脫脂大豆粉也能3D打印？
時間：2022-08-10 11:15 來源：未知 作者：admin 閱讀：次
導讀：3DFP代表了一種創新技術，可以打印具有精細結構和復雜形狀的食品，這是使用其他制造技術難以實現的。使用
3DFP 制作的食品可以根據個人健康狀況和喜好在營養價值、口味、質地和外觀方面進行定制。研究人員已廣泛研究基于擠出的印刷以使用 3DFP
制備食品。在這種技術中，食品材料通過計算機控制的噴嘴擠出打印各種形狀的食品。半固態或糊狀的不同類型的食品可用作擠出式打印機中的墨水。那么脫脂大豆粉在3D打印中的表現如何呢？
2022年8月，南極熊獲悉最近發表在《食品工程雜志》上的一篇論文展示了在3D食品打印機 (3DFP) 中使用脫脂大豆粉 (DSF) 打印具有所需質量和形狀的食品的可行性。研究人員研究了脫脂大豆粉在3D食品打印機的適用性，以及研磨方法對3D打印食品的可打印性和質量的影響。
背景
3D打印食物主要有以下幾個步驟：使用3D計算機輔助設計 (CAD) 預先設計食物形狀，然后使用切片器軟件將其轉換為幾何代碼 (G-code)，以控制噴嘴運動、分配速度和行進速度，最后加載到打印機中。脫脂大豆含有 25-30% 的碳水化合物和 50% 的蛋白質，是高膳食纖維和其他營養物質的極好來源，但它們作為食品成分的用途仍然有限。 DSF 被認為適合作為 3DFP 的原材料，因為它價格低廉且具有很高的營養價值。然而，直到現在還沒有進行調查在 3DFP 中使用 DSF 的可行性的研究。
此外，食品材料（例如基于擠出的 3DFP 中的 DSF 糊劑）的可打印性取決于形成3D模型并在打印后在特定時間內保持其形狀的能力。食品材料的打印參數和流變特性對打印適性有重要影響。例如，食品材料必須表現出剪切稀化行為和足夠的流動性，以便通過打印機噴嘴輕松擠出，并且具有必要的機械強度來支撐它們的重量和頂層的重量。DSFs的物理化學性質因其生產方法和粒徑的相關變化而不同。然而，尚未進行任何研究來評估 DSF 的可打印性和粒徑之間的關系。
研究
在這項研究中，研究人員使用錘磨機和氣流粉碎機對脫脂大豆進行研磨，生產出不同粒徑的 DSF，并研究了不同粒徑對 DSF 糊的適印性和理化性質以及打印物表面結構和質地的影響。本研究的主要原料是短直徑和長直徑分別為 2 mm 和 4 mm 的顆粒狀脫脂大豆。使用包含 12 個可移動錘的錘磨機和噴射磨機分別獲得具有粗顆粒和細顆粒的 DSF。將 DSF與蒸餾水手動混合 5 分鐘，以制備 DSF 糊狀物，用作食品打印機中的油墨。制備的漿料中的水含量保持在 74、72、70 和 68% wb，以確保漿料的適印性。
研究人員進行了研磨粉末的粒度分布測量和 DSF 糊劑的流變測量，并評估了基于螺桿擠出機的3DFP對使用DSF糊劑進行3D打印食品的適用性。使用干粉系統模塊獲得了 90% (D 90 )、50% (D 50 ) 和 10% (D 10 ) 粒徑的累積體積。
研究人員了一個 10 毫米高、10 毫米內徑和 20 毫米外徑的空心圓柱體的 3D 模型。可打印性是通過評估外觀并使用卡尺測量打印結構的直徑和高度并將它們與最初設計的模型進行比較來確定的。研究人員將損耗模量、儲能模量和復數粘度作為頻率的函數同時還分析了 3D 打印食品的表面結構和表面輪廓。
結論和展望
●使用螺旋式 3DFP 和 DSF 漿料作為原材料/打印機墨水成功地對食品進行 3D 打印。脫脂大豆研磨后的粒度分布形狀接近正態分布。然而，與使用錘磨機制備的 DSF 相比，在使用噴射磨機制備的 DSF 中觀察到更高比例的細顆粒。因此，氣流粉碎機更適合制備顆粒更細、均勻度更高的粉末。
●DSF 漿料由彈性凝膠狀結構組成，使其在3D打印后能夠保持其形狀。漿料的損耗模量和儲能模量隨著含水量的增加而降低，導致DSF漿料的粘度和強度降低。與從較細 DSF 獲得的漿料相比，當水分含量為 68-74% wb 時，在由較粗 DSF 生產的 DSF 漿料中觀察到更高的損耗和儲能模量。此外，DSF 漿料的復數粘度隨著頻率的升高呈線性下降。
●DSF 漿料的剪切變稀行為，是從 3DFP 噴嘴擠出漿料所必需的。此外，粗 DSF 的復數粘度比細 DSF 高，并且隨著水分含量的增加，差異增加。這些流變特性的差異影響了打印性能。
●具有較細顆粒和 70-74% 水分含量的 DSF 漿料的可打印性與具有較粗顆粒的漿料相比更高，使其適用于在實際應用中改善打印食品的外觀。當水分含量低于 70% 時，漿料的硬度沒有顯著差異。然而，當水分含量高于70%時，硬度會發生變化，與水分含量為 72%的較粗 DSF 相比，較細的 DSF 顯示出更高的硬度。在質地特性中也觀察到這些變化，在 70% wb 水分含量的較粗 DSF 中觀察到較高的粘性、內聚性和粘附性。
此外，由于顆粒尺寸之間紋理分布的變化，打印樣品的表面結構因 DSF 顆粒尺寸而異，用更細的 DSF 打印的樣品具有更少的凹凸和光滑的表面結構。總而言之，這項研究的結果有效地證明了更精細的 DSF 可以有效地用于 3DFP 打印具有所需形狀、質量和外觀的食品。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2022.111237
2022年8月，南極熊獲悉最近發表在《食品工程雜志》上的一篇論文展示了在3D食品打印機 (3DFP) 中使用脫脂大豆粉 (DSF) 打印具有所需質量和形狀的食品的可行性。研究人員研究了脫脂大豆粉在3D食品打印機的適用性，以及研磨方法對3D打印食品的可打印性和質量的影響。
背景
3D打印食物主要有以下幾個步驟：使用3D計算機輔助設計 (CAD) 預先設計食物形狀，然后使用切片器軟件將其轉換為幾何代碼 (G-code)，以控制噴嘴運動、分配速度和行進速度，最后加載到打印機中。脫脂大豆含有 25-30% 的碳水化合物和 50% 的蛋白質，是高膳食纖維和其他營養物質的極好來源，但它們作為食品成分的用途仍然有限。 DSF 被認為適合作為 3DFP 的原材料，因為它價格低廉且具有很高的營養價值。然而，直到現在還沒有進行調查在 3DFP 中使用 DSF 的可行性的研究。
此外，食品材料（例如基于擠出的 3DFP 中的 DSF 糊劑）的可打印性取決于形成3D模型并在打印后在特定時間內保持其形狀的能力。食品材料的打印參數和流變特性對打印適性有重要影響。例如，食品材料必須表現出剪切稀化行為和足夠的流動性，以便通過打印機噴嘴輕松擠出，并且具有必要的機械強度來支撐它們的重量和頂層的重量。DSFs的物理化學性質因其生產方法和粒徑的相關變化而不同。然而，尚未進行任何研究來評估 DSF 的可打印性和粒徑之間的關系。
研究
在這項研究中，研究人員使用錘磨機和氣流粉碎機對脫脂大豆進行研磨，生產出不同粒徑的 DSF，并研究了不同粒徑對 DSF 糊的適印性和理化性質以及打印物表面結構和質地的影響。本研究的主要原料是短直徑和長直徑分別為 2 mm 和 4 mm 的顆粒狀脫脂大豆。使用包含 12 個可移動錘的錘磨機和噴射磨機分別獲得具有粗顆粒和細顆粒的 DSF。將 DSF與蒸餾水手動混合 5 分鐘，以制備 DSF 糊狀物，用作食品打印機中的油墨。制備的漿料中的水含量保持在 74、72、70 和 68% wb，以確保漿料的適印性。
研究人員進行了研磨粉末的粒度分布測量和 DSF 糊劑的流變測量，并評估了基于螺桿擠出機的3DFP對使用DSF糊劑進行3D打印食品的適用性。使用干粉系統模塊獲得了 90% (D 90 )、50% (D 50 ) 和 10% (D 10 ) 粒徑的累積體積。
研究人員了一個 10 毫米高、10 毫米內徑和 20 毫米外徑的空心圓柱體的 3D 模型。可打印性是通過評估外觀并使用卡尺測量打印結構的直徑和高度并將它們與最初設計的模型進行比較來確定的。研究人員將損耗模量、儲能模量和復數粘度作為頻率的函數同時還分析了 3D 打印食品的表面結構和表面輪廓。
結論和展望
●使用螺旋式 3DFP 和 DSF 漿料作為原材料/打印機墨水成功地對食品進行 3D 打印。脫脂大豆研磨后的粒度分布形狀接近正態分布。然而，與使用錘磨機制備的 DSF 相比，在使用噴射磨機制備的 DSF 中觀察到更高比例的細顆粒。因此，氣流粉碎機更適合制備顆粒更細、均勻度更高的粉末。
●DSF 漿料由彈性凝膠狀結構組成，使其在3D打印后能夠保持其形狀。漿料的損耗模量和儲能模量隨著含水量的增加而降低，導致DSF漿料的粘度和強度降低。與從較細 DSF 獲得的漿料相比，當水分含量為 68-74% wb 時，在由較粗 DSF 生產的 DSF 漿料中觀察到更高的損耗和儲能模量。此外，DSF 漿料的復數粘度隨著頻率的升高呈線性下降。
●DSF 漿料的剪切變稀行為，是從 3DFP 噴嘴擠出漿料所必需的。此外，粗 DSF 的復數粘度比細 DSF 高，并且隨著水分含量的增加，差異增加。這些流變特性的差異影響了打印性能。
●具有較細顆粒和 70-74% 水分含量的 DSF 漿料的可打印性與具有較粗顆粒的漿料相比更高，使其適用于在實際應用中改善打印食品的外觀。當水分含量低于 70% 時，漿料的硬度沒有顯著差異。然而，當水分含量高于70%時，硬度會發生變化，與水分含量為 72%的較粗 DSF 相比，較細的 DSF 顯示出更高的硬度。在質地特性中也觀察到這些變化，在 70% wb 水分含量的較粗 DSF 中觀察到較高的粘性、內聚性和粘附性。
此外，由于顆粒尺寸之間紋理分布的變化，打印樣品的表面結構因 DSF 顆粒尺寸而異，用更細的 DSF 打印的樣品具有更少的凹凸和光滑的表面結構。總而言之，這項研究的結果有效地證明了更精細的 DSF 可以有效地用于 3DFP 打印具有所需形狀、質量和外觀的食品。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2022.111237
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