热挤压3D打印成型性与淀粉材料结构及流变特性的关联研究
发布时间：2023-02-28 18:02
近年来,随着生活水平的日益提高和疾病谱的不断演变,人们对个性时尚和营养健康的谷物食品的追求日益强烈。而3D打印加工技术因其具有智能化、个性化、绿色环保等特点,并可满足不同人群对食品品质、营养功能以及造型等的需求,无疑为实现健康谷物食品的个性化定制提供了新的途径。本论文基于热挤压3D打印技术在谷物食品领域的研究应用现状及存在问题,针对打印材料的流变特性对热挤压3D打印成型性起着关键的影响作用,提出对谷物食品的主成分淀粉的多尺度结构、流变性能与打印成型性的关系进行系统研究,为热挤压3D打印技术应用于淀粉及营养健康谷物食品的制造提供理论依据和基础数据。论文以大米淀粉、马铃薯淀粉和玉米淀粉为研究对象,利用流变仪体系模拟热挤压3D打印过程,明晰三种淀粉在打印过程中流变性质的变化规律以及对打印成型性的影响,由此建立淀粉材料流变性能与3D打印成型性的关系以及确定合理打印工艺参数的预测方法。在此基础上,利用现代分析技术进一步揭示不同温度或物料浓度的条件下热挤压3D打印对淀粉多尺度结构、流变性能和打印成型性的影响,获得三者之间的相互调控关系。相关主要研究结论如下:对三种淀粉的流变性能和热挤压3D打印成型...
【文章页数】：128 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 3D打印技术及其在食品领域的应用
1.1.1 3D打印技术及其发展
1.1.2 3D打印技术在食品中的应用
1.1.3 食品热挤压3D打印关键技术及研究现状
1.2 热挤压3D打印与食品材料流变性能的关系
1.2.1 热挤压食品材料的分类和流变学性质
1.2.1.1 热挤压沉积3D打印食品材料的分类
1.2.1.2 食品材料的流变学
1.2.2 淀粉材料的流变特性
1.2.2.1 淀粉糊化体系
1.2.2.2 淀粉糊流变行为
1.2.3 淀粉类食品材料流变性质对热挤压3D打印的影响
1.3 淀粉的多尺度结构及物理修饰调控
1.3.1 淀粉的多尺度结构
1.3.1.1 淀粉的颗粒结构
1.3.1.2 生长环结构
1.3.1.3 Blocklets粒子结构
1.3.1.4 层状结构
1.3.1.5 结晶结构
1.3.1.6 链结构
1.3.2 淀粉结构与流变特性的关系
1.3.3 淀粉多尺度结构的物理修饰
1.3.4 利用热挤压3D打印技术调控淀粉多尺度结构的可行性
1.4 研究意义、目的及研究内容
1.4.1 研究意义
1.4.2 研究目的
1.4.3 主要研究内容
第二章 不同淀粉流变学及其热挤压3D打印成型性研究
2.1 材料和设备
2.1.1 实验材料
2.1.2 主要仪器设备
2.1.3 热挤压3D打印机
2.1.3.1 控温加热装置
2.1.3.2 挤出系统
2.1.3.3 打印喷嘴
2.2 实验方法
2.2.1 淀粉水分及直链淀粉含量测定
2.2.2 淀粉悬浮液的配制
2.2.3 淀粉体系流变测试
2.2.3.1 温度扫描
2.2.3.2 剪切稀化测试
2.2.3.3 触变性测试
2.2.3.4 应力扫描
2.2.4 淀粉热挤压3D打印方法
2.2.4.1 线宽参数测试
2.2.4.2 层数参数测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 不同品种淀粉的水分及直链淀粉含量
2.3.2 不同品种淀粉体系流变学性质研究
2.3.2.1 不同浓度淀粉体系在温度扫描过程中的流变学行为研究
2.3.2.2 浓度对三种淀粉体系剪切稀化特性的影响
2.3.2.3 不同温度下淀粉体系触变性
2.3.2.4 不同浓度下淀粉体系触变性
2.3.2.5 不同品种淀粉体系在应力扫描过程中的流变学行为研究
2.3.3 三种淀粉材料热挤压3D打印成型性分析
2.3.3.1 三种淀粉材料的打印丝形态
2.3.3.2 体系温度对打印线宽和层数的影响
2.3.3.3 淀粉浓度对打印线宽和层数的影响
2.3.3.4 不同浓度下三种淀粉材料的热挤压3D打印成型
2.4 本章小结
第三章 不同物料浓度热挤压3D打印对淀粉结构及流变性能的影响
3.1 材料和仪器
3.1.1 实验材料
3.1.2 主要仪器和设备
3.2 实验方法
3.2.1 不同浓度淀粉悬浮液的配制
3.2.2 不同浓度热挤压3D打印淀粉样品的制备
3.2.3 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的微观结构观察
3.2.3.1 扫描电子显微技术分析原理
3.2.3.2 分析方法
3.2.4 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的X-射线衍射分析
3.2.4.1 X-射线衍射分析原理
3.2.4.2 分析方法
3.2.5 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的傅里叶红外光谱测定
3.2.5.1 ATR-FTIR红外光谱分析原理
3.2.5.2 分析方法
3.2.6 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的小角X-射线散射分析
3.2.6.1 小角X-射线散射分析原理
3.2.6.2 分析方法
3.2.7 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的应力扫描分析
3.2.7.1 应力扫描分析原理
3.2.7.2 分析方法
3.2.8 数据统计分析
3.3 结果与分析
3.3.1 不同物料浓度的热挤压3D打印对淀粉样品微观结构的影响
3.3.2 不同物料浓度的热挤压3D打印对淀粉结晶结构的影响
3.3.3 不同物料浓度的热挤压3D打印对淀粉短程有序结构的影响
3.3.4 不同物料浓度热挤压3D打印对淀粉糊体系亚微观结构的影响
3.3.5 不同物料浓度的热挤压3D打印对淀粉流变性能的影响
3.4 本章小结
第四章 不同温度热挤压3D打印对淀粉结构及流变性能的影响
4.1 材料和仪器
4.1.1 实验材料
4.1.2 主要仪器和设备
4.2 实验方法
4.2.1 淀粉悬浮液的配制
4.2.2 不同温度热挤压3D打印淀粉样品的制备
4.2.3 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的微观结构观察
4.2.3.1 扫描电子显微技术分析原理
4.2.3.2 分析方法
4.2.4 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的X-射线衍射分析
4.2.4.1 X-射线衍射分析原理
4.2.4.2 分析方法
4.2.5 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的傅里叶红外光谱测定
4.2.5.1 红外光谱分析原理
4.2.5.2 分析方法
4.2.6 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的小角X-射线散射分析
4.2.6.1 小角X-射线散射分析原理
4.2.6.2 分析方法
4.2.7 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的应力扫描
4.2.7.1 应力扫描分析原理
4.2.7.2 分析方法
4.2.8 数据统计分析
4.3 结果与分析
4.3.1 不同温度热挤压3D打印对淀粉微观形貌的影响
4.3.2 不同温度热挤压3D打印对淀粉结晶结构的影响
4.3.3 不同温度热挤压3D打印对淀粉短程有序结构的影响
4.3.4 不同温度热挤压3D打印对淀粉糊体系亚微观结构的影响
4.3.5 不同温度热挤压3D打印对淀粉流变性能的影响
4.4 本章小结
结论与展望
一、结论
二、创新点
三、展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3751595
【文章页数】：128 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 3D打印技术及其在食品领域的应用
1.1.1 3D打印技术及其发展
1.1.2 3D打印技术在食品中的应用
1.1.3 食品热挤压3D打印关键技术及研究现状
1.2 热挤压3D打印与食品材料流变性能的关系
1.2.1 热挤压食品材料的分类和流变学性质
1.2.1.1 热挤压沉积3D打印食品材料的分类
1.2.1.2 食品材料的流变学
1.2.2 淀粉材料的流变特性
1.2.2.1 淀粉糊化体系
1.2.2.2 淀粉糊流变行为
1.2.3 淀粉类食品材料流变性质对热挤压3D打印的影响
1.3 淀粉的多尺度结构及物理修饰调控
1.3.1 淀粉的多尺度结构
1.3.1.1 淀粉的颗粒结构
1.3.1.2 生长环结构
1.3.1.3 Blocklets粒子结构
1.3.1.4 层状结构
1.3.1.5 结晶结构
1.3.1.6 链结构
1.3.2 淀粉结构与流变特性的关系
1.3.3 淀粉多尺度结构的物理修饰
1.3.4 利用热挤压3D打印技术调控淀粉多尺度结构的可行性
1.4 研究意义、目的及研究内容
1.4.1 研究意义
1.4.2 研究目的
1.4.3 主要研究内容
第二章 不同淀粉流变学及其热挤压3D打印成型性研究
2.1 材料和设备
2.1.1 实验材料
2.1.2 主要仪器设备
2.1.3 热挤压3D打印机
2.1.3.1 控温加热装置
2.1.3.2 挤出系统
2.1.3.3 打印喷嘴
2.2 实验方法
2.2.1 淀粉水分及直链淀粉含量测定
2.2.2 淀粉悬浮液的配制
2.2.3 淀粉体系流变测试
2.2.3.1 温度扫描
2.2.3.2 剪切稀化测试
2.2.3.3 触变性测试
2.2.3.4 应力扫描
2.2.4 淀粉热挤压3D打印方法
2.2.4.1 线宽参数测试
2.2.4.2 层数参数测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 不同品种淀粉的水分及直链淀粉含量
2.3.2 不同品种淀粉体系流变学性质研究
2.3.2.1 不同浓度淀粉体系在温度扫描过程中的流变学行为研究
2.3.2.2 浓度对三种淀粉体系剪切稀化特性的影响
2.3.2.3 不同温度下淀粉体系触变性
2.3.2.4 不同浓度下淀粉体系触变性
2.3.2.5 不同品种淀粉体系在应力扫描过程中的流变学行为研究
2.3.3 三种淀粉材料热挤压3D打印成型性分析
2.3.3.1 三种淀粉材料的打印丝形态
2.3.3.2 体系温度对打印线宽和层数的影响
2.3.3.3 淀粉浓度对打印线宽和层数的影响
2.3.3.4 不同浓度下三种淀粉材料的热挤压3D打印成型
2.4 本章小结
第三章 不同物料浓度热挤压3D打印对淀粉结构及流变性能的影响
3.1 材料和仪器
3.1.1 实验材料
3.1.2 主要仪器和设备
3.2 实验方法
3.2.1 不同浓度淀粉悬浮液的配制
3.2.2 不同浓度热挤压3D打印淀粉样品的制备
3.2.3 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的微观结构观察
3.2.3.1 扫描电子显微技术分析原理
3.2.3.2 分析方法
3.2.4 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的X-射线衍射分析
3.2.4.1 X-射线衍射分析原理
3.2.4.2 分析方法
3.2.5 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的傅里叶红外光谱测定
3.2.5.1 ATR-FTIR红外光谱分析原理
3.2.5.2 分析方法
3.2.6 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的小角X-射线散射分析
3.2.6.1 小角X-射线散射分析原理
3.2.6.2 分析方法
3.2.7 不同物料浓度热挤压3D打印的淀粉样品的应力扫描分析
3.2.7.1 应力扫描分析原理
3.2.7.2 分析方法
3.2.8 数据统计分析
3.3 结果与分析
3.3.1 不同物料浓度的热挤压3D打印对淀粉样品微观结构的影响
3.3.2 不同物料浓度的热挤压3D打印对淀粉结晶结构的影响
3.3.3 不同物料浓度的热挤压3D打印对淀粉短程有序结构的影响
3.3.4 不同物料浓度热挤压3D打印对淀粉糊体系亚微观结构的影响
3.3.5 不同物料浓度的热挤压3D打印对淀粉流变性能的影响
3.4 本章小结
第四章 不同温度热挤压3D打印对淀粉结构及流变性能的影响
4.1 材料和仪器
4.1.1 实验材料
4.1.2 主要仪器和设备
4.2 实验方法
4.2.1 淀粉悬浮液的配制
4.2.2 不同温度热挤压3D打印淀粉样品的制备
4.2.3 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的微观结构观察
4.2.3.1 扫描电子显微技术分析原理
4.2.3.2 分析方法
4.2.4 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的X-射线衍射分析
4.2.4.1 X-射线衍射分析原理
4.2.4.2 分析方法
4.2.5 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的傅里叶红外光谱测定
4.2.5.1 红外光谱分析原理
4.2.5.2 分析方法
4.2.6 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的小角X-射线散射分析
4.2.6.1 小角X-射线散射分析原理
4.2.6.2 分析方法
4.2.7 不同温度热挤压3D打印的淀粉样品的应力扫描
4.2.7.1 应力扫描分析原理
4.2.7.2 分析方法
4.2.8 数据统计分析
4.3 结果与分析
4.3.1 不同温度热挤压3D打印对淀粉微观形貌的影响
4.3.2 不同温度热挤压3D打印对淀粉结晶结构的影响
4.3.3 不同温度热挤压3D打印对淀粉短程有序结构的影响
4.3.4 不同温度热挤压3D打印对淀粉糊体系亚微观结构的影响
4.3.5 不同温度热挤压3D打印对淀粉流变性能的影响
4.4 本章小结
结论与展望
一、结论
二、创新点
三、展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3751595
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