摘要:隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展,在食品行業(yè)中的研究與應(yīng)用也進(jìn)入了快速發(fā)展期,出現(xiàn)了很多新進(jìn)展。本文介紹3D打印食品技術(shù)在肉類加工、休閑食品行業(yè)、餐飲業(yè)和健康醫(yī)療食品等領(lǐng)域的新進(jìn)展,分析其對(duì)傳統(tǒng)食品行業(yè)深遠(yuǎn)的影響。
關(guān)鍵詞:3D打印 食品 新進(jìn)展
中圖分類號(hào):TP334.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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打印技術(shù)最早由美國(guó)麻省理工學(xué)院發(fā)明,20世紀(jì)末到21世紀(jì)初是3D打印技術(shù)蓬勃發(fā)展的重要時(shí)期[1],是制造業(yè)的新興發(fā)展技術(shù),被稱為“具有工業(yè)革命意義”的制造技術(shù),隨著打印材料不斷取得突破,技術(shù)不斷成熟,近年來(lái)3D打印已被成功應(yīng)用到眾多行業(yè),大到國(guó)防航空航天、建筑工程、汽車家電產(chǎn)品,小到食品甜點(diǎn)、生物骨骼、服飾配件等[2]。而現(xiàn)在,3D打印技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到食品行業(yè),涉及肉類加工、零售食品工業(yè)、餐飲業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。目前面向個(gè)人用戶的3D食品打印機(jī)主要有3D Systems在CES 2014展出的ChefJet和ChefJetPro兩款[3]以及巴塞羅那Natural Machines公司推出的一款消費(fèi)級(jí)的Foodini 3D食品打印機(jī)[4]。
2 3D打印食品的優(yōu)勢(shì)
3D打印前途光明,但仍是一條充滿挑戰(zhàn)的創(chuàng)新之路。設(shè)計(jì)師需要極高的想象力。同時(shí),市場(chǎng)的供應(yīng)鏈條也將受到挑戰(zhàn):交付周期、設(shè)計(jì)策略每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須盡善盡美。而3D打印市場(chǎng)也將不可避免地走向個(gè)性化,如何利用定制和本地資源,將成為3D打印成功的關(guān)鍵。
到目前為止,3D打印技術(shù)在食品中的應(yīng)用也是比較廣泛的,可以打印出巧克力、餅干、糖果、披薩等,打印出來(lái)的食品在以假亂真的同時(shí),更可以根據(jù)制作者的創(chuàng)新想法創(chuàng)造出各種奇特形狀的食品,并且可以根據(jù)食用者口感的喜好需求或營(yíng)養(yǎng)需要進(jìn)行特別定制。我國(guó)人口眾多、環(huán)境污染日益嚴(yán)重、耕地逐漸減少,再加上我國(guó)食品加工企業(yè)整體特點(diǎn)是生產(chǎn)和加工集約化程度低、規(guī)模小,加工設(shè)備技術(shù)工藝落后,無(wú)法采用先進(jìn)的加工技術(shù),未來(lái)糧食供應(yīng)不足問(wèn)題將更加嚴(yán)重;相對(duì)的,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和不合理的飲食習(xí)慣,有一部分人處于營(yíng)養(yǎng)過(guò)甚狀態(tài),導(dǎo)致新陳代謝紊亂,提高了“三高”和心血管疾病等患病風(fēng)險(xiǎn);還有一方面現(xiàn)在都市生活節(jié)奏越來(lái)越快,很多人沒(méi)有時(shí)間或者沒(méi)有精力去為自己做美味健康的飯菜,作為快速成型的健康食品將會(huì)受到越來(lái)越多上班人士的青睞。因此,在我國(guó)大力發(fā)展3D打印技術(shù)在食品加工方面的應(yīng)用是十分必要的。
3 3D打印食品技術(shù)的新發(fā)展
3.1 3D打印肉類可能給傳統(tǒng)畜牧業(yè)帶來(lái)變革
在醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域,3D打印技術(shù)可以應(yīng)用于生產(chǎn)高度仿真的肌肉纖維與血管,而在食品加工領(lǐng)域,使用類似的技術(shù),可以打印出牛排、雞腿等高仿真食品。與培養(yǎng)肉技術(shù)[5]結(jié)合,3D打印產(chǎn)生出的人造肉,對(duì)比傳統(tǒng)畜牧業(yè)產(chǎn)生的肉類,在能源、土地、水資源消耗方面,以及空氣污染方面,都有極大優(yōu)勢(shì),可能給未來(lái)食品行業(yè)與農(nóng)業(yè)帶來(lái)革命性的變革。
根據(jù)聯(lián)合國(guó)食品農(nóng)業(yè)組織的預(yù)測(cè),隨著全世界人口增長(zhǎng)與生活水平的提高,未來(lái)幾十年內(nèi)全球肉類食品的需求會(huì)接近翻倍[6]:
而傳統(tǒng)畜牧業(yè)肉類生產(chǎn),對(duì)土地、水資源、能源的消耗都非常高。畜牧業(yè)需要飼料作物支撐,每生產(chǎn)一公斤牛肉,需要4、5公斤的高蛋白質(zhì)作物,或者20公斤的低質(zhì)量作物[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì),畜牧用地占全球非凍土土地面積的26%,而用于生產(chǎn)飼料的作物占全球可耕種土地的三分之一。據(jù)估計(jì)當(dāng)前畜牧業(yè)用水量占全世界淡水資源的8%。畜牧業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體占全世界18%,超過(guò)整個(gè)交通行業(yè)[8]。幾十年后,全球土地資源無(wú)法滿足畜牧業(yè)的需求,因此必須有另外的辦法產(chǎn)生肉類。3D打印的培養(yǎng)肉,有潛力成為未來(lái)世界主要的肉源之一。與傳統(tǒng)畜牧業(yè)相比,培養(yǎng)肉消耗能源量少7-45%,溫室氣體排放量少78-96%,土地使用少99% ,用水量少82-96%[9]。通過(guò)3D打印,培養(yǎng)肉可以做到與真實(shí)肉類非常相似的程度。培養(yǎng)肉技術(shù)最近已經(jīng)有長(zhǎng)足發(fā)展,荷蘭研究出的培養(yǎng)肉漢堡在2013年初次實(shí)驗(yàn)中花費(fèi)了32500美元,而現(xiàn)在成本已經(jīng)降到了11美元。隨著規(guī)?;椭苽湓系葐?wèn)題的攻克,3D打印培養(yǎng)肉的競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)越來(lái)越強(qiáng)。
3.2 3D打印技術(shù)可減少環(huán)境污染
傳統(tǒng)食品制造業(yè)容易造成污染和極大的浪費(fèi),而3D印刷則能有效地減少制作過(guò)程中所產(chǎn)生的垃圾和二氧化碳,從而給環(huán)境帶來(lái)積極的影響。除了可以減少材料浪費(fèi)外,由于3D印刷基本都是按需取材,使用的材料主要有蛋白質(zhì)、氨基酸、多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質(zhì)等,還可以用富含蛋白質(zhì)的昆蟲、藻類等,因此大大減少了材料浪費(fèi)[10]。同時(shí),以前很多產(chǎn)品本地沒(méi)有,都需要到國(guó)外進(jìn)口才能達(dá)到最終目的地,而有了此技術(shù)之后,這些產(chǎn)品的生產(chǎn)工作都可以在當(dāng)?shù)赝瓿?。人們只需要?zhǔn)備基礎(chǔ)原材料就可以了,而且這些原材料所占的空間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于成品。
3.3 3D打印食品可能帶來(lái)餐飲業(yè)的變革
隨著新型家用3D打印機(jī)的研發(fā),食品打印機(jī)可能成為必備家電。現(xiàn)有的3D食品打印機(jī)已經(jīng)可以打印巧克力、糖果、餅干、冰激凌等食品,未來(lái)隨著更多食材的3D打印研究突破,再配合機(jī)器人廚師技術(shù),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,模型豐富且很適合定制化,餐飲業(yè)也可能向3D打印轉(zhuǎn)變。由于每個(gè)人都可以自己打印食物,未來(lái)的廚師職業(yè)可能消失,而轉(zhuǎn)變?yōu)?D食物模型設(shè)計(jì)師[11]。除了食材本身,3D打印還可以用于可食用包裝,將華夫餅或者巧克力等食材打印成包裝盒的形狀,保證食品的美觀與安全。
3.4 3D打印機(jī)正給零售食品行業(yè)帶來(lái)變革
據(jù)報(bào)道,國(guó)際零食巨頭卡夫研制出可以3D打印的奧利奧餅干[12],吉百利公司引入3D打印技術(shù)加速巧克力棒的設(shè)計(jì)工作,好時(shí)巧克力公司與3D Systems公司合作研制出巧克力3D打印機(jī),百味來(lái)公司與荷蘭技術(shù)公司TNO合作研制出3D打印意面。可以看出,糕點(diǎn)、餅干、面食等適合3D打印的食材,將會(huì)因3D打印技術(shù)的引用帶來(lái)新一輪的發(fā)展。
3.5 3D打印技術(shù)可以提供更健康的食品
3D打印技術(shù)可以改變食材的性狀,并調(diào)配食材的營(yíng)養(yǎng)配比。德國(guó)研制出一種叫做“Smooth food”的3D打印食品,將食品液化成凝膠,再打印成普通食物的性狀,用來(lái)解決老年人進(jìn)食困難的問(wèn)題。這樣的食物保持了食物的美味與視覺(jué)上的吸引力,凝膠狀的食物非常容易吞咽,而通過(guò)配方調(diào)整,可以預(yù)防營(yíng)養(yǎng)不良,非常適合老年人[13]。3D打印食材可以精確控制每種食材的用量,與未來(lái)的個(gè)人健康設(shè)備結(jié)合,根據(jù)個(gè)人的身體狀況和需求實(shí)時(shí)打印出最健康的食品,可以大大改善人民的飲食健康。3D打印食品可以調(diào)配營(yíng)養(yǎng)要素,甚至藥用成分,因此可以用于食療。
4結(jié)語(yǔ)
隨著3D打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)的不斷體現(xiàn),食品加工行業(yè)的應(yīng)用研究也不斷深入。3D打印機(jī)在不久的將來(lái)將會(huì)深入到食品加工的各個(gè)領(lǐng)域。 我國(guó)食品加工業(yè)存在很多問(wèn)題需要改進(jìn),雖然我國(guó)的3D技術(shù)在安全性、口感、制作成本、加工工序、原料配比等問(wèn)題都需要相關(guān)研究人員進(jìn)行不斷的探索,但隨著3D食物打印技術(shù)的不斷改進(jìn),成本會(huì)大幅度降低,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),人們對(duì)3D食物打印技術(shù)的認(rèn)可,傳統(tǒng)食品加工必然會(huì)引來(lái)一場(chǎng)革命性的變革。
參考文獻(xiàn)
[1]吳世嘉,張輝,賈敬敦.3D打印技術(shù)在我國(guó)食品加工中的發(fā)展前景和建議.中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)[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食品打印機(jī)將席卷廚房和餐館[J]. 食品界,2014(3):90.
[4]王月圓,楊萍.3D打印技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].印刷雜志,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食品打印技術(shù)將催生健康飲食新理念[J].黑龍江糧食.2014(5),41.
[11]吳昊.中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展思路[J].科技風(fēng),2013(24):277.
[12]鄧云.奧利奧餅干實(shí)現(xiàn)3d打印[J].食品開發(fā).2014(2),27.
[13]德國(guó)研制出3D打印“順滑食品”[J].家庭醫(yī)藥(快樂(lè)養(yǎng)生),2014,06:6.
收稿日期:2015-04-25
作者簡(jiǎn)介:王淋靚(1988—),女,湖南人,助理工程師,碩士研究生,研究方向:食品加工研究。