食品3D打印是一种新兴的食品制造方式,因其具有个性化定制的优势,在食品行业中显示出巨大的市场潜力。目前,相关研究多聚焦于食品材料的成型特性、营养调配、打印参数控制等方面,忽略了色彩能够增强打印产品表现力的优势。为了完成彩色3D打印食品,当前的研究均采用多材料或多色的打印方法,利用多通道的设计挤出不同颜色的材料实现彩色模型的制作。这种方式能够实现的颜色种类受到通道数量限制,并且打印机价格昂贵,控制复杂。本研究以山药泥为打印基材,基于电解水技术,在喷头处调控挤出材料的pH,辅助pH敏感型色素,实现单通道彩色3D打印,并对色彩控制策略进行了探究。主要研究如下:（1）具有pH调控功能的食品单通道彩色3D打印机的构建本研究基于水电解的原理,在喷头处调节挤出材料的pH,构建了具有pH调控功能的食品单通道彩色3D打印机。构建过程分为机械系统、电子控制系统和软件系统三个方面:根据食品基材的物理性质,选择气动辅助螺杆挤出的出料装置,利用直流电源与金属铂电极实现具有pH调控功能的喷头部件的设计,搭配BLV开源运动结构,完成机械系统的构建;选择MKS GEN＿L V2.0主板,刷入Marlin 2.0固件,选择TMC2209步进电机驱动器,完成电子控制系统的构建;在打印过程中,基于Octoprint控制套件编写插件程序实时对打印过程进行监测并实现色彩控制,完成软件系统的构建。设计完成的彩色3D打印机工作空间为50 cm×50 cm×50 cm,能够实现±60 V的电解电压,并通过串口通信方式实现彩色3D打印的自动化控制。（2）以山药泥为打印基材的食品彩色3D打印配方研究本研究采用山药泥作为打印基材,分别筛选优化了水分添加量、色素的种类与色素添加量,确定了用于食品彩色3D打印的配方。在水分优化过程中,对比了25%–70%水分添加量下山药泥的流变特性、微观结构,通过打印测试确定了水分添加量为35%时,测试模型达到最大高度（90 mm）并具有光滑的纹理特征;在色素的筛选优化过程中,从紫薯、红萝卜、桑葚、黑枸杞和玫瑰茄中提取出五种不同来源的花青素,对比pH 3.0–9.0范围下的色彩变化,确定紫薯色素为最适的着色剂种类（色彩变化范围（H值）:0.88–0.52）。分析不同色素添加量下山药泥-花青素混合物色彩饱和度变化趋势,确定紫薯色素的添加量为5 mg/100g时,混合物饱和度变化平缓,为最适色素添加量。（3）单通道彩色3D打印色彩控制探究与仿真模拟分析在完成单通道彩色3D打印机的构建以及配方的优化后,本研究对提出的基于pH调控技术的彩色3D打印中色彩控制规律进行探究。首先,筛选优化出0.5%添加量的硫酸钠作为电解质来增强打印材料的导电性,提高色彩变化速率。然后,建立了-45 V至45 V电解电压范围内挤出线条的H值的定量关系（R~2=0.998）,证实了色彩控制的精确性。接着,使用理论分析得出电解电压与挤出线条pH之间的线性关系,并通过实验进行了验证。Comsol仿真模拟的结果证实,彩色3D打印过程中色彩变化主要集中在喷嘴顶部,并且挤出线条变色均匀。最后,通过彩色模型的打印,证实本研究提出的彩色3D打印方法是可行的。本研究设计了具有pH调控功能的食品单通道彩色3D打印机,利用pH敏感型色素完成彩色3D打印试验,并对其变色规律与机理进行分析,为3D打印模型的颜色控制提供了新思路。