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3D打印儿童营养饼干的研制

发表时间：2021/7/28 来源：《比较教育研究》2021年7月作者：蔡良根

[导读] 3D饼干打印机是采用三维立体打印模式，将面粉、油脂、糖等材料所混合制成的饼干糊一层一层地打印出来的设备。它具备极强的灵活性以及个性化特点，对于传统的饼干加工工艺具有一定的影响和现实意义。本文主要是根据烘焙材料和3D打印设备的特性，研制出适合3D食品打印机且具备打印成型、烘烤成型能力的营养饼干糊配方，进而制作出精美、复杂、益智、趣味且具有一定营养功能性的儿童影响饼干，实现了营养、美观、益智的有机结合

蔡良根晋江市晋兴职业中专学校 362200
【摘要】3D饼干打印机是采用三维立体打印模式，将面粉、油脂、糖等材料所混合制成的饼干糊一层一层地打印出来的设备。它具备极强的灵活性以及个性化特点，对于传统的饼干加工工艺具有一定的影响和现实意义。本文主要是根据烘焙材料和3D打印设备的特性，研制出适合3D食品打印机且具备打印成型、烘烤成型能力的营养饼干糊配方，进而制作出精美、复杂、益智、趣味且具有一定营养功能性的儿童影响饼干，实现了营养、美观、益智的有机结合。
【关键词】3D打印；儿童营养饼干糊；研究制作
中图分类号：G652.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1003-7667（2021）07-063-01

        引言：
        3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及食品等其他领域都有所应用,英国增材制造联盟主席格瑞汉姆卓曼曾经说过：中国或成为最大的3D打印市场。当然，3D打印技术也存在一定的限制因素，比如3D食品打印机所使用的食材大多限制在奶油、巧克力等流体以及黏性比较大的材料，也因此很难打印出各式各样各种不同口味的食品。
        饼干作为人们日常生活普遍接受的休闲食品，随着生活水平的提升，人们对健康、品味、个性化的追求也在不断的提高。未来食品的不光要好吃，更重要的是健康、美观，同时具有一定功能性。因此，未来食品都将向着功能化、个性化转变。本文所研制3D打印儿童营养饼干，既可以根据儿童群体的营养需求调配配方比例，又可以根据3D模型数据进行个性化、功能化定制。比如可以把饼干打印成拼图形状，让儿童边吃边拼图，提高趣味性，可以说3D打印儿童营养饼干的市场前景非常广阔。
        1．3D打印技术及其在食品加工中的应用
        1.13D打印技术
        3D打印技术是通过计算机软件做出数字程序绘制，将信息传达给相应的成型设备及3D打印机，在机械接受控制之后，采用分层加工方法，通过原料进行叠加生成3D产品实体，因而其加工过程和喷墨打印技术也十分相似，故称为3D打印技术。用于3D打印的原料可以根据产品进行搭配和更换打印材料，这些材料的性能也决定了后续打印产品的具体使用功能。如使用改进后的生物陶瓷粉打印牙齿，使用纳米粒子打印纳米材料，3D打印技术包括熔融沉积成型、立体光固化成型，其中应用最为广泛的还是立体光固化成型技术。3D打印技术制作周期较短，同时材料来源广泛，制作成本较低，应用广泛，但存在这机械成本设备较高，大型物件打印时较长等缺点。
        1.23D打印技术在食品加工中的应用
        传统的烘焙加工器械如切割刀具和模具精准度不高，很容易造成食品在成型过程中出现跑型，无法制作出种类丰富、精制多变的造型。而3D食品打印机可以通过精心设计的数字图谱，调整机械手臂，最后将食品材料按照顾客的要求打印出针对性的食品造型。3D打印的设计文档可以直接从网上下载，也可以通过工程设计软件自主创造，目前已经研发出了类似食品CAD的商业软件，在食品打印过程中，也更具便捷性。
        23D饼干打印技术原理及其意义
        2.13D饼干打印技术原理
        3D饼干打印机的操作方法与常用的3D打印机相类似，具体实施过程是：首先通过三维绘图软件，画好所需要的饼干类型，然后存入到stl格式文件之中，导入cura切片软件，在里面调好打印速度、加热器、温度等参数，然后保存到打印机的内存卡内。3D打印设备启动后，粉末层喷头通过原料加层的方法，慢慢形成3D物体，每一次打印的材料只有0.1mm-0.2mm。在原料逐渐堆积的过程，充当墨的是由面粉、黄油、牛奶、糖粉等材料混制而成的饼干糊,通过喷涂快速打印成型后，还需对饼干进行定型和烘烤，最终完成3D打印饼干的制作。

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        2.23D饼干打印技术的意义
        2.2.1注重个性化打印
        饼干属于烘焙食品的一种，通过3D饼干打印机制作营养且个性化的饼干，具备一定实际意义和市场前景。使用者可以按照电子图纸调整、设计食品的风味、质地以及形状，在3D饼干打印机运行的过程中，设备上不同的胶囊部分能够储存各式各样的食材，这也是3D打印机使用的关键优势，我们可以根据饼干的3D打印方案，通过优化左右轴的技术控制，增加饼干质地的层次感，增强饼干外形的个性化、功能化，进而满足各个消费人群的喜爱。
        2.2.2保持营养
        与传统饼干的工业化生产相比，3D饼干打印机在打印过程中，更加地灵活，食材的添加、使用可以多种多样、随时随地，比如我们可以根据饼干所针对群体的营养需求以及相关营养素的加工特性，合理地添加相应的营养素，保证营养的有效添加，进而达到增强营养、保健的效果。
        3．3D打印儿童营养饼干糊的制作工艺
        主要通过对面粉、黄油、鸡蛋、营养素等各种原材料的配比调整，开展打印、烘烤实验，从而寻找到最佳的饼干糊配方、打印温度和烘烤温度。借助3D打印技术，最终本文通过对饼干糊不同原材料配比的调整，开展打印、烘烤实验，研制一款适合3D打印成型特性的营养饼干糊，从而为食品3D打印材料的扩展贡献自己的一份力量。
        本文主要是通过调整饼干的配方及其各种原材料的比例，并添加儿童所需要的功能性微量元素，使调配出来的饼干糊能够具有比较好的热成型能力，从而可以经加热沉积3D打印技术来创造出个性化营养饼干，具体制作工艺如下。
        3.1工具、设备
        3D饼干打印设备、烤箱、烤盘、油纸、电子秤、不锈钢盆、搅拌器
        3.2材料、配方
        安佳黄油1100g、糖粉260g、盐10g、牛奶/胡萝卜汁/菠菜汁100g、低筋面粉580g、高筋面粉620g、玉米淀粉230g、营养奶粉130g
        3.33D打印设备
        打印设备采用FDM平台打印机原理，由进料、挤出平台、导轨、加热装置以及承接平台构成。喷嘴XY向运动，由Z轴控制打印高度。采用锥形金属喷嘴，降低喷嘴堵塞率；挤出头加入加热装置，保持打印物料的流动性。经过试验测定，最佳加热功率一般设定在25W左右，打印速度一般设在60左右。
        3.4工艺流程
        黄油+糖粉搅拌至微发→盐+牛奶/胡萝卜汁/菠菜汁融化→分次加入→拌匀→加入过筛的高筋面粉、低筋面粉、玉米淀粉→慢速拌匀→饼干糊装入3D打印设备→设置相关参数→导入设计样式→将饼干糊打印在防油纸上→取处作品均匀地摆在烤盘上→冷冻固定形状→上火180℃，下火140℃烘烤20min→冷却→包装成品
        结束语：3D打印技术在饼干产品的应用具有一定的研究意义，通过3D打印，可根据个人的喜好制作色彩缤纷、口味多变、各式各样的饼干，当然也可利用智能数控系统，根据不同群体的营养需求进行营养强化，定制个性化、功能性营养饼干。
参考文献
[1]杨庆余,肖志刚,王丽爽,等.一种基于3D打印技术的营养饼干软材料配方及其制作方法:,CN111213693A[P].2020.
[2]周扬.国内儿童饼干包装设计童趣特色研究[D].江西科技师范大学,2019.
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[4]刘晓光,苗校勋,朱毓永.酸枣叶保健饼干的研制[J].保鲜与加工,2019,v.19;No.114(05):115-120.