食品加工装置及食品3D打印加工系统

食品加工装置及食品3d打印加工系统
技术领域
1.本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种食品加工装置及食品3d打印加工系统。


背景技术：

2.食品3d打印技术作为食品工业领域的一项新技术，可以实现对食物外观、营养和口味的个性化定制。然而，在打印产品的后处理上，仍面临着打印产品易崩塌、营养成分活性缺失和不易储存与运输等问题。因此，基于半固态挤出的食品3d打印的局限性之一是打印产品可能需要干燥或冷却的后处理，以使打印对象耐储存，以及最大限度的保留食物营养成分并提高打印产品的机械性能。
3.真空冷冻干燥简称冻干，是将湿物料在较低的温度下冻结成固态，然后在真空环境下加热，使其中的水分不经液态直接升华成气态，最终使物料脱水的干燥技术。现有技术中，通常是将待打印产品在打印完成后再转移至冻干设备进行冻干处理，这种后处理方式操作繁琐、效率低，不仅容易破坏打印产品的结构和形状，还可能无法及时保留食品营养成分。
4.因此，亟需一种能够解决上述问题的食品加工装置及食品3d打印加工系统。


技术实现要素：

5.本发明一方面提供一种食品加工装置，能够在食品3d打印的过程中对食品进行冷冻处理以及后续真空加热脱水处理，其不易破坏打印产品的结构和形状，能够及时保留食品营养成分，且操作简单，效率高。
6.本发明另一方面提供一种食品3d打印加工系统。
7.本发明提供一种食品加工装置，包括：
8.真空罐，所述真空罐具备密闭内腔，所述密闭内腔中设有搁板；
9.真空模块，所述真空模块用于对所述密闭内腔抽真空；
10.制冷模块，所述制冷模块用于对所述密闭内腔进行制冷；
11.加热模块，所述加热模块用于对所述密闭内腔进行加热；
12.控制模块，所述制冷模块、所述加热模块和所述真空模块与所述控制模块通信连接。
13.根据本发明提供的食品加工装置，所述真空模块包括真空泵和连接管，所述真空泵通过所述连接管与所述密闭内腔连通。
14.根据本发明提供的食品加工装置，所述连接管上设有包括冷阱、阀门机构、真空计中的至少一个，所述阀门机构和所述真空计与所述控制模块通信连接，所述冷阱用于去除所述密闭内腔中的水汽，所述阀门机构用于控制所述连接管导通或关断，所述真空计用于检测所述密闭内腔的真空度。
15.根据本发明提供的食品加工装置，所述制冷模块包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸
发器，所述压缩机、所述冷凝器和所述节流阀设置于所述真空罐的外部，所述蒸发器设置于所述密闭内腔中。
16.根据本发明提供的食品加工装置，所述加热模块包括设置于所述搁板内的制热剂通道。
17.根据本发明提供的食品加工装置，所述密闭内腔的底部设有滑杆，所述搁板的底部设有与所述滑杆滑动配合的滑套；
18.还包括驱动所述搁板沿所述滑杆的长度方向移动的驱动机构，所述驱动机构与所述控制模块通信连接。
19.根据本发明提供的食品加工装置，所述驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴上设有丝杠，所述搁板上设有螺套，所述螺套套设于所述丝杠；
20.或，所述驱动机构包括推杆，所述推杆与所述搁板连接。
21.根据本发明提供的食品加工装置，所述密闭内腔中设有温度传感器，所述温度传感器与所述控制模块通信连接。
22.本发明还提供一种食品3d打印加工系统，包括食品3d打印机和如上任一项所述的食品加工装置，所述食品3d打印机包括打印喷管，所述打印喷管的喷嘴设置于所述密闭内腔并位于所述搁板的上方。
23.根据本发明提供的食品3d打印加工系统，所述打印喷管上套装设有保温层；
24.和/或，所述真空罐的顶部设有开口，所述开口处设有柔性密封套，所述柔性密封套套设于所述打印喷管。
25.本发明提供的食品加工装置及食品3d打印加工系统，通过设置真空模块、制冷模块和加热模块，食品3d打印加工过程中，能够通过制冷模块对3d打印产品进行冷冻处理，保证其机械性能，食品3d打印完成后，可以通过真空模块和加热模块对3d打印产品在真空环境下进行加热处理，使3d打印产品中的水分不经液态直接升华成气态，最终使物料脱水干燥，能够在食品3d打印的过程中对食品进行冷冻处理以及后续真空加热脱水处理，其不易破坏打印产品的结构和形状，能够及时保留食品营养成分，通过设置控制模块能够对真空模块、制冷模块和加热模块发出控制指令，其操作简单，效率高。
26.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本发明实施例提供的食品加工装置的示意图；
29.图2是本发明实施例提供的食品加工装置中搁板的安装示意图；
30.图3是本发明实施例提供的食品3d打印加工系统的示意图；
31.图4是本发明实施例提供的食品3d打印加工系统中打印喷管的示意图。
32.附图标记：
33.1、真空罐；101、顶盖；102、罐门；1021、把手；
34.2、真空模块；201、真空泵；202、连接管；203、冷阱；204、真空阀；205、真空计；
35.3、制冷模块；301、蒸发器；302、制冷箱体；
36.4、控制模块；401、显示屏；402、启停开关；
37.5、搁板；6、滑杆；7、滑套；8、驱动电机；9、温度传感器；10、打印喷管；11、保温层；12、柔性密封套。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.下面结合图1-图4描述本发明提供的食品加工装置及食品3d打印加工系统。
41.如图1所示，本发明实施例提供一种食品加工装置，包括真空罐1、真空模块2、制冷模块3和控制模块4：
42.真空罐1具备密闭内腔，密闭内腔中设有搁板5；真空模块2用于对密闭内腔抽真空；制冷模块3用于对密闭内腔进行制冷；加热模块用于对密闭内腔进行加热；制冷模块3、加热模块和真空模块2与控制模块4通信连接。
43.在本发明具体的实施例中，真空罐1的顶壁上设有顶盖101，顶盖101与罐体的连接处设有密封圈，顶盖101可以通过旋入、旋出的方式与真空罐1连接或从真空罐1上拆下，在装置不需要使用时，可以通过顶盖101对真空罐1进行密封，防止密闭内腔与外界环境互通，造成密闭内腔污染。在本发明具体的实施例中，真空罐1的侧壁上设有开口，该开口位置设有罐门102，罐门102的一侧侧边通过合页与开口对应的侧边铰接，罐门102与罐体的连接处同样设有密封圈，罐门102上还设有把手1021，可以通过推拉的方式打开或关闭罐门102。
44.在本发明具体的实施例中，控制模块4包括控制终端，控制终端上设有显示屏401和装置的启停开关402，其中，显示屏401可以采用触摸屏，从而可以通过该显示屏401显示各个模块的工作信息以及发出对各个模块的控制指令。
45.本发明提供的食品加工装置及食品3d打印加工系统，通过设置真空模块2、制冷模块3和加热模块，食品3d打印加工过程中，能够通过制冷模块3对3d打印产品进行冷冻处理，保证其机械性能，食品3d打印完成后，可以通过真空模块2和加热模块对3d打印产品在真空环境下进行加热处理，使3d打印产品中的水分不经液态直接升华成气态，最终使物料脱水干燥，能够在食品3d打印的过程中对食品进行真空冷冻处理以及后续加热处理，其不易破坏打印产品的结构和形状，能够及时保留食品营养成分，通过设置控制模块4能够对真空模块2、制冷模块3和加热模块发出控制指令，其操作简单，效率高。
46.如图1所示，在本发明实施例中，真空模块2包括真空泵201和连接管202，真空泵201通过连接管202与密闭内腔连通。抽真空处理时，启动真空泵201，真空泵201通过连接管202将密闭内腔中的空气排出装置外，还可以通过控制模块4控制真空泵201的启停，进而控制抽真空的时机。
47.如图1所示，在本发明实施例中，连接管202上设有冷阱203、阀门机构和真空计205，阀门机构和真空计205与控制模块4通信连接，控制模块4可以控制阀门机构的开度，真空计205可以将检测到的密闭内腔的真空度显示在控制模块4的显示屏401上。冷阱203用于去除密闭内腔中的水汽，阀门机构用于控制连接管202导通或关断，真空计205用于检测密闭内腔的真空度。在本发明具体的实施例中，阀门机构采用真空阀204，真空阀204能够控制连接管202导通或关断，还可以控制连接管202中气体的流量。
48.如图1所示，在本发明实施例中，制冷模块3包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器301，压缩机、冷凝器和节流阀设置于真空罐1的外部，蒸发器301设置于密闭内腔中。具体地，在本发明实施例中，可以将压缩机、冷凝器和节流阀(及其他必要制冷所需部件)集成设置在一个制冷箱体302中，以增加装置的集成度，并减少对密闭内腔的空间占用，将蒸发器301设置于密闭内腔中。将蒸发器301设置于密闭内腔中，低温的冷凝液体通过蒸发器301，与密闭内腔内的空气进行热交换，气化吸热，最终达到对真空腔体的制冷作用。
49.在本发明实施例中，加热模块包括设置于搁板5内的制热剂通道。在对3d打印产品进行加热的过程中，可以设置于搁板5内的制热剂通道中通入制热剂，且通过以上设置，能够使得搁板5既能够当做3d打印产品的承载台使用，还能够起到对3d打印产品的加热作用，其结构简单，占用空间较小，不易与3d打印产品发生干涉。在一些实施例中，加热模块还可以采用电加热或者微波加热等加热方式。
50.如图2所示，在本发明实施例中，密闭内腔的底部设有滑杆6，搁板5的底部设有与滑杆6滑动配合的滑套7；还包括驱动搁板5沿滑杆6的长度方向(图示的y方向)移动的驱动机构，驱动机构与控制模块4通信连接。在本发明具体的实施例中，为增加搁板5在移动过程中的稳定性，密闭内腔的底部的两侧分别设有滑杆6，搁板5的底部对应设有两个滑套7。当然，在一些实施例中，还可以根据需求设置多组滑杆6和滑套7，本发明对此不做具体限定。3d打印过程中，驱动机构可以驱动搁板5沿滑杆6的长度方向移动，从而沿滑杆6的长度方向移动搁板5的位置，使其适应于3d打印的位置需求。在一些实施例中，可以在密闭内腔的底部设置转动板(图中未示出)，并将上述的滑杆6以及驱动机构均设置于转动板上，3d打印时，转动板可以调节滑杆6的转动角度，驱动机构再驱动搁板5沿滑杆6的长度方向移动，能够增加搁板5的调节范围，便于适应更加复杂的3d打印需求。
51.如图1和图2所示，在本发明实施例中，驱动机构包括驱动电机8，驱动电机8的输出轴上设有丝杠，搁板5上设有螺套，螺套套设于丝杠。在本发明具体的实施例中，驱动电机8采用伺服电机，其设置于搁板5下方的中部位置，螺套也对应设置在搁板5下方的中部位置并套设于丝杠上。伺服电机的输出轴转动带动丝杠转动，丝杠转动带动螺套沿丝杠的长度方向移动，螺套再带动搁板5同步移动，通过控制伺服电机的输出轴的转动方向，可以调节搁板5的移动方向。在一些实施例中，驱动机构也可以采用推杆，推杆与搁板5连接，其中，推杆可以采用电动推杆、液压推杆和气压推杆，同样可以控制搁板5移动。
52.如图1所示，在本发明实施例中，密闭内腔中设有温度传感器9，温度传感器9与控
制模块4通信连接。通过设置温度传感器9，便于对密闭内腔进行温度监控，并可以通过控制模块4将温度传感器9到的温度实时显示。在一些实施例中，还可以通过控制模块4对密闭内腔中的温度进行闭环控制(分别控制加热模块和制冷模块3)，使其始终处于适宜于食品加工的温度。在本发明具体的实施例中，温度传感器9设置于搁板5的下表面，便于对其安装固定。
53.如图3所示，本发明实施例还提供一种食品3d打印加工系统，包括食品3d打印机和如上实施例提供的食品加工装置，食品3d打印机包括打印喷管10，打印喷管10的喷嘴设置于密闭内腔并位于搁板5的上方。
54.如图3和图4所示，在本发明实施例中，打印喷管10上套装设有保温层11，真空罐1的顶部设有开口，开口处设有柔性密封套12，柔性密封套12套设于打印喷管10。通过在打印喷管10上套装设置保温层11，能够保证在打印过程中，当制冷模块3对密闭内腔制冷时，打印喷管10内的温度不受密闭内腔中的温度影响，打印物料能够顺利从打印喷管10的喷嘴内挤出。通过设置柔性密封套12，首先能够对打印喷管10起到一定的固定作用，其次，由于打印喷管10在3d打印的过程中，食品3d打印机的打印喷管10可沿图示的x方向和z方向移动，为保证打印喷管10在移动过程中系统的密封性能，采用柔性密封套12能够满足打印喷管10在移动过程中的形变和密封需求，且结构简单，密封性能好。
55.下面就本发明提供的食品3d打印加工系统的工作流程进行具体说明，请参照图1-图4。
56.使用前，将食品加工装置的电源接通，通过控制模块4的显示屏401打开控制面板，设置打印过程和冷冻干燥过程各组件的参数(包括各装置的启停时间、制冷温度、加热温度，真空罐1内所需达到的真空度等)，关闭罐门102，关闭真空阀204，安装柔性密封套12，打开顶盖101后启动制冷模块3。
57.将食品3d打印机的电源接通，通过食品3d打印机的控制系统设置好打印参数后启动食品3d打印机，打印喷管10的喷嘴通过柔性密封套12和顶部开口后进入密闭内腔开始打印，该过程通过食品3d打印机的控制面板进行控制。为提高冷冻效率，制冷模块3在3d打印过程中继续保持启动状态，而打印喷管10的喷嘴在保温层11的作用下，并不会受到密闭内腔中制冷温度的影响，从而保证打印材料的正常挤出。
58.3d打印结束后，通过食品3d打印机控制端，将打印喷管10的喷嘴移出密闭内腔，拆除柔性密封套12，然后通过顶盖101将真空罐1顶部的开口密封，此阶段继续保持制冷模块3开启，继续对打印产品进行冷冻，直至冷冻结束。
59.冷冻结束后，打开真空阀204，启动真空泵201，对真空罐1进行抽真空处理，在此过程中，搁板5对产品进行加热；当冷冻干燥过程结束后，关闭真空泵201、真空阀204，然后断开装置电源，打开罐门102，并将打印产品取出。
60.通过以上实施方式的描述可知，本发明提供的食品加工装置及食品3d打印加工系统至少具备如下优点：
61.本发明提供的食品加工装置及食品3d打印加工系统，通过设置真空模块2、制冷模块3和加热模块，食品3d打印加工过程中，能够通过制冷模块3对3d打印产品进行冷冻处理，保证其机械性能，食品3d打印完成后，可以通过真空模块2和加热模块对3d打印产品在真空环境下进行加热处理，使3d打印产品中的水分不经液态直接升华成气态，最终使物料脱水
干燥，能够在食品3d打印的过程中对食品进行真空冷冻处理以及后续加热处理，其不易破坏打印产品的结构和形状，能够及时保留食品营养成分，通过设置控制模块4能够对真空模块2、制冷模块3和加热模块发出控制指令，其操作简单，效率高。
62.通过在打印喷管10上套装设置保温层11，能够保证在打印过程中，当制冷模块3对密闭内腔制冷时，打印喷管10内的温度不受密闭内腔中的温度影响，打印物料能够顺利从打印喷管10的喷嘴内挤出。
63.通过设置柔性密封套12，首先能够对打印喷管10起到一定的固定作用；其次，能够保证打印喷管10在移动过程中系统的密封性能，采用柔性密封套12能够满足打印喷管10在移动过程中的形变和密封需求，且结构简单，密封性能好；最后，由于打印喷管10在3d打印的过程中，食品3d打印机的打印喷管10可沿图示的x方向和z方向移动，且搁板5可以通过滑杆6沿y方向移动，在食品3d打印的过程中，能够满足x、y、z三个方向上的位置调整需求，系统能够满足较为复杂食品3d打印需求。
64.另外，采用本发明提供的食品加工装置及食品3d打印加工系统，能够催生一种新型的休闲食品或营养剂，这种食品或营养剂可以被描述为食品3d打印冻干产品，其特点是松脆、营养丰富且容易保存。这种新型食品有潜力在其基质中提供个性化定制的营养成分，具有广阔的发展空间。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种食品加工装置，其特征在于，包括：真空罐，所述真空罐具备密闭内腔，所述密闭内腔中设有搁板；真空模块，所述真空模块用于对所述密闭内腔抽真空；制冷模块，所述制冷模块用于对所述密闭内腔进行制冷；加热模块，所述加热模块用于对所述密闭内腔进行加热；控制模块，所述制冷模块、所述加热模块和所述真空模块与所述控制模块通信连接。2.根据权利要求1所述的食品加工装置，其特征在于，所述真空模块包括真空泵和连接管，所述真空泵通过所述连接管与所述密闭内腔连通。3.根据权利要求2所述的食品加工装置，其特征在于，所述连接管上设有包括冷阱、阀门机构、真空计中的至少一个，所述阀门机构和所述真空计与所述控制模块通信连接，所述冷阱用于去除所述密闭内腔中的水汽，所述阀门机构用于控制所述连接管导通或关断，所述真空计用于检测所述密闭内腔的真空度。4.根据权利要求1所述的食品加工装置，其特征在于，所述制冷模块包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，所述压缩机、所述冷凝器和所述节流阀设置于所述真空罐的外部，所述蒸发器设置于所述密闭内腔中。5.根据权利要求1所述的食品加工装置，其特征在于，所述加热模块包括设置于所述搁板内的制热剂通道。6.根据权利要求1所述的食品加工装置，其特征在于，所述密闭内腔的底部设有滑杆，所述搁板的底部设有与所述滑杆滑动配合的滑套；还包括驱动所述搁板沿所述滑杆的长度方向移动的驱动机构，所述驱动机构与所述控制模块通信连接。7.根据权利要求6所述的食品加工装置，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴上设有丝杠，所述搁板上设有螺套，所述螺套套设于所述丝杠；或，所述驱动机构包括推杆，所述推杆与所述搁板连接。8.根据权利要求1-7任一项所述的食品加工装置，其特征在于，所述密闭内腔中设有温度传感器，所述温度传感器与所述控制模块通信连接。9.一种食品3d打印加工系统，其特征在于，包括食品3d打印机和如权利要求1-8任一项所述的食品加工装置，所述食品3d打印机包括打印喷管，所述打印喷管的喷嘴设置于所述密闭内腔并位于所述搁板的上方。10.根据权利要求9所述的食品3d打印加工系统，其特征在于，所述打印喷管上套装设有保温层；和/或，所述真空罐的顶部设有开口，所述开口处设有柔性密封套，所述柔性密封套套设于所述打印喷管。

技术总结
本发明提供一种食品加工装置及食品3D打印加工系统。上述食品加工装置，包括：真空罐，所述真空罐具备密闭内腔，所述密闭内腔中设有搁板；真空模块，所述真空模块用于对所述密闭内腔抽真空；制冷模块，所述制冷模块用于对所述密闭内腔进行制冷；加热模块，所述加热模块用于对所述密闭内腔进行加热；控制模块，所述制冷模块、所述加热模块和所述真空模块与所述控制模块通信连接。本发明提供的食品加工装置能够在食品3D打印的过程中对食品进行冷冻处理以及后续真空加热脱水处理，其不易破坏打印产品的结构和形状，能够及时保留食品营养成分，且操作简单，效率高。效率高。效率高。


技术研发人员：吕为乔 钟远梁 李国华 曾诗雨 穆荣颐
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/14