近年来，随着生活水平的日益提高和疾病谱的不断演变，人们对个性时尚和营养健康的谷物食品的追求日益强烈。而3D打印加工技术因其具有智能化、个性化、绿色环保等特点，并可满足不同人群对食品品质、营养功能以及造型等的需求，无疑为实现健康谷物食品的个性化定制提供了新的途径。本论文基于热挤压3D打印技术在谷物食品领域的研究应用现状及存在问题，针对打印材料的流变特性对热挤压3D打印成型性起着关键的影响作用，提出对谷物食品的主成分淀粉的多尺度结构、流变性能与打印成型性的关系进行系统研究，为热挤压3D打印技术应用于淀粉及营养健康谷物食品的制造提供理论依据和基础数据。论文以大米淀粉、马铃薯淀粉和玉米淀粉为研究对象，利用流变仪体系模拟热挤压3D打印过程，明晰三种淀粉在打印过程中流变性质的变化规律以及对打印成型性的影响，由此建立淀粉材料流变性能与3D打印成型性的关系以及确定合理打印工艺参数的预测方法。在此基础上，利用现代分析技术进一步揭示不同温度或物料浓度的条件下热挤压3D打印对淀粉多尺度结构、流变性能和打印成型性的影响，获得三者之间的相互调控关系。相关主要研究结论如下：
　　对三种淀粉的流变性能和热挤压3D打印成型性进行研究，其结果显示：三种淀粉材料均呈现出剪切稀化和对交替剪切应变刺激下模量的快速响应特性；三种淀粉的G、τy和τf表现较大的浓度依赖性，其值随着温度的升高均呈现出先增大后降低的趋势；浓度对淀粉材料的打印效果有显著的影响，大米淀粉、大米淀粉和马铃薯淀粉的较佳打印区浓度分别为15-25%、15-20%和20-25%。大米淀粉表现出更为突出的可打印性，打印层数达到43-60层，打印线宽为0.80-0.97mm。淀粉材料热挤压3D打印的结果与流变学预测结果有较高的吻合性，当淀粉材料的流变学参数τf为140-722Pa，τy为32-455Pa和G为951-5074Pa时，其具有良好的打印成型效果，故可通过G、τy和τf值来预测或调控淀粉材料的热挤压3D打印成型性。
　　考察了不同温度或物料浓度条件下热挤压3D打印对三种淀粉多尺度结构、流变性能和打印成型性的影响。研究结果表明：淀粉分子的短程有序结构随着打印温度的升高受到不同程度的破坏；玉米淀粉和马铃薯淀粉原有的结晶结构基本被破坏而呈现无定形结构特征，大米淀粉原有结晶结构在受到破坏的同时又会生成单螺旋结构的V型结晶和局部排列有序的结构域；随着浓度的增大，打印淀粉样品内部的疏松多孔凝胶网状结构变得更为致密，玉米淀粉和马铃薯淀粉样品形成的凝胶体系比较均匀，而大米淀粉样品的凝胶体系在亚微观结构尺度上存在微相结构的不均匀性；随着打印温度的升高，打印淀粉样品的结构向疏松多孔的网络转变，较低或较高的打印温度都不利于淀粉样品形成均匀且较稳定的凝胶网状结构体系。
　　三种打印淀粉样品的动态流变测试结果与在流变仪上进行原位测试结果的变化规律一致，G、τy和τf值均随着物料浓度的增大而升高，而随打印温度的升高先增大后减小。物料的浓度越大，打印淀粉样品凝胶网络结构越致密，赋予其自身的机械强度也就越高，从而物料从打印喷嘴的挤出就越困难；随着打印温度的升高，打印淀粉样品的凝胶结构强度呈现出先升高后降低的趋势，在70℃打印的玉米淀粉样品和马铃薯淀粉样品以及80℃打印的大米淀粉样品具有最高的G和τy值，其形成凝胶网络结构的完整性和强度较好，打印成型性最佳。因此，选择合适的淀粉浓度和打印温度以获得理想的G、τy和τf值，对成功进行淀粉材料的热挤压3D打印显得尤其关键。
　　通过研究探明了淀粉材料流变性能与热挤压3D打印成型性的关联性，建立了确定合理打印工艺参数的预测方法，并从分子水平上揭示了不同打印温度或物料浓度条件下，淀粉多尺度结构、流变性能和打印成型性三者之间的相互调控关系。研究结果具有很好的科学意义和实用价值，可为热挤压3D打印技术应用于营养健康淀粉类谷物食品的制造提供理论依据，为淀粉的物性修饰提供新思路和新方法。