CN110122813A - 一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4d打印的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，涉及食品加工工艺，属于食品加工技术领域。本发明分别将两份原料充分混合，对其分别进行调配、均质、凝胶化、冷却、装料、脱气，随后使用双喷头打印机根据建立好的3D打印模型进行多物料的载色层和控色层逐层交替的3D打印。打印完成的载色层果冻的颜色将从***在2min内根据接触的变色层的pH值分别变化为：红色；紫色；蓝色。在3D打印的基础上实现第四维度的变化。经这种方法打印出的食品具有更丰富的视觉效果，可实现产品的个性化、多元化制作。

Description

一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法
技术领域
本发明涉及一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，主要用于含有天然果蔬花青素的果冻类食品的3D打印，涉及食品加工工艺，属于食品加工技术领域。
背景技术
“3D打印”，其核心原理是逐层打印，层与层叠加成立体图案。具体来说，3D打印包含三个流程，一是利用计算机软件，如CAD等进行三维图案的设计；二是对三维图案进行切片，形成多层的二维平面图及其每层的打印轨迹；三是利用数控***对打印机进行路径控制并完成打印。与传统的模具制造方法相比，3D打印技术可以实现高度复杂结构产品的制造并且提高产品的精度和质量，最大限度节省材料，设计灵活，个性化定制，同时实现批量定制生产，使快速制造变得经济节约。
随着消费者对食品的口味、外观和健康的要求越来越高，食品的定制化程度也越来越高，使得食品3D打印技术受到越来越多的关注和发展。食品3D打印的目标是生产效率更高、覆盖成本更低的按订单生产模式。与传统的供应链模式相比，3D打印的供应链大大降低了配送成本，简化定制食品服务。
所谓的4D打印，准确地说是一种能够自动变形的材料，只需特定条件(如温度、湿度等)，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计发生第四维度的变化，这种变化通常涉及颜色、风味以及形状。Khoo等(2015)提出4D打印为使用适当的添加剂制造技术构建物理对象的过程，铺设一系列具有不同性能的刺激反应复合材料或多材料。在构建之后，物体对来自自然环境或通过人类干预产生的刺激做出反应，导致通过时间造成身体或化学状态的变化。4D打印技术不仅是一种生产工具的革命，更是一种由生产资料改变而引发未来整个商业生态结构方式改变的一种技术，因而颠覆的将不只是制造技术。但是，目前4D打印的概念在食品领域的研究和应用还非常有限。本方法提出的蓝莓花青素自发变色催化变色实现彩色果冻4D打印的方法是以构建不同性能的两种果冻材料，通过3D打印技术铺设，使其两种材料在接连处相互交融、刺激，最终自发发生变色现象来实现4D变化，也实现了复合4D打印。
花青素又称花色素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，是花色苷水解而得的有颜色的苷元。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与之有关。在植物细胞液泡不同的pH值条件下，花青素使花瓣呈现五彩缤纷的颜色。花青素分子中存在高度分子共扼体系，含有酸性与碱性基团，易溶于水、甲醇、乙醇、稀碱与稀酸等极性溶剂中。在紫外与可见光区域均具较强吸收，紫外区最大吸收波长在280nm附近，可见光区域最大吸收波长在500～550nm范围内。花青素类物质的颜色随pH值变化而变化，pH 7呈红色，pH＝7～8时呈紫色，pH>11时呈蓝色。花青素属于生物类黄酮物质，而黄酮物质最主要的生理活性功能是自由基清除能力和抗氧化能力。随着科技的发展，人们对食品添加剂的安全性越来越重视，天然添加剂的开发利用已成为添加剂发展使用的总趋势。花青素在食品中不但可作为营养强化剂，而且还可作为食品防腐剂代替苯甲酸等合成防腐剂，并且可作为食品着色剂应用于平常饮料和食品，符合人们对食品添加剂天然、安全、健康的总要求。
李力等(2019)公开了一种富含膳食纤维的食品3D打印材料(公开号：CN109198650A)，通过将改性膳食纤维、淀粉、面筋蛋白粉，调料、水、植物油、明胶等混合均匀，研磨至细度20μm以下后通过高压均质机处理制得，本发明通过对膳食纤维进行一系列改性处理，可降低膳食纤维的粒径同时使膳食纤维颗粒分散均匀、稳定，而且提高了水溶性膳食纤维的含量，制备的3D食品打印材料膳食纤维含量高，膳食纤维表面通过水溶性处理，进一步改善口感，能够在利用3D打印制备食品成品中提高口感并利于人体吸收，降低操作人员的劳动难度和强度，并降低3D打印机的维护费用，通过添加不同辅料，制成不同口味的食品，可适用于多种3D打印机，实现多种口味材料在短时间内快速打印，从而提高了打印效率。肖俊勇等人(2018)发明了一种凝胶糖果3D打印料及其制备方法(公开号：CN107668306A)，该3D打印料中以淀粉和低酰结冷胶作为凝胶剂，有利于复融且能够在室温下快速凝胶，能够保证在3D打印时可以顺利出料，植物提取物的应用能够提高打印料的稳定性，从而使打印后的糖果能够长期保存，避免反砂现象的产生。实验表明，该发明提供的打印料能够顺利的打印，所得产品感官评价良好，室温放置60d未见反砂或发烊现象。章云等(2016)公开了一种桂圆米粉3D打印食品材料(公开号：CN106213154A)，属于3D打印材料领域，由以下重量份数的原料组成：米粉60～70份，桂圆提取物5～8份，水8～10份，鲜奶8～10份，荞麦粉8～10份，植物油3～5份，蜂蜜2～3份，木糖醇2～3份，食盐2～3份，麦芽糊精2～3份，膳食纤维2～3份，乳化剂1～2份，香精0.1～0.2份。该发明均采用低糖、低脂肪的原料，不含化学添加剂，无污染，更健康。桂圆中含有大量有益人体健康的微量元素，其主要功能是安神，治失眠等。采用3D打印，可实现产品的多元化、个性化、自动化的制作，丰富了3D打印食品材料的种类。采用纳米米粉，可以满足3D打印的工艺要求；采用富硒米粉，补充了人体所需的硒元素，满足了不同消费者的需求。张云玖等(2017)公开了一种冰淇淋3D打印机、冰淇淋3D打印方法及其产品(公开号：CN106578317A)。该冰淇淋3D打印机包括打印平台、X向驱动装置、Y向驱动装置、Z向驱动装置、喷料***、防护罩和主控装置。该冰淇淋3D打印方法包括：1)打印由轮廓线和冰淇淋粉组成的基层；2)逐级打印多个堆叠的基层，进而得到3D打印的冰淇淋。该发明所提供的技术方案可以解决现阶段3D食品打印耗费时间长以及成本高的技术难题。该发明所提供的冰淇淋3D打印机结构设计新颖、自动化程度高，能够满足消费者对冰淇淋食品造型多样化的需求；本发明提供的技术方案用打印冰淇淋外衣的办法解决了几分钟打印完成一个冰淇淋的难题，大大的降低了打印成本。以上几个发明主要涉及3D打印的不同材料的配比以及机器的生产和制造。与以上几种发明不同，本发明主要涉及通过蓝莓花青素催化3D打印以实现变色4D打印的方法。
凌伟福(2016)提供了一种变色玫瑰花茶的制备方法(公开号：CN107772019A)，通过对富含花青素的物质如黑枸杞、蓝莓或桑葚进行清洗、粉碎、倒入酒精搅拌、过滤、沉降、弃渣、离心、加热浓缩、再离心、添加酒精，得到着色液后对微波干燥后的玫瑰花进行自然上色及胰蛋白酶处理，通过开放式波干燥对上色处理后的玫瑰花进行快速干燥。其有益效果是：成品变色玫瑰花茶富含花青素，在冲泡过程中可快速析出对茶水进行着色，颜色可实现从深紫色——浅紫色——深红色——浅红色——草绿色到无色的变化过程，操作简单，观赏性强，营养保健功能高。程微丽(2018)发明了一种可变色功能饮料及其制备方法(公开号：CN108236027A)。该可变色功能饮料由花青素包埋粉和番茄红素包埋粉为主要原料，利用微胶囊包埋作用可以有效改变饮料的颜色，当饮料处于静止状态时，由于多孔淀粉的吸附及乳清蛋白的包埋，色素被吸附或包埋，因而，饮料呈清澈、透明的，但是当用力摇晃饮料时，由于受到外力作用，包埋的色素和吸附的色素被释放出来，使得饮料呈现绚丽的绿色和红色，非常美观，也能够吸引儿童和青少年的注意力。同时由于花青素和番茄红素是具有优异的抗氧化活性，能够提高人体的免疫力及延缓衰老，对癌症和肿瘤也具有一定的预防和治疗效果，因此，该发明的饮料，不但能够吸引客户，还具有保健功效。黄炳琼(2015)发明了一种变色饮料及其加工方法(公开号：CN104957702A)，所述变色饮料包括以下重量份比例的原料：130-160份花青素蔬果汁、5-8份神秘果、30-45份柠檬汁、6-10份松花粉、1-5份琼脂、12-17份甘蔗汁。所述变色饮料的制备方法包括以下步骤：原材料预处理、搅拌制浆、喷雾造粒、干燥、分包装、成品。该发明的产品营养丰富，能补充人体必需的多种维生素和氨基酸，尤其是花青素的存在可以延缓衰老，提高免疫力，尤其适合早餐和下午茶补充能量食用。其变色的特性，使食物具有趣味性，非常浪漫，满足人们日益增长的物质文化需要，尤其是满足了年轻人的审美品位。以上几种发明虽然均涉及果蔬花青素以及变色食品范畴，但是主要实现方式均是通过微胶囊或吸附、洗脱方式实现饮料变色的。与以上几种发明不同，本方法中涉及的变色是通过花青素在双喷头3D打印出的两种材料之间扩散，并在不同环境pH条件下发生的变色，是属于基于3D打印的蓝莓花青素催化实现的自主变色的4D打印范畴，具有不同的变色原理。
钟琴(2015)发明了一种可变色茶制品(公开号：CN105053364A)，包括以下各质量份的组分：制茶植物100份；天然色素0.01份-3.33份；食用碱性添加剂0.5份-25.0份；其中，所述天然色素为石蕊、花青素中的至少一种。饮用时，可通过向茶水中滴入一定滴数的柠檬汁等可食用酸性液体或其他食用碱性物质而达到变色的目的。制成的可变色茶制品口感好，色彩变化丰富，且具有一定的保健作用。还公开了该茶制品的制备方法，方法简单，加工成本低，可增加制茶植物的附加值。与此发明不同，本方法中的变色是基于双喷头果冻3D打印实现的。
张慜等(2018)公开了一种利用浓缩果浆3D打印双色夹心点心的方法(公开号：CN108477540A)，主要用于凝胶类食品的3D打印，涉及食品加工工艺，属新型食品加工领域。该发明首先将两份原料各自充分混合，对其分别进行均质、保温、冷却和装料，随后用双喷头打印机，根据事先做好的双色夹心3D打印模型进行3D打印。该发明采用双喷头3D打印，设计的不同模型，可以将物料打印出不同的空间形状和数量的夹心效果，使食品具有更丰富的口味和视觉效果，实现产品多元化、个性化、自动化的制作。与该方法的3D打印双色点心方法不同，本方法主要涉及富含蓝莓花青素的果冻与柠檬浓浆果冻双喷头3D打印，并通过花青素催化以实现变色4D打印的方法。
发明内容
本方法是在食品3D打印的基础上通过花青素催化以实现变色的4D食品打印方法，可丰富3D打印的食品思路和种类。
本发明的技术方案：
一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，具体如下：
(1)超声波协同真空提取蓝莓花青素：
a、选取新鲜、优质的蓝莓鲜果称重，置于-80℃冰箱冷冻缓化；
b、将盐酸与乙醇配置成花青素提取剂；
c、将冷冻蓝莓鲜果与花青素提取剂按照1：20质量比混合；
d、将提取混合液置于低速匀浆机中匀浆25～35s并转移至真空瓶中，使用真空泵抽取瓶中空气，使瓶中气压维持0.07～0.09MPa、10min以排除提取液中的氧气；
e、将连接真空泵的真空瓶置于50～53.5℃的超声浴中并维持气压0.07～0.09MPa，提取25～30min；
f、将提取液过滤并调整pH至7.0～7.2，冷冻干燥，得到花青素粉末；
(2)载色层物料制备：
g、混合：将步骤(1)蓝莓中提取的花青素粉末、马铃薯淀粉、果胶、香精、纯净水加入到混合机中混合均匀；
h、均质：将步骤g混合好的物料送入均质机中，3.0～3.5MPa下均质10～15min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm；
i、凝胶化：将步骤h所得的物料在53.5℃下保温15～20min；
j、冷却：将步骤i所得的载色层物料冷却至常温后待用；
(3)控色层物料制备：
k、混合：将柠檬浓缩汁、NaCO3、果胶和马铃薯淀粉加入到混合机中混合均匀；
l、均质：将步骤k混合好的物料送入均质机中，3.0～3.5MPa下均质10～15min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm；
m、凝胶化：将步骤l所得的物料在53.5℃下保温15～20min；
n、冷却：将步骤m所得的控色层物料冷却至常温后待用；
(4)装填物料：将步骤(2)和(3)制备的载色层和控色层物料分别装入两个打印料筒内填实，并置于真空度为0.07～0.09MPa的真空腔内脱气排除料筒中的气泡；
(5)打印：采用双喷头3D打印机，根据事先建立好的双色3D打印模型进行双物料3D打印铺设，通过双喷头层层交替铺设多层不同花青素浓度的载色层与不同pH值的控色层物料，最终形成3D形状的彩色果冻。
所述步骤b中，花青素提取剂的匹配比为0.01％HCl、70％乙醇的水溶液。
所述步骤e中，进行超声浴时超声发生装置的参数为20～25kHz、2W/g。
所述步骤f中，冷冻干燥条件为：冷阱温度-80℃，压力220Pa条件下干燥20～24h。
所述步骤g中，原料配方按重量份计为：花青素粉末1～2份、马铃薯淀粉100～150份、果胶10～20份、香精0.1～0.2份、纯净水100份；
所述步骤k中，原料配方按重量份计为：柠檬浓缩汁100份、NaCO3 0～7份、果胶10～20份和马铃薯淀粉75～125份；
马铃薯淀粉糊化后形成的淀粉具有良好的凝胶特性，并且透明度高；果胶为果冻提供弹性和质构特性；柠檬浓缩汁与柠檬精油能够为果冻提供风味和滋味；NaCO3能够调节控色层果冻的pH，以调控颜色变化。所述的香精为白柠檬精油。
所述载色层物料黏度为1500～8000Pa·s，弹性模量为1800～3200Pa，粘性模量为300～500Pa，pH值为5.1～5.2。载色层形成时的颜色按标准Lab表示为：L*＝66.85±2.44，a*＝67.44±2.62，b*＝-34.61±3.65，***。
所述控色层物料黏度为4300～10000Pa·s，弹性模量为2600～9200Pa，粘性模量为320～1000Pa，pH值为2.4～11.2。通过调节控色层的pH值调节最终颜色的变化。最终变色形成的果冻颜色按标准Lab值表示分别为：L*＝59.44±2.76，a*＝67.59±8.81，b*＝36.66±12.86，pH＝2.4时，为红色；L*＝50.43±4.50，a*＝59.66±12.43，b*＝-38.70±6.87，pH＝7时，为紫色；L*＝27.83±4.19，a*＝17.60±6.98，b*＝-31.04±12.26，pH＝11.2时，为蓝色。
所述步骤(5)中，打印速度为20～25mm/s，挤出速度为25～30mm3/s；在打印底层和外壳时，打印速度为正常速度的50％；喷头2与喷头1的相对位置设定为X＝62.5mm，Y＝-0.5mm。双喷头3D打印机喷头直径为0.85mm。
本发明的有益效果：
1、本方法使用超声波协同真空提取蓝莓果中的花青素，在减小花青素氧化的同时能够提高花青素提取效率；
2、蓝莓中提取的花青素具有很好的抗氧化性以及鲜艳的色泽；
3、本发明是在双喷头打印铺设的基础上实现的食品4D变色打印方法；
4、通过3D铺设的不同果冻物料之间能够自发地相互迁移、刺激，以实现变色；
5、通过使用NaCO3调节控色层的pH，最终实现颜色的控制；
6、通过双喷头铺设多层不同的载色层与控色层物料层层交替，最终实现多色变化，使果冻能够同时变化出多种色彩。
7、物料的凝胶化温度为50～53.5℃，在此温度下能够保证马铃薯淀粉充分糊化且花青素损失较小。
具体实施方式
以下是结合具体实例进一步说明本发明。
实施例1：蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法(双色)
选取新鲜、优质的蓝莓鲜果称重，置于-80℃冰箱冷冻缓化。将0.01％盐酸与70％乙醇配置成水溶液作为花青素提取剂。将冷冻蓝莓鲜果与提取剂按照1：20质量比混合，置于低速匀浆机中匀浆25s并转移至真空瓶中，使用真空泵抽取瓶中空气，使瓶中气压维持0.07MPa、10min以排除提取液中的氧气。将连接真空泵的真空瓶置于53.5℃，20kHz、2W/g的超声浴中并维持气压0.07MPa，提取时间25min。提取液过滤并调整pH至7，在冷阱温度-80℃，压力220Pa的条件下冷冻干燥20h。
将100份马铃薯淀粉、1份上述提取的蓝莓花青素粉、20份果胶、100份纯净水以及0.1份白柠檬精油称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.0～3.5MPa均质10min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。将均质后的物料在53.5℃保温15min，冷却至室温，制成载色层物料。载色层形成时的pH＝5.1，淡***(L*＝68.58，a*＝69.30，b*＝-32.03)。
将75份马铃薯淀粉、20份果胶和100份柠檬浓缩汁称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.0MPa均质10min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。将均质后的物料在53.5℃保温15min，冷却至室温制成第一份控色层物料，此时pH为2.4。在第一份控色层物料的基础上添加4份NaCO3，制成第二份控色层物料，此时pH为7。
分别将三种物料装入打印料筒内，填充均匀后置入真空度为0.07MPa的真空腔内脱气排除料筒中的气泡。打印选择直径为0.85mm的喷头，打印速度设定为20mm/s，挤出速率设定为25mm3/s；设定喷头2与喷头1的相对位置为X＝62.5mm，Y＝-0.5mm。在打印产品外壳时将打印速度设置为常规打印速度的50％。喷头1打印载色层物料、喷头2打印交替打印两种控色层物料，将预先设计好的多层3D模型按照载色层-第一份控色层(pH＝2.4)-载色层-第二份控色层(pH＝7)等交替打印铺设成型。打印完成的果冻能够在2min实现淡红(L*＝61.39，a*＝73.81，b*＝45.76)、淡紫(L*＝53.61，a*＝68.45，b*＝-33.85)两种颜色变化。
实施例2：蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法(三色)
选取新鲜、优质的蓝莓鲜果称重，置于-80℃冰箱冷冻缓化。将0.01％盐酸与70％乙醇配置成水溶液作为花青素提取剂。将冷冻蓝莓鲜果与提取剂按照1：20质量比混合，置于低速匀浆机中匀浆35s并转移至真空瓶中，使用真空泵抽取瓶中空气，使瓶中气压维持0.09MPa、10min以排除提取液中的氧气。将连接真空泵的真空瓶置于52℃，20kHz、2W/g的超声浴中并维持气压0.09MPa，提取时间30min。提取液过滤并调整pH至7.2，在冷阱温度-80℃，压力220Pa的条件下冷冻干燥20h。
将150份马铃薯淀粉、10份果胶、2份上述提取的蓝莓花青素粉、100份纯净水以及0.2份白柠檬精油称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质15min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。将均质后的物料在53.5℃保温20min，冷却至室温，制成载色层物料。载色层形成时的pH＝5.2，***(L*＝65.12，a*＝65.59，b*＝-37.19)。
将100份马铃薯淀粉、10份果胶、4份NaCO3和100份柠檬浓缩汁称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质15min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。将均质后的物料在53.5℃保温20min，冷却至室温，制成第一份控色层物料，pH为2.4；在第一份控色层物料的基础上添加4份NaCO3，制成第二份控色层物料，pH为7；在第一份控色层物料的基础上添加7份NaCO3，制成第三份控色层物料，pH为11.2。
分别将4种物料装入打印料筒内，填充均匀后置入真空度为0.09MPa的真空腔内脱气排除料筒中的气泡。打印选择直径为0.85mm的喷头，打印速度设定为25mm/s，挤出速率设定为30mm3/s；喷头1打印载色层物料、喷头2打印交替打印两种控色层物料，将预先设计好的多层3D模型按照载色层-第一份控色层(pH＝2.4)-载色层-第二份控色层(pH＝7)-载色层-第三份控色层(pH＝11.2)等交替打印铺设成型。打印完成的果冻能够在2min实现红(L*＝57.48，a*＝61.36，b*＝27.56)、紫(L*＝47.25，a*＝50.87，b*＝-43.56)、蓝(L*＝24.86，a*＝12.67，b*＝-39.71)三种颜色变化。
实施例3：蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法(六色)
选取新鲜、优质的蓝莓鲜果称重，置于-80℃冰箱冷冻缓化。将0.01％盐酸与70％乙醇配置成水溶液作为花青素提取剂。将冷冻蓝莓鲜果与提取剂按照1：20质量比混合，置于低速匀浆机中匀浆25～35s并转移至真空瓶中，使用真空泵抽取瓶中空气，使瓶中气压维持0.08MPa、10min以排除提取液中的氧气。将连接真空泵的真空瓶置于50℃，20kHz、2W/g的超声浴中并维持气压0.08MPa，提取时间25min。提取液过滤并调整pH至7，在冷阱温度-80℃，压力220Pa的条件下冷冻干燥24h。
将125份马铃薯淀粉、15份果胶、1份上述提取的蓝莓花青素粉、100份纯净水以及0.2份白柠檬精油称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质15min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。将均质后的物料在53.5℃保温20min，冷却至室温，制成第一份载色层物料。第一份载色层形成时的pH＝5.1，淡***(L*＝68.58，a*＝69.30，b*＝-32.03)；在第一份载色层物料的基础上再加入1份上述提取的蓝莓花青素粉，制成第二份载色层物料，层形成时的pH＝5.2，***(L*＝65.12，a*＝65.59，b*＝-37.19)。
将125份马铃薯淀粉、15份果胶和100份柠檬浓缩汁称重，加入到混合机中混合均匀；混合好的物料送入均质机中，3.5MPa均质15min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm。将均质后的物料在53.5℃保温20min，冷却至室温，制成第一份控色层物料，pH为2.4；在第一份控色层物料得基础上添加4份NaCO3，制成第二份控色层物料，pH为7；在第一份控色层物料的基础上添加7份NaCO3，制成第三份控色层物料，pH为11.2。
分别将5种物料装入打印料筒内，填充均匀后置入真空度为0.08MPa的真空腔内脱气排除料筒中的气泡。打印选择直径为0.85mm的喷头，打印速度设定为20mm/s，挤出速率设定为30mm3/s；设定喷头2与喷头1的相对位置为X＝62.5mm，Y＝-0.5mm。在打印产品外壳时将打印速度设置为常规打印速度的50％。将预先设计好的多层3D模型交替打印不同的载色层和控色层铺设成型。打印完成的果冻能够在2min实现淡红(L*＝61.39，a*＝73.81，b*＝45.76)、淡紫(L*＝53.61，a*＝68.45，b*＝-33.85)、淡蓝(L*＝30.79，a*＝22.53，b*＝-22.369)、红(L*＝57.48，a*＝61.36，b*＝27.56)、紫(L*＝47.25，a*＝50.87，b*＝-43.56)、蓝(L*＝24.86，a*＝12.67，b*＝-39.71)六种颜色变化。

Claims (10)

1.一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，具体如下：
(1)超声波协同真空提取蓝莓花青素：
a、选取新鲜、优质的蓝莓鲜果称重，置于-80℃冰箱冷冻缓化；
b、将盐酸与乙醇配置成花青素提取剂；
c、将冷冻蓝莓鲜果与花青素提取剂按照1：20质量比混合；
d、将提取混合液置于低速匀浆机中匀浆25～35s并转移至真空瓶中，使用真空泵抽取瓶中空气，使瓶中气压维持0.07～0.09MPa、10min以排除提取液中的氧气；
e、将连接真空泵的真空瓶置于50～53.5℃的超声浴中并维持气压0.07～0.09MPa，提取25～30min；
f、将提取液过滤并调整pH至7.0～7.2，冷冻干燥，得到花青素粉末；
(2)载色层物料制备：
g、混合：将步骤(1)蓝莓中提取的花青素粉末、马铃薯淀粉、果胶、香精、纯净水加入到混合机中混合均匀；
h、均质：将步骤g混合好的物料送入均质机中，3.0～3.5MPa下均质10～15min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm；
i、凝胶化：将步骤h所得的物料在53.5℃下保温15～20min；
j、冷却：将步骤i所得的载色层物料冷却至常温后待用；
(3)控色层物料制备：
k、混合：将柠檬浓缩汁、NaCO3、果胶和马铃薯淀粉加入到混合机中混合均匀；
l、均质：将步骤k混合好的物料送入均质机中，3.0～3.5MPa下均质10～15min，使均质后的物料颗粒粒径小于20μm；
m、凝胶化：将步骤l所得的物料在53.5℃下保温15～20min；
n、冷却：将步骤m所得的控色层物料冷却至常温后待用；
(4)装填物料：将步骤(2)和(3)制备的载色层和控色层物料分别装入两个打印料筒内填实，并置于真空度为0.07～0.09MPa的真空腔内脱气排除料筒中的气泡；
(5)打印：采用双喷头3D打印机，根据事先建立好的双色3D打印模型进行双物料3D打印铺设，通过双喷头层层交替铺设多层不同花青素浓度的载色层与不同pH值的控色层物料，最终形成3D形状的彩色果冻。
2.根据权利要求1所述的一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，所述步骤b中，花青素提取剂的匹配比为0.01％HCl、70％乙醇的水溶液；所述步骤e中，进行超声浴时超声发生装置的参数为20～25kHz、2W/g；所述步骤f中，冷冻干燥条件为：冷阱温度-80℃，压力220Pa条件下干燥20～24h。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，所述步骤g中，原料配方按重量份计为：花青素粉末1～2份、马铃薯淀粉100～150份、果胶10～20份、香精0.1～0.2份、纯净水100份；所述步骤k中，原料配方按重量份计为：柠檬浓缩汁100份、NaCO30～7份、果胶10～20份和马铃薯淀粉75～125份。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，所述载色层物料黏度为1500～8000Pa·s，弹性模量为1800～3200Pa，粘性模量为300～500Pa，pH值为5.1～5.2；载色层形成时的颜色按标准Lab表示为：L*＝66.85±2.44，a*＝67.44±2.62，b*＝-34.61±3.65，***。
5.根据权利要求3所述的一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，所述载色层物料黏度为1500～8000Pa·s，弹性模量为1800～3200Pa，粘性模量为300～500Pa，pH值为5.1～5.2；载色层形成时的颜色按标准Lab表示为：L*＝66.85±2.44，a*＝67.44±2.62，b*＝-34.61±3.65，***。
6.根据权利要求1、2或5所述的一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，所述控色层物料黏度为4300～10000Pa·s，弹性模量为2600～9200Pa，粘性模量为320～1000Pa，pH值为2.4～11.2；通过调节控色层的pH值调节最终颜色的变化；最终变色形成的果冻颜色按标准Lab值表示分别为：L*＝59.44±2.76，a*＝67.59±8.81，b*＝36.66±12.86，pH＝2.4时，为红色；L*＝50.43±4.50，a*＝59.66±12.43，b*＝-38.70±6.87，pH＝7时，为紫色；L*＝27.83±4.19，a*＝17.60±6.98，b*＝-31.04±12.26，pH＝11.2时，为蓝色。
7.根据权利要求3所述的一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，所述控色层物料黏度为4300～10000Pa·s，弹性模量为2600～9200Pa，粘性模量为320～1000Pa，pH值为2.4～11.2；通过调节控色层的pH值调节最终颜色的变化；最终变色形成的果冻颜色按标准Lab值表示分别为：L*＝59.44±2.76，a*＝67.59±8.81，b*＝36.66±12.86，pH＝2.4时，为红色；L*＝50.43±4.50，a*＝59.66±12.43，b*＝-38.70±6.87，pH＝7时，为紫色；L*＝27.83±4.19，a*＝17.60±6.98，b*＝-31.04±12.26，pH＝11.2时，为蓝色。
8.根据权利要求4所述的一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，所述控色层物料黏度为4300～10000Pa·s，弹性模量为2600～9200Pa，粘性模量为320～1000Pa，pH值为2.4～11.2；通过调节控色层的pH值调节最终颜色的变化；最终变色形成的果冻颜色按标准Lab值表示分别为：L*＝59.44±2.76，a*＝67.59±8.81，b*＝36.66±12.86，pH＝2.4时，为红色；L*＝50.43±4.50，a*＝59.66±12.43，b*＝-38.70±6.87，pH＝7时，为紫色；L*＝27.83±4.19，a*＝17.60±6.98，b*＝-31.04±12.26，pH＝11.2时，为蓝色。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，打印速度为20～25mm/s，挤出速度为25～30mm3/s；在打印底层和外壳时，打印速度为正常速度的50％；喷头2与喷头1的相对位置设定为X＝62.5mm，Y＝-0.5mm；双喷头3D打印机喷头直径为0.85mm。
10.根据权利要求6所述的一种利用蓝莓花青素自发变色实现彩色果冻4D打印的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，打印速度为20～25mm/s，挤出速度为25～30mm3/s；在打印底层和外壳时，打印速度为正常速度的50％；喷头2与喷头1的相对位置设定为X＝62.5mm，Y＝-0.5mm；双喷头3D打印机喷头直径为0.85mm。
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