神经网络-遗传算法对杏鲍菇粉3D打印的建模与优化

【目的】食品3D打印技术是食品领域具有发展前景的新技术,但是打印过程影响因素多,存在打印参数确定困难、打印精度预测能力差等问题。寻找有效建模方法,对杏鲍菇粉3D打印参数进行寻优,以确定最佳3D打印条件。【方法】本研究采用杏鲍菇粉和刺槐豆胶为3D打印原料,以单因素试验为基础,通过中心组合试验设计,研究喷嘴直径、打印高度、喷嘴移动速度和填充率4个关键的工艺参数对杏鲍菇粉3D打印精度的影响,并在此基础上采用响应面法和神经网络-遗传算法分别建模分析,确定3D打印的工艺参数。【结果】单因素试验及中心组合试验结果表明,影响3D打印精度的主要因素从大到小顺序为填充率、喷嘴直径、喷嘴移动速度、打印高度。响应面法和神经网络-遗传算法均可用于杏鲍菇粉3D打印参数优化,但是优化效果不同。响应面法的决定系数R^(2)值、均方根误差、相对误差、预测最优值分别为0.8817、0.2314、72.73%、0.148;神经网络-遗传算法的决定系数R^(2)值、均方根误差、相对误差、预测最优值分别为0.9389、0.2269、33.85%、0.215。比较模型参数可得,神经网络-遗传算法的决定系数R^(2)值较高,均方根误差、相对误差较低,比响应面法拟合能力更好,同时其预测最优值较高,具有更好的预测能力。神经网络-遗传算法比响应面法更适合于杏鲍菇粉3D打印参数工艺的优化。采用神经网络-遗传算法获得以杏鲍菇为原料的3D打印最佳工艺参数条件为:喷嘴直径1.2 mm、打印高度1.1 mm、喷嘴移动速度24 mm·s^(-1)、填充率84%。经过试验验证,神经网络-遗传算法确定的最优参数打印样品偏差为0.325,优于响应面的实际打印偏差0.550。【结论】本研究结果表明神经网络-遗传算法可以有效确定3D打印过程最优工艺参数,准确预测食品3D打印产品的精度,可作为农产品及食品个性化3D打印工艺参数优化的一种有效便捷方法。

蛋白质3D食品打印研究进展

综述了3D食品打印(Three-dimensional food printing,3D-FP)的应用及发展,从不同角度探讨了用于3D-FP的蛋白质凝胶形成原理及影响要素,进而总结了蛋白质打印油墨组分间的相互作用以及其对蛋白质凝胶理化特性、打印特性的影响,以期为深入应用凝胶品质调控、创新开发新型蛋白质3D-FP产品提供理论依据。

3D打印技术在食品行业的研究应用和发展前景

3D打印作为一项新兴的快速成型技术,按照"逐层打印,堆叠成型"生产产品,具有方便、灵活、速度快、精度高等特点,在航天、医学、食品、建筑、生化、工业、文物保护、配件饰品等诸多领域得以广泛应用。简要介绍3D打印技术的原理和材料使用情况,对其应用进展进行综述。重点阐述3D打印技术在食品行业的研究应用,介绍3D食品打印机的特点,对其潜在问题进行详细分析并作出建议,对3D打印技术的发展前景作出展望,旨在为3D打印技术在食品行业的研究应用提供理论参考。

挤出型食品3D打印技术研究进展

近5年来,食品3D打印技术得到了广泛研究.未来食品产业迫切需要朝着实现个性化定制、精细结构制造和辅助新原料重组的方向发展.挤出型食品3D打印是食品3D打印中研究最全面且发展较为成熟的一种.本文介绍了挤出型食品3D打印技术的原理,从食品物料可打印性和固化特性两方面分析了食品3D打印技术的研究现状,重点讨论了打印“墨水”在满足精准打印和快速成型方面所需要达到的要求,展望了挤出型3D打印技术的发展趋势及未来可能面临的挑战,为我国食品3D打印技术的提升及产业化推进提供参考.

外啮合齿轮3D食品打印机挤出机构的设计

为了解决3D食品打印机存在的不连续打印、挤出机构结构复杂等问题,提出了一种外啮合齿轮挤出机构;阐述了各挤出机构类型的优缺点;描述了外啮合齿轮挤出机构的结构及工作原理;组建3D实验打印控制平台并进行实验测试,实验结果表明该机构具有定量挤出、连续打印,结构简单、运行平稳、加料方便等优势。

3D打印加工荷载绿原酸水凝胶体系的适印性和适用性

3D食品打印(3-dimensional food printing,3DFP)是一种符合未来生活方式的高效食品加工方式。水凝胶作为递送体系因具有能够定向递送等特点而成为研究的热点。本研究对荷载绿原酸(chlorogenic acid,CA)水凝胶体系进行3DFP,测定其质构特性、流变特性、微观结构、包埋率及消化特性,探究3DFP加工对荷载CA甲基纤维素/透明质酸水凝胶体系结构性质、物化性质、功能性质等的影响,揭示水凝胶在3DFP加工适印性和适用性规律。结果表明,满足3DFP加工的最佳荷载CA水凝胶体系为甲基纤维素-透明质酸-CA质量比8∶0.5∶0.5。与其他配比及3DFP加工前样品相比,该体系经3DFP加工后的3D打印物宽度偏差最小,为13.40%,硬度最高,弹性最大,且黏附性最小;此外,该体系3D打印物结构紧密、孔隙均匀、不易塌陷、支撑性好,打印成型性最好。3DFP加工对水凝胶物理结构有良好的优化效果,而且不会改变水凝胶的化学性质;CA包埋率比3D打印前提高了22.09个百分点;在胃肠消化模拟中,3DFP加工后样品CA释放率高于3DFP加工前样品CA释放率,具有良好缓释作用,其体外释放情况符合Ritger-Peppas方程模型。综上,该水凝胶体系具有良好的适印性和适用性,3DFP加工对荷载CA水凝胶及其功能因子CA靶向释放有显著改善效果。

外啮合齿轮3D食品打印挤出机构的制作与调试

文章设计了一种外啮合齿轮3D食品打印挤出机构,展示了外啮合齿轮挤出机构的结构,描述了外啮合齿轮挤出机构主要组件的设计过程,阐述了外啮合齿轮挤出机构组装与调试过程。

浅析现代科技条件下食品行业中的快食品与慢生活——基于食品3D打印新技术的思考

现代科技催生了快生活,日益加快的生活节奏使人们对快食品的需求量越来越大、质量要求也越来越高。食品3D打印新技术,既满足了人们对快食品要求,又与人们希望的慢生活的价值诉求相一致,实现了科技与生活的和谐统一。

基于果蔬原料的食品3D打印技术及其应用

作为新兴数字化生产技术,3D打印技术已在许多领域中被广泛应用。其在食品领域中的应用可满足人们对食品定制化、个性化营养和数字化营养的需求,能进一步简化食品供应链体系,拓宽食材来源。水果和蔬菜富含多种营养素,是人类饮食的重要组成部分。相对于面团、巧克力、肉糜等食材,水果和蔬菜具有含水量高、难成形、易褐变的特点,因此很难实现直接3D打印。为了更好地了解水果和蔬菜在食品3D打印领域的应用情况,本文从食品3D打印的原料特性要求、果蔬原料特性以及3D打印果蔬材料的加工技术等方面进行了综述,并对其发展趋势作出展望。

原料特性及打印参数对食品3D打印制品品质的影响

综述了淀粉类、亲水胶体类、肉类等食材的3D打印特性,分析了打印温度、打印速度、内部填充率、打印喷头直径等打印参数对3D打印制品品质的影响。

激光烹饪3D打印食物

当前,一场新的饮食潮流正在向人们走来——这场潮流从3D食品打印机开始,正带领人们走向一个数字烹饪的未来。

3D打印技术在食品行业中的应用研究进展

为研究3D食品打印材料的设计,回顾了3D打印技术应用,并着重讨论食品材料性能如何起作用,如何通过合理设计3D食物结构来满足3D食品打印的可行性,可后续加工性。对3D打印技术的发展前景做出展望,旨在为3D打印技术在食品行业的研究应用提供理论参考。

3D打印技术在食品行业中的应用研究

本研究主要介绍3D打印技术在食品行业中的应用。通过对热熔挤出法、选择性镭射烧结、黏着剂喷胶成型技术和喷墨食品打印等4种与3D食品打印相关的技术进行分析,总结出这4种技术的特点和优缺点,并在技术层面详细讨论了配方修改、设备修改和食品印刷工艺调整,同时也对3D食品打印技术潜在的机会、面临的挑战及可能存在的伦理和社会问题进行分析。从本质上讲,3D打印技术为个性化营养和定制饮食配方提供了工程解决方案,将微胶囊技术集成到3D打印中是其未来发展方向之一,这有助于保持活性化学品的保质期、简化目前功能性食品的制造工艺、提高功能性成分的稳定性。

双凝胶在食品领域:从组成到应用

双凝胶是油凝胶和水凝胶在一定温度下剪切混合制成的双相体系。作为一种两亲性半固体制剂,双凝胶具有良好的稳定性、包埋特性、加工特性等,引起了人们的广泛关注。双凝胶在替代传统固体脂肪,提高复合食品的营养价值以及递送生物活性物质方面有巨大的潜力。本文综述了双凝胶的组成及合成方法,并梳理了双凝胶的种类,总结了双凝胶在食品领域的主要应用进展,并展望其发展前景,以期为双凝胶在食品领域的进一步研究和应用提供一定的指导。

对称啮合双螺杆式3D食品挤出机构的设计

为解决3D食品打印机存在打印容量小、不能连续加料和挤出效率低等问题,提出一种新型对称啮合双螺杆式3D食品挤出机构。该机构采用双螺杆对称放置的结构方案,通过啮合双螺杆异向旋转的挤压作用力输送物料;利用ABAQUS有限元分析软件对部分关键挤出流道进行流动应力分析,验证方案设计的合理性;并搭建3D打印实验平台进行实验测试,实验结果表明该新型对称啮合双螺杆式3D食品挤出机构具有可连续打印、挤出量大和运行平稳等优点。

魔芋胶对蓝莓凝胶体系3D打印特性的影响

采用质构分析、流变特性测试、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱等技术,探究魔芋胶对蓝莓果浆凝胶体系3D打印特性的影响。结果表明,魔芋胶对蓝莓凝胶体系的3D打印效果、质构特性、流变特性及微观结构均有明显影响。蓝莓果浆、果胶、魔芋胶、蔗糖的质量分别为22.5(体积为20 mL,固形物质量分数为11.89%)、4、2、1 g时,获得的凝胶体系具有较好的3D打印效果,打印的样品还原度较高。本研究可以为利用3D打印技术开发食品提供技术参考,为数字化食品设计和营养控制提供解决方案。

马铃薯淀粉对豌豆蛋白3D打印材料结构及特性的影响

为开发以豌豆蛋白为基料的3D食品打印材料,探讨马铃薯淀粉对豌豆蛋白在3D打印可行性方面的作用规律及机理,通过SEM、XRD、FT-IR、DSC等方法,对豌豆蛋白3D打印材料的结构和性能进行分析。结果表明,马铃薯淀粉的添加对豌豆蛋白3D打印材料颗粒的结构、性质和3D打印可行性都有显著影响,改变了3D打印物的表面光滑度。可打印的3D打印材料配方豌豆蛋白含量范围为50%~75%。其中最佳的3D打印材料配方豌豆蛋白含量为50%,3D打印物成型效果好,造型逼真,表面光滑度高。此研究为3D食品打印材料的发展提供了参考,为实际生产豌豆蛋白3D打印材料提供了理论指导、工艺参考和技术支持,具有重大理论研究价值和实际应用意义。

Bigels双凝胶制备的影响因素及其在食品中的应用

Bigels双凝胶是由水凝胶和有机(油)凝胶结合而产生的一种新型双相体系,兼具水相和有机相的特点,表现出比单一凝胶更好的性能,具有既能递送亲水性物质又能递送疏水性物质、易于制备、良好的铺展性、良好的物理稳定性、较长的保质期等优点。近些年,Bigels双凝胶得到了广泛关注,越来越多的研究表明Bigels在食品领域具有广泛的应用前景。本文简要概括了Bigels的结构,以及Bigels双凝胶制备过程中凝胶剂种类及浓度、水相和有机相比例、均质条件等几种主要因素对双凝胶理化性质的影响,并探讨了食品领域中Bigels在生物活性物质的递送、3D食品打印、脂肪替代等方面的应用,有助于双凝胶Bigels在食品行业中的深入研究与应用。

基于巧克FDM力工艺的3D打印技术的研究

现如今人民生活水平不断提高,巧克力的消费呈现数量的增长,同时食品个性化定制需求旺盛。3D打印技术的成熟和灵活性正符合满足个性化的需求。食品3D打印技术应用于巧克力定制这一领域,其融化与成型处理尤为关键。文章针对巧克力这种食品材料进行分析,确定巧克力打印成型的最佳条件;选取带有加热环的喷头作为热源,打印机左右两侧加装的半导体制冷器作为冷源;通过Fluent软件对3D打印机的喷头和打印机成型室进行建模分析,确定了适合巧克力3D打印的加热设备的有效发热功率为5W;在其基础上匹配半导体制冷系统的有效制冷功率为12W较为合理。在理论的基础上进行巧克力3D打印对比实验,与仿真结果相一致。

一种气动活塞式3D巧克力打印头设计

随着3D打印技术的发展,其应用领域从传统的工业设计逐渐扩展到建筑、医疗、食品等行业。本文以食品行业中的3D巧克力打印为前提,概述了3D巧克力打印的现状,根据目前市面上常见的3D巧克力打印头结构的特点,详细介绍了一种基于气动活塞式结构的3D巧克力打印头的设计,并对该打印头的实际打印效果进行验证,总结了该结构的打印头的优缺点。