：木薯淀粉15％，酪蛋白2％，亚麻酸2.94％，普鲁兰多糖0.06％，余量为水。

5.如权利要求1所述的基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，其特征在于，步骤(1)中，高压微射流处理压力为60～150pa。

6.如权利要求5所述的基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，其特征在于，高压微射流处理压力为100pa。

7.如权利要求1所述的基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，其特征在于，步骤(2)中，超声处理功率为50～200w，时间为20～40min。

8.如权利要求7所述的基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，其特征在于，超声处理功率为200w，时间为30min。

9.如权利要求1所述的基于木薯淀粉的3d打印材料的打印方法，其特征在于，步骤(3)中，加热温度为90-100℃。

技术总结
本发明公开了一种基于木薯淀粉的3D打印材料的打印方法，属于食品3D打印技术领域。所述方法包括：(1)将木薯淀粉加入水中，置于高压微射流中进行处理得到淀粉悬浊液；(2)在淀粉悬浊液中加入蛋白、脂肪酸和多糖，搅拌均匀，再进行超声处理得到预处理物料；(3)对预处理物料进行加热，使得淀粉完全糊化后装入3D打印机物料筒中，凝胶冷却后进行3D打印。本发明以木薯淀粉为基材，超高压微射流处理可以增加木薯淀粉微观结构破碎，结合超声处理增强分子间相互作用；通过上述工艺改进，3D打印产品的打印精度得到较大提升，能够达到95％以上。

技术研发人员：陆柏益,季圣阳,徐涛,钟永恒,李也,黄伟素,杨暄
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15