Πώς μπορούμε να εκτυπώσουμε καλύτερα τρόφιμα με εκτύπωση με υποβοήθηση κραδασμών;

Σε άρθρο που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Κατασκευή προσθέτωνοι ερευνητές συζήτησαν την εκτύπωση τροφών με υψηλή πυκνότητα χρησιμοποιώντας δονήσεις.

Μελέτη: Εκτύπωση με υποβοήθηση κραδασμών τροφίμων με υψηλή πυκνότητα. Πίστωση εικόνας: Maksym Kaharlyk/Shutetrstock.com

Ιστορικό

Τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, η παραγωγή προσθέτων (AM) έχει επεκταθεί για να καλύψει ένα ευρύ φάσμα μεθόδων δημιουργίας πρωτοτύπων. Ωστόσο, παρόμοια με άλλες τεχνολογίες AM, τα τρόφιμα AM απαιτούν συχνά αλλαγές υλικών τροφίμων από πιο παραδοσιακές μορφές προκειμένου να επιτευχθεί η δυνατότητα εκτύπωσης. Ως αποτέλεσμα , το θρεπτικό περιεχόμενο και η υφή μειώνονται, υπογραμμίζοντας την ανάγκη για μια νέα στρατηγική.

Μέχρι σήμερα, μεγάλο μέρος της δουλειάς στην εκτύπωση τροφίμων έχει γίνει σε εφαρμογές ψηφιακής γαστρονομίας, δίνοντας έμφαση στην τρισδιάστατη εκτύπωση τροφίμων ως συστατικό της προσαρμοσμένης δημιουργικής παρουσίασης. Ωστόσο, οι επιπτώσεις της AM είναι πολύ ευρύτερες. Παρά τα εμφανιζόμενα πλεονεκτήματά τους σε διάφορους τομείς εφαρμογής, η υπάρχουσα εκτύπωση Οι τεχνολογίες αμφισβητούνται από τις πολύπλοκες και απρόβλεπτες υλικές ιδιότητες των τροφίμων.

Η τάση προς τροποποίηση υλικού για δυνατότητα εκτύπωσης και μεγαλύτερες περιοχές εξώθησης μπορεί να φανεί σε πρόσφατες εργασίες σε προσεγγίσεις που βασίζονται στην εξώθηση για τρισδιάστατη εκτύπωση τροφίμων. Η σοκολάτα έχει δείξει καλά αποτελέσματα για την τρισδιάστατη εκτύπωση εξώθησης θερμής τήξης λόγω των θερμοπλαστικών χαρακτηριστικών της. Εστίαση στην ικανότητα εκτύπωσης και η ανακάλυψη των παραμέτρων επεξεργασίας που απαιτούνται για την επίτευξή του, αντί για το θρεπτικό περιεχόμενο και την υφή, είναι κοινή στο πεδίο. Η εκτύπωση με υποβοήθηση κραδασμών (VAP) είναι μια τροποποιημένη τεχνική άμεσης εγγραφής που μπορεί να εκτυπώσει υλικά υψηλής ευκρίνειας, όπως τρόφιμα.

Σχετικά με τη Μελέτη

Σε αυτή τη μελέτη, οι συγγραφείς διερεύνησαν τη χρήση του VAP στην πρόσθετη παρασκευή τροφίμων με την εκτύπωση δύο υλικών ζύμης υψηλού ιξώδους, μιας ζύμης μοντέλου και μιας σύνθεσης ινών φακής χαμηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά, υψηλής περιεκτικότητας σε πρωτεΐνες και ινών. Η προσέγγιση εφαρμόστηκε στην εκτύπωση τροφίμων VAP. Το VAP λειτούργησε χρησιμοποιώντας κραδασμούς υπερήχων για να προκαλέσει συνθήκες ολίσθησης στα όρια των ακροφυσίων, γεγονός που επέτρεψε την επιλεκτική εναπόθεση υψηλής ανάλυσης πολύ παχύρρευστων υλικών.

Η ομάδα επέδειξε βελτιωμένη ακρίβεια και ταχύτητα εκτύπωσης με μη τροποποιημένη, κανονική και υψηλού ιξώδους ζύμη με την κατασκευή μιας σειράς σχημάτων που χρησιμοποιούν εξαιρετικά παχύρρευστη ζύμη με υψηλή φόρτωση στερεών χρησιμοποιώντας VAP με επί τόπου παρακολούθηση της διαδικασίας. Με αυτό το διευρυμένο δυναμικό, ένα υψηλό Τυπώθηκε η ζύμη με ίνες με σημαντικά εγκλείσματα, όπως νιφάδες πίτουρου σε αλεύρι ολικής αλέσεως.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δύο ποικιλίες ζύμης. Μία που προοριζόταν να είναι πλούσια σε θρεπτική αξία και μία που ήταν ενδεικτική μιας γενικής ζύμης πολλών συστατικών. Το μοντέλο ζύμης επιλέχθηκε για το μοντέλο της ρεολογικής συμπεριφοράς και της μεταξένιας σύστασής της, καθώς και για πιο περίπλοκη σύνθεση Η ζύμη από ίνες φακής δημιουργήθηκε με έμφαση στη θρεπτική αξία πάνω από τη συνοχή του υλικού, με υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες, υψηλή περιεκτικότητα σε φυτικές ίνες και χαμηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά. Χρησιμοποιήθηκε τριχοειδές ροόμετρο δύο βαρελιών για τη μέτρηση του ιξώδους της ίνας φακής ζύμη στους 25 ° C. Οι γεωμετρίες του δείγματος σχεδιάστηκαν σε ένα παραδοσιακό μηχανικό πρόγραμμα CAD και παρήχθησαν ως αρχείο STL. Οι παράμετροι της διαδικασίας άλλαξαν και δημιουργήθηκαν αρχεία GCode χρησιμοποιώντας το λογισμικό τεμαχισμού ανοιχτού κώδικα Slic3r στη διεπαφή εκτυπωτή 3D Repetier-Host .

Παρατηρήσεις

Στο τέλος της περιόδου ξήρανσης 3,5 ωρών, το κέντρο των δειγμάτων πλήρωσης 100% ήταν ακόμα μαλακό και υγρό, ενώ τα δείγματα πλήρωσης 0% ήταν σχεδόν εντελώς στεγνά και κούφια, γεγονός που έδειχνε ότι η αντοχή στη θλίψη ήταν σταθερή και η σύνθετη υφή διέφερε Η μέγιστη άνοδος θερμοκρασίας της ζύμης κατά την εκτύπωση ήταν 9 °C πάνω από τις ρυθμίσεις περιβάλλοντος, με θερμοκρασίες κανονικά στην περιοχή από 4-6 °C σε σχέση με το περιβάλλον, γεγονός που υποδηλώνει ότι η υπερηχητική δόνηση στο ακροφύσιο δεν μπορούσε να δημιουργήσει σημαντική θέρμανση για να προκαλέσει πρόωρη μαγείρεμα.

Το VAP παρείχε ταχύτερη παραγωγή με ταχύτητα εκτύπωσης 67 mm/s, δεν απαιτούσε αλλαγή υλικού και παρείχε εξαιρετική γεωμετρική ακρίβεια χρησιμοποιώντας ακροφύσιο διαμέτρου 500 m. Η VAP κατάφερε να κατασκευάσει δείγματα με αποδεδειγμένη μηχανική αντοχή χωρίς σημαντικές αλλαγές υλικού και να εκτυπώσει υλικά με ποικίλα εγκλείσματα λόγω του υψηλού κλάσματος στερεών της ζύμης Η επί τόπου παρακολούθηση θερμοκρασίας αποκάλυψε ότι το VAP προκάλεσε ελάχιστες μόνο αυξήσεις θερμοκρασίας στο υλικό, κάτι που ήταν σημαντικό για την προετοιμασία του φαγητού.

Ο έλεγχος ενεργοποίησης/απενεργοποίησης ήταν δυνατός, καθώς η ροή καθοδηγούνταν από δόνηση και όχι μόνο από αντίθλιψη. Αυτή η τεχνική ήταν μοναδική στο ότι μπορούσε να εκτυπώσει μη νευτώνεια υλικά με υψηλό ιξώδες, όπως γεύματα με υψηλό ιξώδες, με μικρότερες διαμέτρους ακροφυσίων και ταχύτερη εκτύπωση ταχύτητες από τα παραδοσιακά συστήματα AM.

συμπεράσματα

Συμπερασματικά, αυτή η μελέτη συζήτησε τη χρήση του VAP για την κατασκευή προσθέτων τροφίμων, με την ικανότητα εκτύπωσης ψευδοπλαστικού υλικού υψηλού ιξώδους. Η τεχνική VAP χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή δειγμάτων από συνταγές που χρησιμοποιούνται τακτικά στη βιομηχανία τροφίμων. Η ικανότητα της τεχνολογίας να Η εκτύπωση υλικού με υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη, υψηλή περιεκτικότητα σε ίνες και χαμηλά λιπαρά αποδείχθηκε χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο ζύμης και μια θρεπτική ζύμη με βάση τις φακές.

Χρησιμοποιώντας ύψη στρώματος έως 400 μm και ακροφύσιο διαμέτρου 500 μm, δημιουργήθηκαν παραδείγματα με υψηλούς λόγους διαστάσεων και απότομες προεξοχές χρησιμοποιώντας τα δύο υλικά ζύμης, επιδεικνύοντας την εξαιρετική ποιότητα εκτύπωσης που επιτυγχάνεται με πιο παχύρρευστη και ψευδοπλαστική ζύμη.

Οι συγγραφείς πιστεύουν ότι το VAP προσφέρει μια εναλλακτική λύση στην τυπική εκτύπωση τροφίμων άμεσης εγγραφής που λειτουργεί καλά με υλικά υψηλού ιξώδους και υψηλής φόρτωσης στερεών, ανοίγοντας το δρόμο για μελλοντική έρευνα για την παραγωγή πρόσθετων τροφίμων υψηλής θρεπτικής αξίας.

Περισσότερα από το AZoM: 3D Printing with Responsive Photopolymerisable Liquid Crystals

Πηγή

McCaw, JCS, Fleck, TJ, Tejada-Ortigoza, V., et al. Εκτύπωση με υποβοήθηση κραδασμών τροφών υψηλής πυκνότητας. Additive Manufacturing 102851 (2022). https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/ pii/S2214860422002500

Αποποίηση ευθύνης: Οι απόψεις που εκφράζονται εδώ είναι αυτές του συγγραφέα που εκφράζονται με την ιδιότητά του και δεν αντιπροσωπεύουν απαραίτητα τις απόψεις της AZoM.com Limited T/A AZoNetwork του ιδιοκτήτη και χειριστή αυτού του ιστότοπου. Αυτή η δήλωση αποποίησης ευθύνης αποτελεί μέρος των Όρων και Προϋποθέσεων του χρήση αυτού του ιστότοπου.

Leave a Comment