3D打印食品的新发展

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摘要：随着3D打印技术的快速发展，在食品行业中的研究与应用也进入了快速发展期，出现了很多新进展。本文介绍3D打印食品技术在肉类加工、休闲食品行业、餐饮业和健康医疗食品等领域的新进展，分析其对传统食品行业深远的影响。

关键词：3D打印 食品 新进展

中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）08-0000-00

Abstract：With the rapid development of 3D printing technology， its research and applications in food industry is phasing into a fast lane， leading to many new progresses. This article introduces several progresses in meat production， leisure food industry， restaurants and healthy and medic food. Its profound influence on traditional food industry is also discussed.

Keywords： 3D printing； food； new progress

1引言

3D打印技术最早由美国麻省理工学院发明，20世纪末到21世纪初是3D打印技术蓬勃发展的重要时期[1]，是制造业的新兴发展技术，被称为“具有工业革命意义”的制造技术，随着打印材料不断取得突破，技术不断成熟，近年来3D打印已被成功应用到众多行业，大到国防航空航天、建筑工程、汽车家电产品，小到食品甜点、生物骨骼、服饰配件等[2]。而现在，3D打印技术已经逐步应用到食品行业，涉及肉类加工、零售食品工业、餐饮业等多个领域。目前面向个人用户的3D食品打印机主要有3D Systems在CES 2014展出的ChefJet和ChefJetPro两款[3]以及巴塞罗那Natural Machines公司推出的一款消费级的Foodini 3D食品打印机[4]。

2 3D打印食品的优势

3D打印前途光明，但仍是一条充满挑战的创新之路。设计师需要极高的想象力。同时，市场的供应链条也将受到挑战：交付周期、设计策略每一个环节都必须尽善尽美。而3D打印市场也将不可避免地走向个性化，如何利用定制和本地资源，将成为3D打印成功的关键。

到目前为止，3D打印技术在食品中的应用也是比较广泛的，可以打印出巧克力、饼干、糖果、披萨等，打印出来的食品在以假乱真的同时，更可以根据制作者的创新想法创造出各种奇特形状的食品，并且可以根据食用者口感的喜好需求或营养需要进行特别定制。我国人口众多、环境污染日益严重、耕地逐渐减少，再加上我国食品加工企业整体特点是生产和加工集约化程度低、规模小，加工设备技术工艺落后，无法采用先进的加工技术，未来粮食供应不足问题将更加严重；相对的，随着经济的发展和不合理的饮食习惯，有一部分人处于营养过甚状态，导致新陈代谢紊乱，提高了“三高”和心血管疾病等患病风险；还有一方面现在都市生活节奏越来越快，很多人没有时间或者没有精力去为自己做美味健康的饭菜，作为快速成型的健康食品将会受到越来越多上班人士的青睐。因此，在我国大力发展3D打印技术在食品加工方面的应用是十分必要的。

3 3D打印食品技术的新发展

3.1 3D打印肉类可能给传统畜牧业带来变革

在医疗应用领域，3D打印技术可以应用于生产高度仿真的肌肉纤维与血管，而在食品加工领域，使用类似的技术，可以打印出牛排、鸡腿等高仿真食品。与培养肉技术[5]结合，3D打印产生出的人造肉，对比传统畜牧业产生的肉类，在能源、土地、水资源消耗方面，以及空气污染方面，都有极大优势，可能给未来食品行业与农业带来革命性的变革。

根据联合国食品农业组织的预测，随着全世界人口增长与生活水平的提高，未来几十年内全球肉类食品的需求会接近翻倍[6]：

而传统畜牧业肉类生产，对土地、水资源、能源的消耗都非常高。畜牧业需要饲料作物支撑，每生产一公斤牛肉，需要4、5公斤的高蛋白质作物，或者20公斤的低质量作物[7]。据统计，畜牧用地占全球非冻土土地面积的26%，而用于生产饲料的作物占全球可耕种土地的三分之一。据估计当前畜牧业用水量占全世界淡水资源的8%。畜牧业产生的温室气体占全世界18%，超过整个交通行业[8]。几十年后，全球土地资源无法满足畜牧业的需求，因此必须有另外的办法产生肉类。3D打印的培养肉，有潜力成为未来世界主要的肉源之一。与传统畜牧业相比，培养肉消耗能源量少7-45%，温室气体排放量少78-96%，土地使用少99% ，用水量少82-96%[9]。通过3D打印，培养肉可以做到与真实肉类非常相似的程度。培养肉技术最近已经有长足发展，荷兰研究出的培养肉汉堡在2013年初次实验中花费了32500美元，而现在成本已经降到了11美元。随着规模化和制备原料等问题的攻克，3D打印培养肉的竞争力会越来越强。

3.2 3D打印技术可减少环境污染

传统食品制造业容易造成污染和极大的浪费，而3D印刷则能有效地减少制作过程中所产生的垃圾和二氧化碳，从而给环境带来积极的影响。除了可以减少材料浪费外，由于3D印刷基本都是按需取材，使用的材料主要有蛋白质、氨基酸、多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质等，还可以用富含蛋白质的昆虫、藻类等，因此大大减少了材料浪费[10]。同时，以前很多产品本地没有，都需要到国外进口才能达到最终目的地，而有了此技术之后，这些产品的生产工作都可以在当地完成。人们只需要准备基础原材料就可以了，而且这些原材料所占的空间要远远小于成品。

3.3 3D打印食品可能带来餐饮业的变革

随着新型家用3D打印机的研发，食品打印机可能成为必备家电。现有的3D食品打印机已经可以打印巧克力、糖果、饼干、冰激凌等食品，未来随着更多食材的3D打印研究突破，再配合机器人厨师技术，家庭可能不再需要自己做菜。

由于3D打印迅速、高效，成本低廉，模型丰富且很适合定制化，餐饮业也可能向3D打印转变。由于每个人都可以自己打印食物，未来的厨师职业可能消失，而转变为3D食物模型设计师[11]。除了食材本身，3D打印还可以用于可食用包装，将华夫饼或者巧克力等食材打印成包装盒的形状，保证食品的美观与安全。

3.4 3D打印机正给零售食品行业带来变革

据报道，国际零食巨头卡夫研制出可以3D打印的奥利奥饼干[12]，吉百利公司引入3D打印技术加速巧克力棒的设计工作，好时巧克力公司与3D Systems公司合作研制出巧克力3D打印机，百味来公司与荷兰技术公司TNO合作研制出3D打印意面。可以看出，糕点、饼干、面食等适合3D打印的食材，将会因3D打印技术的引用带来新一轮的发展。

3.5 3D打印技术可以提供更健康的食品

3D打印技术可以改变食材的性状，并调配食材的营养配比。德国研制出一种叫做“Smooth food”的3D打印食品，将食品液化成凝胶，再打印成普通食物的性状，用来解决老年人进食困难的问题。这样的食物保持了食物的美味与视觉上的吸引力，凝胶状的食物非常容易吞咽，而通过配方调整，可以预防营养不良，非常适合老年人[13]。3D打印食材可以精确控制每种食材的用量，与未来的个人健康设备结合，根据个人的身体状况和需求实时打印出最健康的食品，可以大大改善人民的饮食健康。3D打印食品可以调配营养要素，甚至药用成分，因此可以用于食疗。

4结语

随着3D打印技术优势的不断体现，食品加工行业的应用研究也不断深入。3D打印机在不久的将来将会深入到食品加工的各个领域。 我国食品加工业存在很多问题需要改进，虽然我国的3D技术在安全性、口感、制作成本、加工工序、原料配比等问题都需要相关研究人员进行不断的探索，但随着3D食物打印技术的不断改进，成本会大幅度降低，随着时间的延长，人们对3D食物打印技术的认可，传统食品加工必然会引来一场革命性的变革。

参考文献

[1]吴世嘉，张辉，贾敬敦.3D打印技术在我国食品加工中的发展前景和建议.中国农业科技导报[J]，2015，17（1）：1-6.

[2] Schubert C，Van L，Mark C，et al.Innovations in 3D printing： a 3D overview from optics to organs[J].British J.Ophthalmol.，2014，98（ 2）：159-161.

[3]3D食品打印机将席卷厨房和餐馆[J]. 食品界，2014（3）：90.

[4]王月圆，杨萍.3D打印技术及其发展趋势[J].印刷杂志，2013（4）：10-12.

[5]MJ Post， HE Breewood， AL van Essen. Cultured beef：Current status and challenges[J]. Food Science & Technology. 2013；27：4.

[6]N Alexandrotos， J Bruinsma. World agriculture towards 2030/2050[R]. Food and Agriculture Organization of the United Nations， ESA Working Parper No.12-03， p. 131.

[7]Nutrient Requirements of Beef Cattle[M]. National Research Council. National Academy Press. 2000.

[8] H Steinfeld， et al. Livestock"s Long Shadow： Environmental Issues and Options. Livestock， Environment and Development， FAO， Rome. 2006， 391.

[9]HL Tuomisto， MJ Teixeira de Mattos. Environmental Impacts of Cultured Meat Production[J]. Environ. Sci. Technol.， 2011， 45 （14）， pp 6117–6123.

[10]尹航. 3D食品打印技术将催生健康饮食新理念[J].黑龙江粮食.2014（5），41.

[11]吴昊.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].科技风，2013（24）：277.

[12]邓云.奥利奥饼干实现3d打印[J].食品开发.2014（2），27.

[13]德国研制出3D打印“顺滑食品”[J].家庭医药（快乐养生），2014，06：6.

收稿日期：2015-04-25

作者简介：王淋靓（1988—），女，湖南人，助理工程师，硕士研究生，研究方向：食品加工研究。