1. 研究目的与意义
随着人类社会的不断进步和发展，人们的生活质量也不断提高，不再只局限于吃饱，而是要吃好，不仅对食物的味道有很高的要求，也更加注重食物的外观和营养组成。3D打印作为一种新兴的加工方法,在食品制造领域受到越来越多的关注。3D打印技术可以直接根据计算机中的图形数据生成食物形状，在不需要模具的情况下就可以加工食物。作为一种新兴的食品加工技术，其集成了数字化技术和食品加工技术等多种技术，具有个性化、营养、安全、形状多样等优点，能够根据配方和营养成分的不同对食品营养组分进行优化，方便快捷制造出可满足不同人群需求的健康食品，如低糖、低盐和高维生素等，丰富食品种类，改善食品品质，满足人们对食物的外观和营养的要求。[1]
食品3D打印过程中，食品材料可能会因自身重量发生崩塌、变形，所以对打印材料有一定的要求，打印材料应具有良好支撑性和稳定性，从而保证3D打印产品具有良好的三维空间结构。[2]作为人类饮食中最重要的碳水化合物之一，也是自然界中最常见的碳水化合物之一，淀粉被广泛用作许多食品配方中的增稠剂和胶凝剂。糊化淀粉糊表现出剪切稀化行为和对所施加剪切应变的即时响应，易于从3D打印机的细喷嘴中挤出。最后，取决于来源和改性方法，淀粉水凝胶可表现出良好的可印刷性。淀粉在糊化过程中发生分子间相互作用，使淀粉凝胶体系具有一定的粘度、流变性能和成型性，符合三维打印对材料的基本要求。将淀粉添加到不可打印的食品材料中，可以使其具有打印性。其中，马铃薯淀粉具有良好的保水性、透明性和抗老化性，是食品3D打印技术最有前途的增稠剂之一。[3]综上，淀粉在3D打印技术中有很广泛的应用，且淀粉老化时间对打印效果有很大影响。因此，选用了G50,G80和普通玉米淀粉来研究淀粉老化时间对3D打印精度的影响。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：淀粉老化时间对3D打印精度的影响
拟解决的关键问题：分别研究普通玉米淀粉，G50，G80几种淀粉在不同老化时间打印精度的变化。
写作提纲： 1.选择合适的几种淀粉在合适的浓度下不同老化时间对打印精度的影响 。2.测定相关数据完成图表绘制和论文写作。
3. 国内外研究现状
早在2006年，美国高中生诺伊#8226;沙尔就用改进后的Fab打印机，打印出了肯塔基州形状的巧克力。2011年7月，英国埃克塞特大学的研究人员开发出世界上第一款使用液态巧克力作为“油墨”的3D巧克力打印机，并于2012年4月推向市场[4]。2013年5月，NASA批准一项12．5万美元的资助计划，授权一名机械工程师及其公司(Systems＆amp;MaterialsＲesearchCorporation)研制新型3D打印机，使太空中的宇航员可以打印出巧克力等食物［5］。2010年，Hao等开发了一种新的被称为“巧克力增层制造(chocolateadditivelayermanufacture，ChocALM)”的制造方法，即采用逐层叠加的方式制备个性化的三维巧克力产品[6]。研究结果表明，喷嘴孔径、喷嘴距离加工床面的高度、挤压速度、轴运动速度等工艺参数是决定产品几何精度的关键参数。2014年3月，全球最大3D打印机制造商之一的3DSystems公司，在SXSW音乐节上推出了3D打印糖果，并分发给了与会者。这些糖果五颜六色，由该公司的ChefJet系列打印机打印出，使用了糖、水、酒精作为3D打印的原材料，尝起来有甜味和水果味。ChefJet系列打印机能够利用砂糖、巧克力和奶油等原料打印出糖果和巧克力，打印产品主要面向高端面包店和蛋糕店。跳跳糖、宝塔糖和娃娃脸雪糕等现在也可用3D打印机制作出来。砂糖3D打印机CandyFab4000可以通过喷射加热过的砂糖，直接做出具有各种形状、美观又美味的甜品。2010年12月，美国康奈尔大学的科研人员研制出3D食物打印机，只要把奶酪、巧克力和蛋糕糊等食材“墨水”预先放进一组注射器内，再下载食谱软件“FabApp”，机器便会依照CAD软件提供的电子图纸，将注射器内各种食材“墨水”按照行列、层叠顺序依次“打印”出立体食物。使用者可利用电子图纸控制食物的风味、质地和其他特性。目前已成功“打印”出嵌入字母的小甜饼和杯形蛋糕［4，8］。2014年1月，西班牙Natu-ralMachines公司发明了一款名为“Foodini”的3D食物打印机，能制作汉堡、比萨、意大利面和各类蛋糕等食物。Foodini内设的五个胶囊可用来储存不同食材。在使用Foodini时，首先把新鲜食材搅拌成的泥状材料装入胶囊内，然后在该设备的控制面板上选择想要做的食物图标就可启动制作。Foodini上有6个喷嘴，可以通过不同的组合，制作出各种各样的食物。用户可通过Foo-dini自主决定食物的形状、高度、体积等，不仅能做出扁平的饼干，也能完成巧克力塔，甚至还能在食物上完成卡通人物等造型。Foodini不能烹煮食物，用户需把打印好的食物加热煮熟后才能享用。此外，还有用3D打印机制作曲奇饼干的报道［7］。福建省某食品有限公司利用3D打印技术做出色彩缤纷的个性化饼干，受到儿童和年轻女孩的喜爱，市场销路非常好［8］。
国内目前对淀粉质3D打印的研究的研究仍处于起步阶段。仪淑敏，梁丰等以金线鱼鱼糜为研究对象,通过添加木薯淀粉能使鱼糜制品的凝胶特性得到改善,持水性和弹性得以提升,实验从表观黏度和流变特性(输送难易程度)、打印效果(外观形貌、定型性)、鱼糜制品凝胶特性3个方面研究了木薯淀粉对金线鱼鱼糜3D打印效果的影响。周浩宇，张鹏辉等研究了 8 种不同蛋白质含量小麦面粉的理化特性、糊化特性、混合特性、流变特性及其与 3D打印特性的关系。结果显示，蛋白质含量对小麦面粉的 3D 打印特性有显著影响，蛋白质含量9%-10%时打印效果较好，制品整体规则、表面平整、纹路清晰，与模型的符合度较高。面团的损耗模量 G＂影响其挤出行为，而储能模量 G''影响其支撑三维结构的能力，ZY 原味小麦粉面团的损耗角正切值 tan δ 大，有利于面团挤出成型；XL 中式面点粉储能模量 G''较大，有利于面团打印后保持自身的形状。在选用的 8 种小麦面粉中，XL 中式面点粉的蛋白质含量为 9.33%，打印误差仅为 0.26%。打印制品蒸制熟化后在 X 和 Y 轴长度略有增加，但 Z 轴略有减小，且发生一定程度的褐变。研究表明，小麦面粉作为 3D 打印材料是可行的，这有利于拓展 3D 打印技术在食品领域的推广应用。
4. 计划与进度安排
计划概要：
研究计划安排：2022年11月初--2022年5月
（一）十一月初至一月中旬 ：确定论文选题，阅读课题相关文献，并撰写开题报告。
5. 参考文献
[1]田周萍;黄鹭强.3D食品打印技术的应用状况与发展趋势[J].福建轻纺,2021,No.384,24-28 32.
[2]戴妍;袁莹;张静;任小利;李鹏熙;常海军.食品3D打印技术在现代食品工业中的应用进展[J].食品工业科技,1-13.
[3]张鹏辉;周浩宇;聂远洋;李波.原料特性及打印参数对食品3D打印制品品质的影响[J].食品与机械,2021,v.37;No.236,225-229.
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