一种用于脂肪替代物的3D打印的乳液凝胶及其制备方法

一种用于脂肪替代物的3d打印的乳液凝胶及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种用于脂肪替代物的3d打印的乳液凝胶及其制备方法，特别是以甘草酸和壳聚糖交联的乳液凝胶，可作为3d打印墨水打印脂肪替代品，属于食品、药品及化妆品加工技术领域。


背景技术：

2.塑性脂肪是一类液态油和固态脂两部分组成的混合物，在食品网络结构和感官特征形成中发挥着重要作用，是大多脂类食品的主要成分，然而这类塑性脂肪含有较多的饱和脂肪酸，过多饱和脂肪酸的摄入对人体健康会造成不利影响，甚至会导致各种代谢、心血管相关疾病的发生。因此，如何有效降低食物中的饱和脂肪酸含量同时保持良好的塑性脂肪的加工性能感官特性成为亟需解决的难题。近年来，开发低饱和脂肪酸的新型固化油脂，提高食物营养品质已成为食品领域的研究热点。
3.乳液凝胶被称为具有凝胶状网络结构的半固态乳液体系。近年来，乳液凝胶在食品工业中越来越受到重视，其具有良好的触变特性和剪切变稀特性，可以作为3d打印的墨水，可以个性化打印具有良好的动物脂质替代特性的食物，另外乳液凝胶具备活性物质负载和释放的能力，因此受到国内外学者的广泛关注。
4.甘草酸是一种天然小分子表面活性剂，具有亲水的葡萄糖醛酸结构和疏水的三萜糖苷配基。在水中到达一定浓度可以自组装形成凝胶网络结构，同时具有乳化性和凝胶性能的甘草酸成为一种理想的油脂结构化助剂，然而甘草酸作为食品添加剂，在食品体系中的添加量有所限制，如何在较低的甘草酸添加量下形成稳定的凝胶结构是目前存在的主要技术问题。


技术实现要素：

5.[技术问题]
[0006]
甘草酸作为食品添加剂，在食品体系中的添加量有所限制，如何在较低的甘草酸添加量下形成稳定的凝胶结构是目前存在的主要技术问题。
[0007]
[技术方案]
[0008]
本发明通过在低浓度的甘草酸稳定的乳液中添加壳聚糖，利用静电作用及氢键作用形成了具有较强网络结构的乳液凝胶，可结合3d打印技术开发新型固态油脂，在健康食品领域有良好的应用前景。
[0009]
本发明的技术方案是：
[0010]
一种用于脂肪替代物的乳液凝胶，所述乳液凝胶包含2～5.3g/l的甘草酸、1～2g/l壳聚糖、60～70％(v/v)的油脂，余量水。
[0011]
优选的，所述乳液凝胶包含4g/l的甘草酸、2g/l壳聚糖、70％(v/v)的油脂，余量水。
[0012]
优选的，所述油脂包括植物油脂和动物油脂。
[0013]
优选的，所述植物油脂包括大豆油、玉米油、花生油，优选大豆油。
[0014]
本发明还提供了上述用于脂肪替代物的乳液凝胶的制备方法，所述制备方法包括：
[0015]
(1)取甘草酸于水中，加热使其溶解得到浓度为10～20g/l的甘草酸溶液；取壳聚糖溶于醋酸溶液中制成浓度为10～20g/l的壳聚糖溶液；
[0016]
(2)在步骤(1)得到的甘草酸溶液中加入油脂，高速搅拌后加入壳聚糖溶液，再经过高速搅拌后得到甘草酸-壳聚糖复合乳液凝胶。
[0017]
优选的，步骤(1)中的醋酸溶液的浓度为1～3wt％。
[0018]
优选的，步骤(2)中趁热在甘草酸溶液中加入油脂。
[0019]
优选的，步骤(2)中，所述油脂与甘草酸溶液的体积比为9～14:4。
[0020]
优选的，步骤(2)中，所述高速搅拌的操作参数为10000～12000rpm高速搅拌1～5min。
[0021]
优选的，上述制备方法可以利用3d打印将甘草酸-壳聚糖复合乳液凝胶制成多种形状，具体操作包括：将制备得到的甘草酸-壳聚糖复合乳液凝胶预热至流动状态，在不引入气泡的前提下加入到3d打印注射器中，设置打印参数，选择打印模型，开始打印，打印完成后的样品放入冰箱进行加固即可。
[0022]
优选的，所述打印参数为：打印温度设置为25～35℃，喷嘴直径设定为0.41～0.64mm，打印速率为20～25mm/s。
[0023]
优选的，所述方法具体包括以下步骤：准确称量2g甘草酸加入在100ml蒸馏水中，煮沸溶解，准确称量1g～2g壳聚糖加入到100ml的1％醋酸溶液中，过夜搅拌溶解；趁热取10～12ml甘草酸溶液加入到100ml烧杯，缓慢加入36～42ml大豆油，12000rpm高速搅拌2min,缓慢加入5～6ml的壳聚糖溶液12000rpm高速搅拌2min，制得甘草酸-壳聚糖复合乳液凝胶，用制得的凝胶作为3d打印墨水预热到40℃形成流动状态，在不引入气泡的前提下缓慢倒入注射器中，打印温度设置为25℃，环境温度为室温(25℃)，喷嘴直径设定为0.64mm，打印速率为22mm/s，选择打印模型，开始打印，打印完成后的样品放入4℃冰箱进行加固。
[0024]
本发明还提供了包含上述乳液凝胶的预制食品。
[0025]
本发明还提供了上述乳液凝胶在食品领域的应用。
[0026]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0027]
(1)本发明以甘草酸作为乳化剂，以壳聚糖作为交联剂，在甘草酸添加量较少的情况下形成了较强的乳液凝胶网络结构，可以提供塑性脂肪的感官特性。
[0028]
(2)本发明方法简单、绿色、成本低，避免了添加化学有机试剂等对样品造成潜在的化学污染。
[0029]
(3)本发明还可以采用食品3d打印的方式制备脂肪替代物，可实现产品的多元化、定制化和自动化，可满足不同的消费者的个性化需求。
附图说明
[0030]
图1：含不同油比例的乳液凝胶图像。
[0031]
图2：含不同油比例的乳液凝胶流变学特性。
[0032]
图3：含不同壳聚糖，甘草酸比例的乳液凝胶的流变学特性，其中，a表示不同ga-cs
比例的乳液凝胶在动态剪切扫描下的黏度，b表示不同ga-cs比例的乳液凝胶在频率扫描下的弹性模量(g’)和粘性模量(g”)，c表示ga-cs比例为2:2的乳液凝胶在时间扫描下的弹性模量(g’)和粘性模量(g”)，d表示ga-cs比例为2:2的乳液凝胶在温度扫描下的弹性模量(g’)和粘性模量(g”)。
[0033]
图4：4℃储存30天后乳液凝胶图像。
[0034]
图5：3d打印的乳液凝胶图像。
具体实施方式
[0035]
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0036]
实施例1
[0037]
准确称量2g壳聚糖加入到100ml的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。准确称量2g甘草酸加入在100ml蒸馏水中，煮沸溶解。趁热取12ml甘草酸溶液加入到100ml烧杯，缓慢加入42ml大豆油，12000rpm高速搅拌2min，缓慢加入6ml的壳聚糖溶液12000rpm高速搅拌1min，制得甘草酸-壳聚糖复合乳液凝胶，在4℃下存储24h。通过改变添加大豆油的体积制备得到油含量(v/v)为50％，60％，65％，70％及75％的乳液凝胶。
[0038]
制备得到的乳液凝胶在4℃储存24h的结果如图1所示，油含量为0.5时，乳液凝胶不稳定出现分层，油含量为75％时乳液凝胶明显有油析出。油含量为60％～70％时乳液凝胶处于稳定的状态，可以成功制备乳液凝胶，其流变性能如图2所示。
[0039]
采用ta流变仪对油含量为70％，不同甘草酸(ga)，壳聚糖(cs)比例样品的流变特性进行测定，结果如图3a、3b所示，所有样品都具有剪切稀化的特征；添加壳聚糖的乳液凝胶的储能模量(g’)及损耗模量(g”)都远高于未添加的样品，说明壳聚糖与甘草酸发生了相互作用形成了稳定的凝胶网络结构，甘草酸和壳聚糖的添加顺序不能改变。
[0040]
实施例2
[0041]
准确称量1g甘草酸加入在100ml蒸馏水中，煮沸溶解。准确称量1g壳聚糖加入到100ml的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。趁热取12ml甘草酸溶液加入到100ml烧杯，缓慢加入42ml大豆油，10000rpm高速搅拌2min，缓慢加入6ml的壳聚糖溶液12000rpm高速搅拌1min，制得甘草酸-壳聚糖复合乳液凝胶。
[0042]
该凝胶的时间扫描如图3c所示，乳液凝胶在受到高应变(50％)的剪切时模量会迅速下降，且g’大于g”，由凝胶态转变为流体状态，但高应变撤除后，又可以立即恢复到凝胶状态，模量可以恢复到80％以上，这说明该乳液凝胶具有明显的触变性和较好的自愈性；温度扫描如图3d所示，从0℃到50℃过程中，凝胶模量逐渐下降，表现出温度响应特性，低温条件下可以达到较高的凝胶强度，温度升高凝胶强度降低，流动性增加。且制备的乳液凝胶具有良好的储存稳定性，4℃储存30天无油层析出(图4)。
[0043]
实施例3
[0044]
准确称量2g甘草酸加入在100ml蒸馏水中，煮沸溶解。准确称量1g壳聚糖加入到100ml的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。趁热取12ml甘草酸溶液加入到100ml烧杯，缓慢加入42ml大豆油，10000rpm高速搅拌2min，缓慢加入6ml的壳聚糖溶液10000rpm高速搅拌1min，制得甘草酸-壳聚糖复合乳液凝胶，用制得的凝胶作为3d打印墨水预热到40℃形成流动状态，在不引入气泡的前提下缓慢倒入注射器中，打印温度设置为25℃，环境温度为室温(25
℃)，喷嘴直径设定为0.64mm，打印速率为22mm/s，选择打印模型进行打印，打印得到的样品及4℃冰箱储存24h后的样品如图5所示，与储存前相比几乎无变化，可见其稳定性很好。
[0045]
实施例4
[0046]
准确称量2g甘草酸加入在100ml蒸馏水中，煮沸溶解。准确称量2g壳聚糖加入到100ml的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。趁热取16ml甘草酸溶液加入到100ml烧杯，缓慢加入36ml大豆油，10000rpm高速搅拌2min，缓慢加入8ml的壳聚糖溶液10000rpm高速搅拌1min，制得甘草酸-壳聚糖复合乳液凝胶，用制得的凝胶作为3d打印墨水预热到40℃形成流动状态，在不引入气泡的前提下缓慢倒入注射器中，打印温度设置为25℃，环境温度为室温(25℃)，喷嘴直径设定为0.64mm，打印速率为22mm/s，选择打印模型进行打印，同样可以获得稳定性好、凝胶强度高的乳液凝胶，可进行3d打印。
[0047]
对比例1
[0048]
准确称量2g甘草酸加入在100ml蒸馏水中，煮沸溶解。准确称量2g壳聚糖加入到100ml的1％醋酸溶液中，搅拌24h溶解。取12ml壳聚糖溶液加入到100ml烧杯，缓慢加入42ml大豆油，10000rpm高速搅拌2min，缓慢加入6ml的甘草酸溶液10000rpm高速搅拌1min，并不能形成乳液凝胶，因为壳聚糖不具备乳化性能，不能形成乳液，加入甘草酸后也不能形成稳定的乳液。
[0049]
对比例2
[0050]
准确称量2g甘草酸加入在100ml蒸馏水中，煮沸溶解。准确称量2gγ-环糊精加入到100ml的水中，搅拌溶解。取12ml甘草酸溶液加入到100ml烧杯，趁热缓慢加入42ml大豆油，10000rpm高速搅拌2min，加入6ml的γ-环糊精溶液10000rpm高速搅拌1min，由于γ-环糊精可以与甘草酸发生自组装，该体系可以形成乳液凝胶，但由于γ-环糊精为小分子，形成的凝胶强度较低，无法进行3d打印。
[0051]
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。