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3D打印: 个性化营养定制让食品“形神”兼备
来源:中国安全食品网 2020/6/18 13:21:22

  本报记者  袁国凤

    随着科技的发展,食品3D打印技术的出现及精准营养产品定制给食品产业升级带来了新的力量。3D打印技术如何实现精准营养定制?近日,在江南大学联合荷兰瓦赫宁根大学及研究中心举办的“未来食品”云端论坛第二期食品3D打印分论坛上,专家指出,3D打印技术,是以三维设计模型为蓝本,通过计算机软件设计出产品的数字程序,逐层打印生产产品。3D打印技术在食品领域的应用可根据消费者的个性化需求定制食品,简化供应链,拓宽食品原料来源等,实现美食与科技的完美结合,为食品工业带来变革。

  个性化营养食品定制成为可能

  随着人们生活水平的提高及食品产业的发展,精准营养产品定制成为食品行业的新驱动力。食品3D打印技术可以将原料按照“逐层打印,堆叠成型”的原理进行加工。浙江大学教授贺永指出,食品3D打印技术主要特性是将原料逐步叠加形成特定的三维结构,并通常涉及液体到固体的物理化学变化过程。

  “食品3D打印技术打破了传统食品的生产模式,可以根据消费者的需求进行个性化设计,并增强食品的营养及附加值。在食品3D打印中,挤压技术是当前普遍使用的制备手段,其中食品的流变特性对3D打印的稳定性至关重要,其相互关联性的探索可以为3D打印技术更好地应用提供指南。”瓦赫宁根大学食品加工与工程实验室教授Maarten Schutyser说。

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  瓦赫宁根大学食品生物基研究院研究员Martijn Noort认为,食品的质地是可以根据设计而改变的,食品3D打印技术为创造具有个性化结构、质地和成分的新型食品提供了可行性。首先可以在不同条件下通过控制传统食品的结构和组成来设计食品的机械特性;其次可以创造食品新的结构和功能,比如创造食品非均质地结构、设计断裂特性和模拟感官特性等;最终通过技术手段来实现具有特殊营养组成、质地结构和口感的个性化营养食品的定制。

  此外,细胞培养肉作为当下的焦点之一,也引起了专家的关注和研究,并进行了相关探索。贺永指出,“目前细胞培养肉与具备良好口感的牛排相比还缺失了肌肉化组织结构体外构建环节,而生物3D打印可以控制载细胞生物墨水打印出组织结构,再进一步通过体外培养获得功能化组织。我们实验室也成功实现了含血管结构的大尺寸组织制造。”

产业化应用面临诸多挑战

  专家指出,我国食品3D打印研究在世界上占有重要地位,目前基于3D打印技术最有希望生产的食品主要包括个性化设计食品、新型休闲糖果以及特需食品等。挤出成型是食品3D打印最主流的制造方式,但目前大多数3D食品打印机只出现在实验室,商用3D食品打印机还没有面向市场,面临着诸多技术和应用的难题及挑战。

  江南大学教授张慜认为,目前食品3D打印技术面临的难题大多与打印体系的材料特性密切相关,主要表现在产品成型难和稳定性差、高精度打印困难和打印效率较低等方面。因此基于材料特性调控来开发适合3D打印的特定食品凝胶体系是目前食品3D打印研究的主流。他指出,未来食品3D打印的趋势主要是利用食品3D打印与其他新型技术结合、4D打印技术、3D打印产品品质智能调控等,但均面临巨大挑战。

  目前浙江大学教授贺永团队研究的食品3D打印技术主要应用在巧克力打印工艺、蛋糕定制、节日礼品及logo的特性化设计方面,正在拓展ATM式自助食品打印的多维度应用场景,未来可应用在厨房3D打印、分子料理的自动化加工方面。

  那么未来能否突破3D打印产业化应用挑战及应用在植物肉生产上?专家表示,产业化应用是食品3D打印技术发展的一个过程。首先,食品材料的打印机理有待进一步深入研究,在此基础上才能开发新产品。以挤出型食品3D打印为例,通过对打印原料特性的研究,研发安全可靠的打印原料助剂,改善原料的流动性以及凝胶特性,提高打印产品的稳定性。其次,生产出传统模具无法生产的新型食品,如打印出一些特殊的形状,是3D打印的优势。因此,食品内部结构的设计优化和重组技术是食品3D打印发展的关键,同时还需推进精密度高、高效稳定的3D打印装备和打印控制软件的研发。最后,利用其他新型技术的结合协同解决应用难题,来克服现有食品3D打印的应用难题,从而实现打印过程高效、产品精确成型,以及产品品质有效监控。

  在植物肉的生产上,专家表示,3D打印技术用于制造牛肉、猪肉等肉类的打印已有研究和报道。目前该技术在生产高仿真感的植物肉上还有一定难度。如果未来植物肉原料蛋白结构改造能够得以突破,结合3D打印技术在食品结构设计上的优势,创造出具有与肌肉组织相同质地的微纤维以及与真实肉相同的脂肪组织和肌肉组织的分布,或能解决植物肉产品口感上的缺陷,突破替代肉规模化生产的瓶颈。

  在未来应用中,食品3D打印可综合考量食品的组成、设计、机制和感官等多个方面,从而制定出具有特定性状和功能的产品以期提高消费者选择上的多样性,并且消费者可以根据个人感官方面的喜好和需求等选择自己所期望的产品。

  作为一种新兴事物,应如何打消消费者食用3D打印产品的顾虑?专家表示,食品3D打印在产品成型的时候需要添加一些成型剂来塑型,消费者可能会不喜欢在食品原材料里添加一些添加剂。实际上这些添加剂的材料非常安全,不存在食品安全隐患。此外,未来食品3D打印技术的市场推广可能需要为消费者提供更多的知识普及,展示原料是如何制备的。整体而言,3D打印食品是没有问题的,但就目前的研究现状而言,考虑这个问题还为时尚早,后期需要开展更多更深入的工作。


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