3D打印食品的技术、原材料、优劣势以及面临的挑战

2023-03-02 09:39
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3D打印食品是通过自动化增材工艺制备的餐食。曾经这种通过增材制造工艺制作食物的过程只存在人们的想想中,而如今,在2023年,市场上已有多家3D打印餐厅和不同的食品打印机。相信很快,每个家庭的厨房都将配备自己的食品3D打印机!下面探讨3D打印食品行业的流程、食品、可能性和当前挑战。

一、哪些食物可以 3D 打印?

△自动化披萨制作可以看作最原始的3D打印过程

实际上,目前3D打印食品仍处于起步阶段,在被专业人士和消费者广泛采用之前还有很长的路要走。然而,这并不能阻止开发人员对食品打印机的研发和对有趣的可食用食品的设计。

虽然3D打印的工艺有多种,但应用在3D打印食物中的工艺有限。材料挤出是3D打印食品最常见的工艺,挤出式与熔融沉积建模 (FDM) 打印类似,需要糊状的材料,比如酱泥、慕斯和巧克力等许多具有粘性的食品。看起来,在食品打印原材料的选择上会有些局限性,但大家可以把思路打开,还可以用面团、土豆泥、奶酪、糖霜甚至生肉等。

二、3D打印食品是如何工作的?

△流行的 3D 食品机器与 FDM 3D 打印机的工作原理类似

大多数情况下,3D打印食物的工作原理与使用普通FDM 3D 打印机打印细丝非常相似,粘性材料沉积在表面上以创建最终物体。虽然有研究者已经对其他增材制造工艺进行了研究,例如粘合剂喷射和粉末食品的SLS,但这些工艺是否适用于食品打印仍然存在争议。与此同时,专业和消费者类 FDM 食品打印机的市场也在不断增长。大多数这些机器的过程大致相同:原材料被送入一个类似注射器的容器中,随着喷嘴的移动而挤出,一次形成一个二维层。

三、食物3D打印机可以烹饪食物吗?

食品 3D 打印机主要适用于构建复杂的形状和设计,而不是实际烹饪原料。一般来说,这些食物要么可以食用,要么需要在3D打印过程完成后在烤箱(或烤架)中二次加工。

四、食品3D打印在哪里使用?

△3D 打印食物通常用于高级餐厅,例如主厨 Charles Tejedor 制作的生牛肉片鸡蛋

如今,食品3D打印机主要用于高级餐厅或者高档面包店。这项技术目前的扩展性依然有限,它还需要更多的时间和发展才能成熟。不过,这并不能阻止先驱者和创新者使用它。这些食品创新者往往在高档的米其林星级餐厅里。比如主厨 Josiah Citrin在加利福尼亚州圣莫尼卡的 Citrin 和 Mélisse 餐厅,虽然他不完全专注于 3D 打印美食,但他们确实使用这项技术做了一些美味的菜肴。

在高级餐厅之外也有越来越多的 3D 打印食品。比如面包师可以打印可食用的婚礼蛋糕装饰,3D打印比萨已经逐步成熟。最近,3D打印植物肉也逐渐进入了大众的视野中。尽管如此,现在技术发达的地区也很难找到3D打印食品,最好的机会是参加3D打印活动或烹饪大会,因为这项新技术尚未取得很大的商业成功。

五、3D打印优点缺点

△3D 打印食品可能会引起争议,但食用它是完全安全的

最简单的说,3D 打印食品只不过是典型的可食用成分,其加工方式可以通过喷嘴将其挤出到表面上。与传统制造的主要区别在于最终食品的呈现外观,3D 打印允许创建复杂、错综复杂的形状和几何图形,这些形状和几何图形无法手动复制且需要大量时间。

六、优势

3D打印食品是完全安全的,只要它们是在清洁环境(与任何其他厨房一样)中用适当的机器准备的,它们就不会对人体有害。3D 打印食品除了制作精美的餐点外,还有其他优点:

●个性化膳食:在控制每餐营养素、维生素和卡路里的多样性和数量方面,3D 打印食品可以实现精确度。这在限制饮食更为普遍的医院中可能极为重要,并提供了方便患者定制的潜力。

●非常规食物消费:当您以半液态处理有营养的植物和富含蛋白质的昆虫时,这些食物可以以更具吸引力的方式呈现,从而刺激消费。在未来,甚至合成食品也可能是 3D 打印的。

●易于重现:共享食谱就像通过互联网传输数字文件一样简单。所需要的只是相同的原材料、打印设置和兼容的打印设备。

七、劣势

上面已经谈到了3D打印食品带来的优势,下面我们将讨论一下他的缺点。

●时间久:虽然食品制作时间可能因打印机和食物而异,但食物的3D打印整体来说仍然非常耗时。打印一个非常简单的六层设计可能需要7分钟,而更精细的3D模型每个需要45分钟以上,这样的速度实在太慢了,这也阻碍了3D打印食物的工业化发展。

●成本高:设备和消耗品的成本也存在巨大的挑战,更不用说花在培训上的时间了。

●预处理操作较困难:这些机器中使用的食品需要预烹饪或预处理才能达到挤出所需的稠度。因此,这些机器的预期再现性和可靠性在很大程度上取决于这些材料的准备,如果前期准备工作做的不好,那么也就制造不出可口的食品了。

八、可以使用什么成分进行3D打印?

△理论上,任何可以变成糊状或半液态的东西都可以进行 3D 打印(来源:Procusini)

理论上任何处于糊状或半液体状态,或者具有稠度的材料,都可以 3D 打印。这包括各种各样的咸味食物,如蔬菜泥、面糊、面团、奶酪、糖果、果冻、糖霜、糖饰、巧克力和水果泥。

大多数以食品为导向的打印机,例如 Felix,都有不锈钢胶囊,用户只需要将材料填充进去即可,这种打印机还提供有关食品使用一致性的指南,厨房小白也可以轻松上手,制作美味的食物。Procusini 等其他打印机可能还提供专为可打印性而设计的预制胶囊包,但是目前只能用它来制作巧克力。其他的食物能否用其打印,还需要大量的实验研究。

设计自由度极高

△无需模具

大多数 3D 打印食品公司都有配方存储库,消费者可以轻松下载和复制经过验证的设计。例如,byFlow 的资源库复杂的艺术模型,Mycusini 有自己的平台,可以让用户自定义或浏览模板库,但用户需要购买打印机才能访问。

许多其他食品3D打印机都配备了支持“食品”设计的专有软件。这些通常是实用且用户友好的程序,不过,在大多数情况下,复杂度并不高。对于那些想要将食品打印提升到一个新水平的人来说,传统的 3D 建模(如Tinkercad)是更好的选择。

九、未来发展趋势

△3D 打印食品的种类只会继续增加

Natural Machines公司认为3D 打印食品的未来将朝着更快、更精确的方向进行发展。已经有很多食品科技初创公司在寻找3D打印技术来增强基于植物的动物质地,例如与 Revo Foods 合作的Redefine Meat、Nova Meat和Mycorena 。人们还热衷于使用培养细胞(在实验室中培养,而不是动物培养)3D打印肉类和海鲜,以此作为减少与该行业相关的碳足迹的一种手段。

3D 打印食品在太空探索中也有着光明的前景,因为 NASA 和其他私营公司已经在计划前往火星的任务。这些任务需要一到三年的时间才能完成,因此该机构目前正在研究如何改善他们在宇宙飞船上的生活,包括如何美味可口的 3D 打印食物。目前提出的想法是在太空中自动化制作餐点,3D打印可以增加菜肴的外观和多样性。

十、3D打印食品的新研究

●Nourished 的营养素3D打印

2023年1月露得清 (Neutrogena) 使用的是由 Nourished 开发的3D打印技术,该公司在3D打印领域拥有超过四年的经验。产品围绕专有的营养素生产技术展开,允许客户使用 28 种成分中的7种制成定制的补充剂,包括各种维生素、水果提取物和益生菌。

根据 Nourished 的说法,其目前的产品系列是“素食、环保和美味”,内部研发团队将继续利用反馈和科学研究来确定改进其产品和开发新产品的方法。除了推出专为满足特定客户需求而设计的组合,从更年期软糖到为宿醉患者开发的软糖,该公司还与知名合作伙伴合作,将产品推向市场。例如,与牙科跨国公司高露洁一起,Nourished 现在提供五种 Nutristacks,每一种都含有帮助消费者保护牙釉质免受牙菌斑侵害的成分。

●3D打印的真菌蛋白

2022年10月,瑞典霉菌蛋白先驱Mycorena和奥地利3D食品打印先驱Revo Foods开始了一项研究合作,探索Mycorena之前开发和调整的霉菌蛋白的适用性,更好地适用于3D食品打印,该研究特别关针对于海鲜和全切产品的素食替代品。

通过将霉菌蛋白的类肉特性与3D食品打印的不受限制的塑形可能性相结合,可以创造出一个全新的现实的类肉产品领域。其目的是大大缩小动物产品与植物性或素食替代品之间的差距,从而使肉类替代品在市场上得到更广泛的采用。与Mycorena目前的霉菌蛋白成分Promyc一样,可打印的霉菌蛋白将具有柔软的纤维质地、浅色和中性味道,使其成为肉类类似物,特别是海鲜替代品的绝佳选择。

●3D打印含糖的点心

2022年8月30日,洛杉矶食品3D打印专家Sugar Lab,利用先进的工艺与艺术进行巧妙结合,制作世界上最独特的糖果之一。该公司享有"数字面包房"的美誉,通过它们特有的专利技术,实现了用任何其它手段都无法生产的创意概念。例如, "草莓巧克力",将丰富的巧克力甘纳许包裹在草莓糖壳中;泡菜汤被做成小章鱼、炸鸡腿和纳帕卷心菜;青柠片在滴入龙舌兰鸡尾酒后会溶化成闪光弹;以及为配合最新一季的《怪奇物语》而推出的系列可食用RPG骰子。


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