食品工业3D打印技术运用(共6369字).doc

食品工业 3D 打印技术运用(共 6369 字) 摘要: 3D 打印技术是将计算机设计的三维数字模型分解成若干层平面切片, 然后由 3D 打印机把粉末状、液状或丝状可黏合材料按切片图形逐层叠加, 最终堆积成完整物体的技术。该技术正成为新产业革命的标志性技术。本文综述了 3D 打印技术在焙烤食品、巧克力、糖果、肉类等食品中的应用现状, 并对该技术在食品工业中的未来应用进行了展望。关键词: 3D 打印;食品;应用 3D 打印(3Dprinting) ,又称“三维打印”、“增材制造(additivemanufacturing , AM) , 是快速成型(rapidprototyping ,R P) 技术的一种,是将计算机辅助设计(computeraideddesign , CAD) 而成的三维数字模型分解成若干层平面切片,然后由 3D 打印机把粉末状、液状或丝状塑料、金属、陶瓷、组织细胞等可黏合材料, 按切片图形采用分层加工和叠加成型的方式, 逐层增加材料而生成三维实体的技术。由于分层加工过程与喷墨打印类似, 因此称之为 3D 打印。该技术综合了数字建模技术、信息技术、机电控制技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识, 是一种具有很高科技含量的综合性应用技术[ 1~2] 。由于该技术具有节约原材料、可实现个性化生产、可制造出传统生产技术无法制造出的外形等优点, 因此在汽车、船舶、航空航天、武器装备、建筑、工业设计、家电、服装、鞋类、珠宝、首饰、医疗、教育、文化创意、文物修复、影视等领域正得到日益广泛的应用[ 3~6] 。近年来, 3D 打印技术在食品工业中展现出巨大的应用潜力。本文就 3D 打印技术在食品工业中的应用进行综述,并对其未来的应用前景进行展望。 1 打印食品的工艺过程传统的烹饪器械,如切割***和烘烤模具,因精准度低而不能加工出复杂多变的形状。采用食品打印机和数字食谱, 可以加工出传统烹饪技术无法实现的口味和形状, 开拓新的烹饪市场。实现食品打印需满足以下几个条件: 首先是正确使用机械力; 其次是精心设计数字食谱; 最后是调整合适的食材进料顺序。食材必须要软硬合适, 既要能从打印头流出, 又要能维持打印后的形状。另外,还要考虑食材的耐热性、烹饪方式等影响因素。食品打印的基本过程是: 首先要将食品混合物编写成设计文档。可以直接从网上下载, ,也可以通过工程设计软件自己从头开始创建。目前还没有研发出类似“食品 CAD ”的商业软件。通过与之相连的空气压缩机所产生的压力, 打印头把食材挤出。不同的食物配方需要施加不同的压强。有时室温也会影响食品混合物通过打印头的流速。打印头的大小和直径很关键, 太小会导致挤压速度过慢, 太大又会使打印出的食物表面粗糙。一般来说, 打印出的食品不能直接食用。现在的 3D 食品打印技术还不能对打印的食材进行煎、烤或炸, 但可以烘焙。例如, 饼干一旦被打印出来,打印头下的加热平台就马上烘焙,使饼干烘熟定型。 3D 打印的食品形状是否完整, 外观是否诱人, 关键在于打印机的分辨率。目前, 多食材的打印仍处于起步阶段, 水果或蔬菜等天然食品的打印还不能实现, 高仿真度合成食品的打印也非常困难[ 7]。 23D 打印的食品种类 焙烤食品 2010 年 12 月,美国康奈尔大学的科研人员研制出 3D 食物打印机, 只要把奶酪、巧克力和蛋糕糊等食材“墨水”预先放进一组注射器内, 再下载食谱软件“ FabApp ”, 机器便会依照 CAD 软件提供的电子图纸,将注射器内各种食材“墨水”按照行列、层叠顺序依次“打印”出立体食物。使用者可利用电子图纸控制食物的风味、质地和其他特性。目前已成功“打印”出嵌入字母的小甜饼和杯形蛋糕[8,9]。 201 4 年1 月,西班牙 Natu-ralMachines 公司发明了一款名为“ Foodini ”的 3D 食物打印机, 能制作汉堡、比萨、意大利面和各类蛋糕等食物。 Foodini 内设的五个胶囊可用来储存不同食材。在使用 Foodini 时, 首先把新鲜食材搅拌成的泥状材料装入胶囊内, 然后在该设备的控制面板上选择想要做的食物图标就可启动制作。 Foodini 上有 6 个喷嘴,可以通过不同的组合,制作出各种各样的食物。用户可通过 Foo-dini 自主决定食物的形状、高度、体积等, 不仅能做出扁平的饼干, 也能完成巧克力塔, 甚至还能在食物上完成卡通人物等造型。 Foodini 不能烹煮食物,用户需把打印好的食物加热煮熟后才能享用。此外,还有用 3D 打印机制作曲奇饼干的报道[ 7] 。福建省某食品有限公司利用 3D 打印技术做出色彩缤纷的个性化饼干,受到儿童和年轻女孩的喜爱,市场销路非常好[ 10] 。孙铁波等[ 11 ]分析了奶油 3D 打印的特点,给出