用于植物蛋白3D打印的设备设计及仿真研究

随着世界人口快速增长,对肉类的消费量逐年上升,这也导致了畜牧生产产生的环境问题日趋严重。因此,需要基于植物源的肉类类似物作为替代品食用。肉类类似物主要由植物蛋白制成,常见来源包括小麦、大豆、花生、大米。然而,通常的制造方法难以模仿真实肉制品的微观结Pexidartinib分子量构及质地。3D打印技术可用于制造具有定制几何形状、结构和营养成分的食品。目前食品3D打印设备多LBH589体外用于Bio-based chemicals热熔融巧克力等常温下可凝固材料,对植物蛋白等材料没有定制的打印机。此外,植物蛋白材料在使用传统3D打印机常温挤出后仍需进行后处理。本文主要以三种植物蛋白为原料,研究了其混合浆料的打印性能,设计了一种可通过空气加热即时固化的3D打印设备,以制造肉类类似物。本文提出用空气加热3D打印制造植物蛋白肉制品,分析3D打印植物蛋白关键技术,选择合适的植物蛋白浆料,设计植物蛋白3D打印设备,结合仿真研究,为实际打印实验提供理论指导,并将配制的浆料进行打印试验获得产品。在开发用于植物蛋白3D打印的设备方面,设计了打印平台在XY轴做扫描运动,喷头在Z轴上下运动的三轴运动系统;基于MPC08SP控制卡及控制软件,搭建了控制系统;设计了浆料挤出模块及热风枪为热源的空气加热成型模块;在打印浆料性能方面,对制备浆料做了稳态和温度扫描流变测试,确定浆料用幂律流体模型进行描述且具备热定型性质;然后使用COMSOL仿真软件对注射器挤出模型及热风枪传热模型进行建模分析,为实际3D打印植物蛋白提供理论参考。最后,进行了加热与未加热两组打印实验,初步验证了开发的3D打印设备制造肉类类似物的潜在可能。