KR20210063901A - 재료 압출식 3d 프린터용 조성물 - Google Patents
재료 압출식 3d 프린터용 조성물 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210063901A KR20210063901A KR1020190152551A KR20190152551A KR20210063901A KR 20210063901 A KR20210063901 A KR 20210063901A KR 1020190152551 A KR1020190152551 A KR 1020190152551A KR 20190152551 A KR20190152551 A KR 20190152551A KR 20210063901 A KR20210063901 A KR 20210063901A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- composition
- printer
- starch
- material extrusion
- printing
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 121
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims abstract description 14
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 49
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 47
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 47
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 claims description 41
- LKDRXBCSQODPBY-JDJSBBGDSA-N D-allulose Chemical compound OCC1(O)OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O LKDRXBCSQODPBY-JDJSBBGDSA-N 0.000 claims description 28
- 235000015140 cultured milk Nutrition 0.000 claims description 23
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 16
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 claims description 9
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 claims description 9
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 claims description 7
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 claims description 7
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 7
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 7
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 claims description 6
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 6
- 235000019219 chocolate Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 4
- 244000017020 Ipomoea batatas Species 0.000 claims description 3
- 235000002678 Ipomoea batatas Nutrition 0.000 claims description 3
- 244000269722 Thea sinensis Species 0.000 claims description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000016213 coffee Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000013353 coffee beverage Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000006071 cream Substances 0.000 claims description 3
- 235000013325 dietary fiber Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000008267 milk Substances 0.000 claims description 3
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 claims description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 3
- 235000013616 tea Nutrition 0.000 claims description 3
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 claims description 2
- 240000003183 Manihot esculenta Species 0.000 claims description 2
- 235000016735 Manihot esculenta subsp esculenta Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920000881 Modified starch Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004368 Modified starch Substances 0.000 claims description 2
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 claims description 2
- 229940099112 cornstarch Drugs 0.000 claims description 2
- 235000021245 dietary protein Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 2
- 235000019426 modified starch Nutrition 0.000 claims description 2
- 229940116317 potato starch Drugs 0.000 claims description 2
- 229940100486 rice starch Drugs 0.000 claims description 2
- 229940100445 wheat starch Drugs 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- 238000003475 lamination Methods 0.000 abstract description 6
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 39
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 25
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 21
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 18
- 235000011888 snacks Nutrition 0.000 description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 11
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 9
- 150000002016 disaccharides Chemical class 0.000 description 7
- 229960002737 fructose Drugs 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 5
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 4
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940077731 carbohydrate nutrients Drugs 0.000 description 3
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 3
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 3
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 235000013351 cheese Nutrition 0.000 description 2
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 2
- 235000014510 cooky Nutrition 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 description 2
- 239000008274 jelly Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- -1 sugar Chemical class 0.000 description 2
- 244000215068 Acacia senegal Species 0.000 description 1
- 241000195940 Bryophyta Species 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 229920000084 Gum arabic Polymers 0.000 description 1
- 239000000205 acacia gum Substances 0.000 description 1
- 235000010489 acacia gum Nutrition 0.000 description 1
- 239000000783 alginic acid Substances 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- 229960001126 alginic acid Drugs 0.000 description 1
- 150000004781 alginic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000037406 food intake Effects 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 238000005360 mashing Methods 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 235000011929 mousse Nutrition 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 1
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 1
- 229920003175 pectinic acid Polymers 0.000 description 1
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000230 xanthan gum Substances 0.000 description 1
- 235000010493 xanthan gum Nutrition 0.000 description 1
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 1
- 229940082509 xanthan gum Drugs 0.000 description 1
- 235000013618 yogurt Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
- A23L29/00—Foods or foodstuffs containing additives; Preparation or treatment thereof
- A23L29/20—Foods or foodstuffs containing additives; Preparation or treatment thereof containing gelling or thickening agents
- A23L29/206—Foods or foodstuffs containing additives; Preparation or treatment thereof containing gelling or thickening agents of vegetable origin
- A23L29/212—Starch; Modified starch; Starch derivatives, e.g. esters or ethers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
- A23L27/00—Spices; Flavouring agents or condiments; Artificial sweetening agents; Table salts; Dietetic salt substitutes; Preparation or treatment thereof
- A23L27/30—Artificial sweetening agents
- A23L27/33—Artificial sweetening agents containing sugars or derivatives
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23P—SHAPING OR WORKING OF FOODSTUFFS, NOT FULLY COVERED BY A SINGLE OTHER SUBCLASS
- A23P20/00—Coating of foodstuffs; Coatings therefor; Making laminated, multi-layered, stuffed or hollow foodstuffs
- A23P20/20—Making of laminated, multi-layered, stuffed or hollow foodstuffs, e.g. by wrapping in preformed edible dough sheets or in edible food containers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/10—Pre-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23P—SHAPING OR WORKING OF FOODSTUFFS, NOT FULLY COVERED BY A SINGLE OTHER SUBCLASS
- A23P20/00—Coating of foodstuffs; Coatings therefor; Making laminated, multi-layered, stuffed or hollow foodstuffs
- A23P20/20—Making of laminated, multi-layered, stuffed or hollow foodstuffs, e.g. by wrapping in preformed edible dough sheets or in edible food containers
- A23P20/25—Filling or stuffing cored food pieces, e.g. combined with coring or making cavities
- A23P2020/253—Coating food items by printing onto them; Printing layers of food products
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23V—INDEXING SCHEME RELATING TO FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES AND LACTIC OR PROPIONIC ACID BACTERIA USED IN FOODSTUFFS OR FOOD PREPARATION
- A23V2250/00—Food ingredients
- A23V2250/60—Sugars, e.g. mono-, di-, tri-, tetra-saccharides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Nutrition Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
본 출원은 재료 압출식 3D 프린터용 조성물, 이를 이용한 3D 프린팅 제품의 제조방법 및 3D 프린팅 제품의 구조 유지능을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 본 출원의 조성물은 3D 프린팅 과정에서 제품의 굳는 속도를 빠르게 하여 적층 가공 시 제품의 구조를 유지시켜 목표로 하는 3D 프린팅 제품 형태를 얻을 수 있는 효과가 있다.
Description
본 출원은 재료 압출식 3D 프린터용 조성물 및 이를 이용한 3D 프린팅 제품의 제조방법에 관한 것이다.
3D 프린팅 기술은 디지털 정보를 바탕으로, 실제 사물을 제조할 수 있어 4차 산업혁명 기술 중 하나로 각광 받고 있다. 3D 프린터는 원재료의 덩어리를 칼날 등으로 깎아 조각하는 방식, 바인더를 이용하는 선택적 소결 방식, 빛 에너지를 활용하는 광경화 방식 등 다양한 방식이 있으며, 흐름성을 지닌 소재를 쌓아 올리는 적층 제조 방식이 흔히 사용된다.
한편, 식품 분야에서도, 3D 프린터를 이용하고자 하는 연구와 시도가 있어 왔으며, 이에 따라 종래 3D 프린터에서 소재로 이용하던 플라스틱과 같은 물질 대신, 식용 소재를 이용함으로써 이를 원하는 형태의 식품으로 프린팅하여 식품을 제조하는 기술이 개발되었다. 그런데, 3D 식품 프린팅의 경우 섭취를 목적으로 하여 맛, 영양, 식용 가능성 등을 고려해야만 하므로, 프린팅하고자 하는 식품 소재의 인쇄적성이 떨어질 수 있는 문제점이 있다. 특히, 흐름성이 있는 식품 소재의 경우 적절한 정도의 부착성, 응집성 등의 특성이 갖추어지지 않는다면, 적층 가공 방식의 3D 식품 프린터로 프린팅 시에 목표로 하는 식품의 온전한 형상을 이루지 못하고 흘러 내릴 수 있는 문제가 발생한다.
종래 알려진 3D 프린팅 기술 중에는 3D 프린팅 시 출력된 형태를 유지할 수 있도록 탄수화물, 하이드로겔, 광개시제 등을 잉크에 포함시키고 UV를 쪼이는 방법을 이용하는 것이 있으나, 이는 식품 제조를 목적으로 하지 않는 바, 식용 가능 여부, 건강 등을 고려하지 않아 3D 식품 프린팅에 적용하기 어렵다. 또한, 3D 식품 프린팅의 식품 소재로 다양한 종류의 탄수화물을 첨가하여 이용했던 예가 있으나 탄수화물은 식품의 일 성분으로 흔히 함유되는 것으로, 특정 물질을 3D 프린팅의 인쇄적성을 위해 사용하고자 하는 시도는 없었다. 이에 본 발명자는 흐름성 있는 식품 재료로 3D 식품 프린터를 이용하여 식품을 제조하는 경우 제조된 식품의 구조 유지능을 보다 향상시킬 수 있는 재료 조성을 개발하기 위해 연구한 결과, 전분 및 단당류를 조합한 조성물을 3D 식품 프린터의 재료로 사용하면, 3D 식품 프린터로 제조되는 식품의 구조 유지능이 현저히 증대될 수 있음을 실험적으로 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 출원은 흐름성이 있는 3D 프린팅 원료를 이용하여 3D 프린터로 제품을 제조하고자 할 때 적층 과정에서 적절한 속도로 굳어져 온전한 형태의 구조를 안정적으로 유지될 수 있는 재료 압출식 3D 프린터용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 출원은 3D 프린터에 의한 프린팅 과정에서도 형태 및 구조가 안정적으로 유지되는 제품을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 출원은 3D 프린터에 의해 제조되는 제품의 구조 유지 특성을 향상시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 일 측면은, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 전분 및 단당류를 포함하는, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물을 제공한다.
또한, 본 출원의 다른 측면은, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 전분 및 단당류를 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하는 단계; 및 3D 프린터를 이용하여 상기 조성물을 적층하는 단계;를 포함하는, 3D 프린팅 제품의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 출원의 또 다른 측면은, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 전분 및 단당류를 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하는 단계; 및 3D 프린터를 이용하여 상기 조성물을 적층하는 단계;를 포함하는, 3D 프린팅 제품의 구조 유지능을 향상시키는 방법을 제공한다.
본 출원의 3D 프린터용 조성물은, 경도, 부착성, 응집성 등의 물성이 향상된 특징이 있으므로, 다양한 성분이 혼합되어 있고 흐름성을 지니는 소재를 원료로 3D 프린팅 기법을 이용해 제품을 제조하고자 할 때 발생할 수 있는 문제점을 극복하고, 온전한 형태의 제품 구조를 형성할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 3D 프린팅 제품의 구조 유지능이 향상된 효과로 인하여, 본 출원은 다양하고 독특한 형태의 제품의 제조 시에도 온전한 구조 유지를 기대할 수 있으며, 이는 3D 식품 프린팅에도 효과적으로 적용된다. 따라서, 3D 프린터를 이용하여 제조되는 제품이나 식품을 사용 또는 섭취하고자 하는 소비자 개개인에게 맞춤화된 형태로 3D 프린팅 제품을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 출원의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 증류수, 전분 및 단당류인 알룰로스를 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하고 적층시켜 제조한 3D 프린팅 제품의 형상을 촬영한 사진이다.
도 2는 증류수, 전분 및 이당류인 설탕을 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하고 적층시켜 제조한 3D 프린팅 제품의 형상을 촬영한 사진이다.
도 3의 A는 발효유, 전분 및 단당류인 알룰로스를 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하고 적층시켜 제조한 발효유 스낵의 형상을 촬영한 사진이고, B는 주사전자현미경(SEM)으로 60배 배율로 확대한 구조를 나타낸 것이다.
도 4의 A는 발효유, 전분 및 이당류인 설탕을 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하고 적층시켜 제조한 발효유 스낵의 형상을 촬영한 사진이고, B는 주사전자현미경(SEM)으로 60배 배율로 확대한 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 증류수, 전분 및 이당류인 설탕을 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하고 적층시켜 제조한 3D 프린팅 제품의 형상을 촬영한 사진이다.
도 3의 A는 발효유, 전분 및 단당류인 알룰로스를 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하고 적층시켜 제조한 발효유 스낵의 형상을 촬영한 사진이고, B는 주사전자현미경(SEM)으로 60배 배율로 확대한 구조를 나타낸 것이다.
도 4의 A는 발효유, 전분 및 이당류인 설탕을 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하고 적층시켜 제조한 발효유 스낵의 형상을 촬영한 사진이고, B는 주사전자현미경(SEM)으로 60배 배율로 확대한 구조를 나타낸 것이다.
이하, 본 출원을 구체적으로 설명한다.
본 출원의 일 측면은 전분 및 단당류를 포함하는, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물을 제공한다.
상기 조성물은 3D 프린터를 사용하여 3D 프린팅 제품을 제조하기 위한 용도로 이용될 수 있다. 본 출원의 조성물을 재료 압출식 3D 프린터에 충진하여 프린팅에 이용할 경우, 상기 조성물의 성분을 소재 또는 원료로 하는 제품을, 만들고자 하는 다양한 형태로 제조할 수 있다.
상기 조성물은 상기와 같은 성분을 포함함에 따라 페이스트 형태일 수 있다. 본 출원에서 용어 "페이스트(paste)"는 원료를 갈거나 으깨어 풀과 같이 만든 형태를 의미하며, 식품의 일형태일 수 있다. 이에 따라 페이스트 형태의 상기 조성물은 수분을 더 함유할 수 있다.
상기 조성물은 고형분 함량이 30 내지 60 중량%일 수 있다. 구체적으로, 상기 고형분 함량은 전체 조성물을 기준으로, 30 중량%, 32 중량%, 35 중량%, 37 중량%, 40 중량%, 42 중량%, 43 중량%, 44 중량%, 및 45 중량%로부터 선택된 하나의 하한 및/또는 60 중량%, 58 중량%, 55 중량%, 53 중량%, 50 중량%, 48 중량%, 47 중량%, 46 중량%, 및 45 중량%로부터 선택된 하나의 상한으로 구성된 범위의 함량일 수 있다. 일례로, 30 내지 60 중량%, 32 내지 58 중량%, 35 내지 55 중량%, 37 내지 53 중량%, 40 내지 50 중량%, 42 내지 48 중량%, 43 내지 47 중량%, 44 내지 46 중량%, 45 내지 46 중량%, 또는 44 내지 45 중량%의 함량일 수 있다. 고형분 함량이 상기 범위 내일 경우, 조성물의 경도, 부착성, 응집성 등 3D 프린팅 시 제품의 구조 유지에 도움이 되는 물성이 충분히 높게 나타나는 효과가 있으면서도, 농도가 지나치게 높지는 않으므로 상기 조성물이 3D 프린터의 노즐을 막아 유동성을 저해하는 문제점은 발생하지 않는 장점이 있다.
본 출원에서 용어 "고형분"은 조성물 중 수분을 제외한 나머지 고체 성분을 의미하며, 구체적으로 수분을 증발시키고 남은 성분을 의미할 수 있으며, 본 출원의 조성물의 고형분은 전분 및 단당류를 포함하고, 프린팅하고자 하는 제품의 원료를 더 포함할 수 있다.
상기 전분 및 단당류는 고형분 기준으로 전분 : 단당류의 중량비가 1:1 내지 1:8의 중량 비율로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 전분 : 단당류는 1:1, 1:1.5, 1:2, 1:2.5, 1:3, 1:3.5, 및 1:4로부터 선택된 하나의 하한 및/또는 1:8, 1:7.5, 1:7, 1:6.5, 1:6, 1:5.5, 1:5, 및 1:4.5로부터 선택된 하나의 상한으로 구성된 범위의 중량 비율일 수 있다. 일례로, 1:1 내지 1:8, 1:2 내지 1:7, 1:2.5 내지 1:6.5, 1:3 내지 1:6, 1:3.5 내지 1:5.5, 1:3.5 내지 1:5, 또는 1:4 내지 1:4.5의 중량 비율일 수 있다. 전분 및 단당류의 비율이 상기 범위 내로 형성될 경우, 상기 전분 및 단당류를 포함하는 조성물을 이용하여 3D 프린팅을 통해 제조된 3D 프린팅 제품의 구조 유지능이 향상되는 효과가 있다.
상기 전분은 감자전분, 고구마전분, 옥수수전분, 밀전분, 쌀전분, 타피오카 전분 및 변성전분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 구체적으로 식품 소재로 사용되는 전분일 수 있다. 상기 전분은 단당류와 함께 본 출원의 조성물에 포함됨으로써, 이를 이용하여 프린팅되는 3D 프린팅 제품의 구조 유지에 도움을 줄 수 있다.
상기 단당류는 포도당, 과당 및 알룰로스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 본 출원의 조성물은 단당류를 포함함에 따라, 설탕과 같은 이당류를 포함하는 조성물보다 재료 압출식 3D 프린팅의 인쇄적성이 더 좋고 경도, 부착성, 응집성 등의 물성이 향상되는 효과가 있다.
상기 조성물은 검류, 셀룰로스, 식이섬유 및 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 잔탄검, 아라비아검 등의 검류, 메틸셀룰로스, 카복시메틸셀룰로스 등의 셀룰로스, 펙틴, 알긴산 등의 식이섬유, 젤라틴 등의 단백질 등을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 성분들은 본 출원의 조성물의 점도 또는 흐름성을 조절하기 위한 목적에서 그 종류 및 함량을 적절히 선택하여 포함될 수 있다.
본 출원의 조성물이 이용될 수 있는 재료 압출식 3D 프린터는 소재를 층으로 쌓아 제품을 제조하는 적층 가공 방식에 의한 것으로, 빛, 자외선, 레이저 등에 의한 광경화 과정을 거치지 않는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 재료 압출식 3D 프린터는 FDM(fused deposition modeling) 방식 또는 FFF(fused filament fabrication) 방식일 수 있다.
상기 3D 프린터는 광경화식이 아닌 것일 수 있다. 상기 광경화식 3D 프린터는, 3D 프린터의 출력물을 빛에 의해 굳히는 방식의 3D 프린터일 수 있으며, 상기 빛의 조사는 자외선을 조사하는 것이거나, 빛을 레이저 형태로 조사하는 것일 수 있다.
또한, 본 출원의 조성물이 이용될 수 있는 재료 압출식 3D 프린터는 3D 식품 프린터일 수 있으며, 이때 본 출원의 조성물은 3D 프린팅을 통해 식품을 제조하기 위한 용도로 이용될 수 있다.
3D 식품 프린터를 이용한 프린팅에 이용될 수 있는 본 출원의 조성물은 3D 프린팅을 통해 제조하고자 하는 식품의 종류, 제조 목적에 따라 식품의 원료로 사용될 수 있는 성분을 제한 없이 더 포함할 수 있다. 예컨대 상기 조성물은 발효유, 우유, 주스, 차, 커피, 달걀, 초콜릿, 크림류 등의 식품 원료를 하나 이상 더 포함할 수 있다. 상기 성분은 액체 형태의 식품 원료(예를 들어, 발효유, 우유, 주스류, 차, 커피 등)이거나 특정한 조건에서 페이스트 형태를 형성하기에 유리한 식품 원료(예를 들어, 크림류, 고구마 무스, 초콜릿 등)일 수 있고, 상기 전분 및/또는 단당류에 의한 효과를 저해하지 않는 성분이 포함되거나 저해하지 않는 함량으로 포함될 수 있다.
본 출원의 다른 측면은 (a) 전분 및 단당류를 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하는 단계; 및 (b) 3D 프린터를 이용하여 상기 조성물을 적층하는 단계;를 포함하는, 3D 프린팅 제품의 제조방법을 제공한다.
상기 전분 및 단당류를 포함하는 조성물에 관한 설명은, 상기 본 출원의 3D 프린터용 조성물과 관련하여 설명한 바와 동일하다.
상기 충진하는 단계는, 상기 조성물을 페이스트 형태, 액체 형태, 또는 고체화시킨 필라멘트 형태로 충진하는 것일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 조성물은 프린터의 종류, 프린팅 방식, 제조하고자 하는 제품의 종류, 제조 목적 등에 따라 다양한 형태로 충진될 수 있다. 충진되는 형태에 따라, 충진하는 단계 이전에 조성물을 가공, 처리하는 단계를 더 거칠 수 있다.
상기 적층하는 단계는, 상기와 같이 3D 프린터에 충진된 조성물을 제조하는 제품의 형태로 프린팅하여 성형하는 과정으로, 얇은 층으로 압출, 분사 등이 된 조성물이 순차적으로 여러 층을 형성하며 입체적인 제품 형태가 만들어진다. 적층 과정에서 각 층이 쌓이는 과정에는 시간 차가 발생하는 바, 적층된 조성물의 굳는 속도에 따라 전체적인 제품의 구조 유지 여부가 영향을 받게 되는데, 본 출원의 상기 조성물을 충진하고, 이를 3D 프린터로 적층시키게 되면 상기 조성물의 물성 때문에 상기와 같은 방법을 통해 제조되는 3D 프린팅 제품의 구조를 유지시킬 수 있다.
상기 3D 프린팅 제품의 제조방법은, 상기 충진하는 단계 전에, 상기 조성물을 50 ℃ 이상의 온도로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 가열 단계를 더 거쳐 제조되는 제품은 구조 유지능이 더욱 향상되는 효과가 있으며, 이는 상기 조성물의 전분이 호화되며 콜로이드 용액을 형성하며 점성을 증가시킴에 따른 것일 수 있다.
상기 3D 프린터는 재료 압출식 3D 프린터일 수 있으며, 재료 압출식 3D 프린터에 관한 설명은 상기에서 설명한 바와 동일하다.
상기 3D 프린팅 제품은 식품일 수 있다. 상기 식품은 식품 원료를 3D 프린터로 적층시켜 제조되는 식품이라면 모두 포함할 수 있으며, 예컨대, 캔디류, 쿠키, 치즈, 초콜릿, 젤리 등일 수 있다.
상기 3D 프린팅 제품의 제조방법은, 빛을 조사하여 광경화시키는 단계를 포함하지 않을 수 있다. 상기 빛을 조사하여 광경화시키는 것은, 적층되어 만들어지는 3D 프린팅의 출력물을 빛에 의해 굳혀 구조 유지능을 향상시키는 것일 수 있다. 또한, 상기 빛의 조사는 자외선을 조사하는 것일 수 있고, 빛을 레이저 형태로 조사하는 것일 수 있다.
본 출원의 또 다른 측면은 (a) 전분 및 단당류를 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하는 단계; 및 (b) 3D 프린터를 이용하여 상기 조성물을 적층하는 단계;를 포함하는, 3D 프린팅 제품의 구조 유지능을 향상시키는 방법을 제공한다.
상기 전분 및 단당류를 포함하는 조성물에 관한 설명은, 상기 본 출원의 3D 프린터용 조성물과 관련하여 설명한 바와 동일하다.
상기 충진하는 단계 및 적층하는 단계에 관한 설명은, 상기에서 설명한 바와 동일하다.
상기 구조 유지능의 향상은, 3D 프린팅 제품의 경도, 부착성, 응집성, 탄성, 검성(guminess) 및 씹힘성으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물성이 향상되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 물성들은 3D 프린팅 제품에 프로브를 이용하여 압력을 가했다가 떨어뜨리는 과정을 통해 측정할 수 있으며, 상기 경도는 3D 프린팅 제품이 정해진 변형에 도달하는 데 필요한 힘으로 측정될 수 있고, 상기 부착성은 3D 프린팅 제품과 프로브가 다시 떨어질 때 필요한 힘으로 측정될 수 있다. 상기 응집성은 3D 프린팅 제품이 원래의 형태를 유지하려는 힘으로 측정될 수 있고, 상기 탄성은 주어진 힘이 제거되고 변형된 3D 프린팅 제품이 원래의 형태로 돌아가려는 성질을 의미할 수 있다. 상기 검성은 반고체 상태, 씹힘성은 고체 상태의 3D 프린팅 제품, 특히 식품을 삼킬 수 있는 상태로 만드는 성질을 의미할 수 있다.
상기 물성들은 3D 프린팅 제품의 구조를 더욱 단단하게 하거나 제품을 이루는 입자 또는 층상 구조가 서로 결합하고 달라 붙게 하는 성질이므로, 상기 물성이 향상될 경우, 3D 프린팅 제품의 구조 유지능이 향상될 수 있다.
상기 3D 프린터는 재료 압출식 3D 프린터일 수 있으며, 재료 압출식 3D 프린터에 관한 설명은 상기에서 설명한 바와 동일하다. 상기 3D 프린팅 제품은 식품일 수 있다. 상기 식품은 식품 원료를 3D 프린터로 적층시켜 제조되는 식품이라면 모두 포함할 수 있으며, 예컨대, 캔디류, 쿠키, 치즈, 초콜릿, 젤리 등일 수 있다.
상기 3D 프린팅 제품의 구조 유지능 향상방법은, 빛을 조사하여 광경화시키는 단계를 포함하지 않을 수 있다. 상기 빛을 조사하여 광경화시키는 것은, 적층되어 만들어지는 3D 프린팅의 출력물을 빛에 의해 굳혀 구조 유지능을 향상시키는 것일 수 있다. 또한, 상기 빛의 조사는 자외선을 조사하는 것일 수 있고, 빛을 레이저 형태로 조사하는 것일 수 있다.
이하, 본 출원을 실험예에 의하여 상세히 설명한다.
단, 하기 실험예는 본 출원을 구체적으로 예시하는 것이며, 본 출원의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되지 아니한다.
[실험예 1]
전분 및 당류를 포함하는 조성물에서, 당류 종류에 따른 3D 프린팅 인쇄적성 확인
순수한 전분 및 당류의 조합에 따른 3D 프린팅 인쇄 적성에 미치는 영향과 효과를 확인하기 위하여, 전분 및 다양한 종류의 당류를 증류수에 녹여 페이스트 형태의 조성물을 제조하였다. 당류 중 단당류는 포도당, 과당 및 알룰로스를 사용하였고, 이당류로 설탕을 사용하였다. 감자전분 분말(100%, 감자전분플러스, 주식회사 서안社) 4 g(8 중량%), 포도당(100%, 무수결정포도당, ㈜삼약제넥스社) 분말, 과당(100%, 결정과당, 씨제이제일제당社) 분말, 알룰로스(100%, 알룰로스 분말, 씨제이제일제당社) 분말, 설탕(100%, 백설 백설탕, 씨제이제일제당社) 분말 각각 15 g(30 중량%), 증류수 31 g(62 중량%)을 혼합하였다. 상기와 같이 혼합된 각 혼합물을 가열하면서 마그네틱 바를 이용하여 100 rpm으로 교반시키고, 온도가 약 60 ℃까지 상승하여 점성이 생기기 시작하였을 때, 교반을 멈추고 상온에서 냉각시켰다. 상기와 같은 방법을 통해, 3D 프린터에 이용될 수 있는 페이스트 조성물을 제조하였다. 그리고, 상기와 같이 제조된 각각의 조성물을 3D 프린터(SHINNOVE-S2, SHIYIN Technologies Co. Ltd., Hangzhou, China)에 충진하고 프린팅하였다. 구체적으로, 상기 페이스트 조성물을 3D 프린터의 시린지통에 넣고 프린팅 조건(Printing nozzle orifice: 0.84 ㎜, Layer height: 0.75 ㎜, Printing / Retraction speeds: 40 ㎜/s, Filling density: 100%, Nozzle height: 1 ㎜)을 설정하여, Autodesk社의 123D 소프트웨어를 이용해 정육면체 3D 모델(큐브, x: 10 ㎜, y: 10 ㎜, z: 10 ㎜) 프린팅을 수행하였다. 3D 프린팅을 위한 슬라이싱은 Ultimaker社의 Cura 소프트웨어를 사용하였다. 그리고 상기 각각의 조성물을 적층시켜 프린팅한 결과물의 인쇄적성을 확인하였다.
그 결과, 전분 및 설탕을 포함하는 조성물을 이용하여 프린팅할 경우, 적층된 형태가 온전하게 유지되지 못하고 위쪽에 쌓인 조성물이 흘러 내려 납작하고 둥그런 형태로 나타난 것(도 2)과는 달리, 설탕 대신 단당류를 포함하는 조성물을 이용하여 3D 프린팅한 경우, 적층되어 프린팅된 형태가 더 잘 유지되어 직육면체에 가까운 형태를 유지하였으며 특히, 알룰로스를 포함하는 조성물의 프린팅 결과물의 형태가 가장 잘 유지되었다(도 1).
상기와 같은 결과로 볼 때, 이당류인 설탕에 비해 단당류를 첨가하여 제조한 조성물이 3D 프린팅 시 인쇄적성이 더 우수함을 확인하였고, 전분 및 단당류를 포함하는 조성물을 이용할 경우 재료 압출식 3D 프린팅 시 적층 과정에서 구조의 유지에 더 유리한 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
[실험예 2]
단당류의 종류에 따른 조성물의 물성 개선 효과 확인
상기 실험예 1에서 이용한 것과 동일한, 당류의 종류를 달리한 각 조성물을 대상으로, 각종 물성을 측정하였다. 물성분석기(Tensipresser Analyzer, MyBoy, TAKETOMO Electric Incorporated)를 이용하여 물성을 측정하였으며, 측정하고자 하는 물성에 따라 측정 조건을 설정하고, 경도(hardness), 부착성(adhesiveness), 응집성(cohesiveness), 탄성(elasticity), 검성(guminess), 및 씹힘성(chewiness)을 측정하여 하기 표 1에 나타냈다. 구체적으로, 상기 물성들의 측정을 위해 물성분석기를 이용한 TPA(texture profile analysis)를 수행하였고 2회 bite 후 얻은 TPA 곡선을 이용하였다. 각 시료를 물성분석기의 홀더에 담고, 30 ㎜ 높이의 프로브가 1.0 ㎜/s의 일정한 힘과 속도로 움직여, 시료 표면에 힘을 가하도록 하였다. 상기 경도는 프로브가 시료를 누르는 힘의 최대 세기를 측정하기 위해 첫 번째 압축과정의 곡선의 최대 피크 값으로 측정하였고, 부착성은 프로브가 시료로부터 떨어지는 힘을 측정하기 위해 첫 번째 bite에서의 음의 영역을 측정하였다. 탄성은 힘이 제거된 후 변형된 시료가 원래 상태로 돌아가려는 힘을 측정한 것으로 두 번째 그래프의 x절편에서 피크까지의 시간을 첫 번째 그래프의 원점에서 피크까지의 시간으로 나눈 값으로 측정하였다. 응집성은 시료가 형태를 유지하려는 힘을 측정한 것으로 두 그래프의 영역 값의 비로 측정하였다. 검성은 상기 경도와 응집성의 곱으로, 씹힘성은 상기 검성과 탄성의 곱으로 측정하였다.
| 물성 | 설탕 | 포도당 | 과당 | 알룰로스 |
| 경도(hardness) [gw/cm2] | 25.63 | 44.86 | 41.43 | 52.14 |
| 부착성(adhesiveness) [gw/cm2] | 10.98 | 19.12 | 17.52 | 22.60 |
| 응집성(cohesiveness) [gw/cm2] | 0.59 | 0.72 | 0.69 | 0.83 |
| 탄성(elasticity) | 0.66 | 0.78 | 0.77 | 0.81 |
| 검성(guminess) | 15.22 | 29.21 | 28.17 | 32.14 |
| 씹힘성(chewiness) | 10.08 | 22.90 | 21.69 | 26.03 |
그 결과, 포도당, 과당 또는 알룰로스와 같은 단당류를 첨가한 조성물의 경우, 이당류인 설탕을 포함하는 조성물과 비교할 때, 응집성, 탄성과 같은 물성이 개선되고 경도, 부착성, 검성 및 씹힘성이 현저하게 증가하였다. 특히, 단당류 중에서도 알룰로스를 첨가한 조성물의 효과가 가장 우수함을 확인하였다. 상기와 같은 특성은 조성물이 3D 프린터에 사용되었을 때, 적층되어 제조되는 제품의 구조의 유지능을 향상시킬 수 있는바, 전분과 함께 단당류를 포함하는 본 출원의 조성물을 이용하여 3D 프린팅을 통해 제품을 제조할 경우 이의 구조적 형태를 온전하게 형성하고 유지할 수 있다.
[실험예 3]
전분, 단당류(알룰로스)를 포함하는 조성물과 이를 이용한 발효유 스낵의 제조 및 3D 프린팅 인쇄적성 확인
상기 실시예 1 및 2에서 확인한 바와 같이, 전분과 함께 단당류를 포함하는 조성물, 특히 단당류 중에서도 알룰로스를 포함하는 조성물의 3D 프린팅 인쇄적성이 가장 우수하였으므로, 전분, 알룰로스 및 발효유를 포함하는 조성물을 제조하여 3D 프린팅을 통해 발효유 스낵을 제조하였다. 그리고 알룰로스 대신 이당류인 설탕을 첨가한 조성물을 이용한 발효유 스낵과 3D 프린팅 인쇄적성을 비교하였다.
먼저, 알룰로스를 이용한 조성물의 경우, 감자전분 분말(100%, 감자전분플러스, 주식회사 서안社) 3.5 g(7 중량%), 알룰로스 분말(100%, 알룰로스 분말, 씨제이제일제당社) 15 g(30 중량%), 발효유(고형분 8중량% 이상, 이츠웰 후레쉬 플레인 요거트, ㈜푸르밀社) 31.5 g(63 중량%)을 혼합하였고, 설탕을 이용한 조성물의 경우, 감자전분 분말 3.5 g(7 중량%), 설탕 분말(100%, 백설 백설탕, 씨제이제일제당社) 15 g(30 중량%), 발효유 31.5 g(63 중량%)을 혼합하였다. 상기와 같이 혼합된 각 혼합물을 가열하면서 마그네틱 바를 이용하여 100 rpm으로 교반시키고, 온도가 약 60 ℃까지 상승하여 점성이 생기기 시작하였을 때, 교반을 멈추고 상온에서 냉각시켰다. 상기와 같은 방법을 통해, 3D 프린터로 적층 가공하여 발효유 스낵을 제조하기 위한 알룰로스 함유 조성물과 설탕 함유 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 제조한 알룰로스와 설탕을 각각 포함하는 조성물을 3D 프린터(SHINNOVE-S2, SHIYIN Technologies Co. Ltd., Hangzhou, China)에 충진하고 상기 실험예 1과 동일한 조건 및 방법으로 프린팅하여 발효유 스낵을 제조하였다. 그 다음, 상기 각 발효유 스낵의 인쇄적성을 확인하고, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 60배의 배율로 확대하여, 각 스낵의 구조 형태를 확인하였다.
그 결과, 전분 및 설탕을 포함하는 조성물을 이용하여 제조한 발효유 스낵에서는 적층된 형태가 온전하게 유지되지 못하고 위쪽에 쌓인 조성물이 흘러 내린 형태로 나타난 것(도 4의 A)과는 달리, 설탕 대신 알룰로스를 포함하는 조성물을 이용하여 제조한 발효유 스낵의 경우, 적층되어 프린팅된 스낵의 형태가 더 잘 유지되어 직육면체에 가까운 형태를 유지하고 있음(도 3의 A)을 확인하였다. 전자현미경을 이용한 관측 결과에서도, 설탕 함유 조성물을 이용한 경우에는 발효유 스낵의 구조가 무너져 하나의 덩어리처럼 보이는 것을 확인할 수 있지만(도 4의 B), 알룰로스 함유 조성물을 이용한 경우에는 발효유 스낵의 구조가 유지되어 있었다(도 3의 B).
상기와 같은 결과로 볼 때, 전분 및 단당류, 특히 알룰로스를 포함하는 본 발명의 조성물을 이용하여 재료 압출식 3D 프린터를 통해 적층 가공하여 제조된 제품의 경우, 흐름성이 지나치게 낮지 않아 3D 프린터의 노즐을 막게 되는 문제점이 발생하지 않으면서도, 적층하여 프린팅하는 과정에서 빠르게 굳어 구조를 형성하고 유지할 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
[실험예 4]
전분, 단당류(알룰로스) 및 발효유를 포함하는 조성물의 물성 개선 효과 확인
상기 실험예 3에서 발효유 스낵으로 프린팅하기 위해 제조했던, 전분, 알룰로스 및 발효유를 포함하는 조성물의 각종 물성을 측정하였다. 또한, 상기 실험예 3에서 제조했던 알룰로스 대신 설탕을 포함하는 조성물 역시 물성을 확인하였다. 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 물성분석기를 이용하여 각종 물성을 측정하였으며, 측정하고자 하는 물성에 따라 측정 조건을 설정하고, 경도(hardness), 부착성(adhesiveness), 응집성(cohesiveness), 탄성(elasticity), 검성(guminess), 및 씹힘성(chewiness)을 측정하여 하기 표 2에 나타냈다.
| 물성 | 실시예 (알룰로스) | 비교예 (설탕) |
| 경도(hardness) [gw/cm2] | 118.70 | 50.35 |
| 부착성(adhesiveness) [gw/cm2] | 47.17 | 18.77 |
| 응집성(cohesiveness) [gw/cm2] | 0.81 | 0.80 |
| 탄성(elasticity) | 1.02 | 0.95 |
| 검성(guminess) | 96.44 | 40.44 |
| 씹힘성(chewiness) | 97.98 | 38.46 |
그 결과, 전분 및 단당류인 알룰로스를 포함하는 조성물의 경우, 설탕을 포함하는 조성물과 비교할 때, 응집성, 탄성과 같은 물성이 개선되고 경도, 부착성, 검성 및 씹힘성이 현저하게 증가하였다. 상기와 같은 특성은 조성물이 3D 프린터에 사용되었을 때, 적층되어 제조되는 제품의 구조의 유지능을 향상시킬 수 있는바, 본 출원의 조성물을 이용하여 재료 압출식 3D 프린팅을 통해 제품을 제조할 경우 이의 구조적 형태를 온전하게 형성하고 유지할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 대표적인 실험예를 예시적으로 설명하였으나, 본 출원의 범위는 상기와 같은 특정 실험예에만 한정되지 아니하며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
Claims (16)
- 전분 및 단당류를 포함하는, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 페이스트 형태인 것을 특징으로 하는, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 고형분 함량이 30 내지 60 중량%인, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 전분 및 단당류는 고형분 기준으로 전분 : 단당류 = 1:1 내지 1:8의 중량 비율인 것을 특징으로 하는, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 전분은 감자전분, 고구마전분, 옥수수전분, 밀전분, 쌀전분, 타피오카 전분 및 변성전분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 단당류는 포도당, 과당 및 알룰로스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 검, 셀룰로스, 식이섬유, 및 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 발효유, 우유, 주스, 차, 커피, 달걀, 초콜릿 및 크림류로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것인, 재료 압출식 3D 프린터용 조성물. - (a) 전분 및 단당류를 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하는 단계; 및
(b) 3D 프린터를 이용하여 상기 조성물을 적층하는 단계;를 포함하는, 3D 프린팅 제품의 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 충진하는 단계 전에, 상기 조성물을 50 ℃ 이상의 온도로 가열하는 단계;를 더 포함하는, 3D 프린팅 제품의 제조 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 3D 프린터는 재료 압출식 3D 프린터인 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 제품의 제조 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 제조방법은 빛을 조사하여 광경화시키는 단계를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 것인, 3D 프린팅 제품의 제조방법. - (a) 전분 및 단당류를 포함하는 조성물을 3D 프린터에 충진하는 단계; 및
(b) 3D 프린터를 이용하여 상기 조성물을 적층하는 단계;를 포함하는, 3D 프린팅 제품의 구조 유지능을 향상시키는 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 구조 유지능의 향상은, 3D 프린팅 제품의 경도, 부착성, 응집성, 탄성, 검성(guminess) 및 씹힘성으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물성이 향상되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 제품의 구조 유지능을 향상시키는 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 3D 프린터는 재료 압출식 3D 프린터인 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅 제품의 구조 유지능을 향상시키는 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 구조 유지능 향상 방법은 빛을 조사하여 광경화시키는 단계를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 것인, 3D 프린팅 제품의 구조 유지능을 향상시키는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190152551A KR102446976B1 (ko) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 재료 압출식 3d 프린터용 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190152551A KR102446976B1 (ko) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 재료 압출식 3d 프린터용 조성물 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210063901A true KR20210063901A (ko) | 2021-06-02 |
| KR102446976B1 KR102446976B1 (ko) | 2022-09-23 |
Family
ID=76372907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190152551A KR102446976B1 (ko) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 재료 압출식 3d 프린터용 조성물 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102446976B1 (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115194975A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-10-18 | 深圳力越新材料有限公司 | 一种改性3d打印粉末材料的制备方法 |
| WO2022270692A1 (ko) * | 2021-06-24 | 2022-12-29 | 주식회사 비페코 | 갑각류 연육조직 대체육 제조방법 |
| KR102544015B1 (ko) * | 2022-07-28 | 2023-06-15 | 주식회사 비페코 | 3d 프린팅을 위한 냉간 압출용 초콜릿 잉크 조성물 및 그 제조방법 |
| WO2023147518A1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | System and method for three-dimensional food printing |
| WO2024063228A1 (ko) * | 2022-09-19 | 2024-03-28 | 박현진 | 3차원 프린팅용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 반려동물용 덴탈껌 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180051489A (ko) * | 2015-07-09 | 2018-05-16 | 이슘 리서치 디벨롭먼트 컴퍼니 오브 더 히브루 유니버시티 오브 예루살렘 엘티디. | 식품의 3차원 프린팅 |
| KR20190075888A (ko) * | 2019-06-21 | 2019-07-01 | 한상갑 | 알룰로스가 함유된 떡 제조 방법 |
| KR20190083339A (ko) * | 2017-03-22 | 2019-07-11 | 산동 유니버시티 오브 테크놀로지 | 복합 전분 3d 프린팅 재료의 제조 공정 |
-
2019
- 2019-11-25 KR KR1020190152551A patent/KR102446976B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180051489A (ko) * | 2015-07-09 | 2018-05-16 | 이슘 리서치 디벨롭먼트 컴퍼니 오브 더 히브루 유니버시티 오브 예루살렘 엘티디. | 식품의 3차원 프린팅 |
| KR20190083339A (ko) * | 2017-03-22 | 2019-07-11 | 산동 유니버시티 오브 테크놀로지 | 복합 전분 3d 프린팅 재료의 제조 공정 |
| KR20190075888A (ko) * | 2019-06-21 | 2019-07-01 | 한상갑 | 알룰로스가 함유된 떡 제조 방법 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Kim Jong-tae et al, Food 3D-printing technology and food industry application, Journal of Industrial Food Engineering (Food Eng. Prog.), Vol. 21, No. 1. pp. 12-21, February 2017, (https://doi.org/10.13050/foodengprog.2017.21.1.12) * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022270692A1 (ko) * | 2021-06-24 | 2022-12-29 | 주식회사 비페코 | 갑각류 연육조직 대체육 제조방법 |
| WO2023147518A1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | System and method for three-dimensional food printing |
| CN115194975A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-10-18 | 深圳力越新材料有限公司 | 一种改性3d打印粉末材料的制备方法 |
| KR102544015B1 (ko) * | 2022-07-28 | 2023-06-15 | 주식회사 비페코 | 3d 프린팅을 위한 냉간 압출용 초콜릿 잉크 조성물 및 그 제조방법 |
| WO2024063228A1 (ko) * | 2022-09-19 | 2024-03-28 | 박현진 | 3차원 프린팅용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 반려동물용 덴탈껌 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102446976B1 (ko) | 2022-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102446976B1 (ko) | 재료 압출식 3d 프린터용 조성물 | |
| Liu et al. | Properties of 3D printed dough and optimization of printing parameters | |
| EP3131412B1 (en) | Method for the production of an edible object by powder bed (3d) printing | |
| KR102025839B1 (ko) | 떡과 유사한 식감의 젤리 조성물 및 이의 제조방법 | |
| KR20070042090A (ko) | 저 칼로리 식품 바 | |
| EP3389389B1 (de) | Giessmasse und verfahren für die herstellung von gelatineprodukten | |
| CN102058004A (zh) | 固体蜂蜜糖果及其制造方法 | |
| CN104080353A (zh) | 具有耐热化外壳的巧克力产品 | |
| EP3393276B1 (en) | High integrity encapsulation product | |
| JP2986379B2 (ja) | ソフトキャンディ及びその製法 | |
| JP2015519072A (ja) | 食用材料およびその製造 | |
| WO2015193300A1 (de) | Zusammensetzung in form von kompaktierten partikeln und deren verwendung | |
| JPWO2020111270A1 (ja) | 含水チョコレート様菓子及び含水チョコレート様菓子の製造方法 | |
| JP6871477B2 (ja) | コア成分を含むゼラチン製品、および当該ゼラチン製品を製造する方法 | |
| CN1122102A (zh) | 面包房用的以奶酪为基质的干片产品 | |
| JP4380619B2 (ja) | ソフトキャンディ | |
| KR20160088298A (ko) | 이에 잘 붙지 않는 식감의 소프트 캔디 및 그 제조 방법 | |
| JP6947884B2 (ja) | 食品用シート状組成物 | |
| EP2410865B1 (de) | Tieftemperatur-mogulverfahren sowie mit diesem verfahren herstellbare konfektartikel | |
| JP2013153718A (ja) | ２層構造食品およびその製法 | |
| RU2572573C1 (ru) | Композиция для производства творожного глазированного сырка | |
| JP2024024390A (ja) | ３ｄフードプリンタ用ペースト状組成物、その作製方法および造形方法、並びに造形された経口摂取用組成物 | |
| KR20230126267A (ko) | 고령친화 식품용 3d 프린트 잉크 조성물 | |
| JP2023125944A (ja) | 具材入りケーキ用組成物 | |
| KR20190046683A (ko) | 몰디드 콘과자용 믹스 조성물 및 이를 이용한 몰디드 콘과자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |