哥倫比亞大學研究人員開發(fā)出新型激光烹飪方法和3D打印蛋糕

2023年3月24日，南極熊獲悉，來自哥倫比亞大學的研究人員利用3D打印技術(shù)，用七種不同的成分制作了一塊蛋糕。為了實現(xiàn)這一目標，該團隊使用了一個定制的擠壓裝置來對選擇的食材進行3D打印。食材的前期準備包括用叉子手工搗碎香蕉，以確保擠壓的糊料在通過噴嘴尖端時不會被阻擋，并在食品加工機中準備格雷厄姆餅干糊。

這項研究以題為“The future of software-controlledcooking”的論文被發(fā)表在《npj science of food》期刊上，由Jonathan David Blutinger, Christen Cupples Cooper等人撰寫。

相關(guān)論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41538-023-00182-6

研究人員使用一個工作波長為445nm的藍色激光二極管，在食物被打印出來后對其進行烹飪，他們將其固定在移動的打印機頭上。他們發(fā)現(xiàn)烹飪裝置可以產(chǎn)生大約5-6W的功率輸出。使用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件，該團隊將每種材料建模為一個零件文件，并在輸出用于打印之前將它們組合成一個組件。一旦在CAD中完全建模，部件就被導出為STL文件，這使得它們可以被切片程序處理。該團隊隨后為他們的定制3D打印機優(yōu)化了切片機程序。據(jù)推測，隨后又部署了一套手持式切片程序，以用于測試打印食品的食用效果。

結(jié)果顯示，3D打印食品的味道和質(zhì)地能夠在毫米級的范圍內(nèi)保持一致，從而給品嘗者新的食物體驗。研究人員制作的蛋糕塊外形看起來像傳統(tǒng)的蛋糕，但他們通過控制擠壓路徑，做出了獨特的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和成分組合，而這些都是用傳統(tǒng)的擠壓或成型方法不可能做到的。然而，這項研究也強調(diào)了使用3D打印機生產(chǎn)食品的挑戰(zhàn)，包括可同時使用的原料數(shù)量，以及原料混合后烹飪食品的難度。

△3D打印蛋糕的步驟。圖片來自《npj Science of Food》。

3D打印食品和數(shù)字烹飪

數(shù)字時代的烹飪正在迅速轉(zhuǎn)變，而3D食品打印和激光烹飪是最新的技術(shù)發(fā)展之一。最近的一篇學術(shù)論文表明，這些新的烹飪方式為制作方便、健康和具有成本效益的膳食提供了新的選擇。憑借這種新型烹飪方式加工的飯菜更容易符合人們的口味和營養(yǎng)需求。即使烤架、爐子、灶臺和微波爐仍然是全世界最常見的烹飪方式，但 "數(shù)字烹飪 "技術(shù)可能提供一種更加個性化的備餐方式。

食品打印是一種增材制造技術(shù)，使用可食用的食品糊料，從用戶制作的模型中構(gòu)建3D形狀。另一方面，激光烹飪使用了具有大量能量的光，能夠以精確的路徑加熱食材。有了這些技術(shù)，廚師們可以更好地控制膳食中的營養(yǎng)成分，使其更健康、更個性化。

數(shù)字烹飪技術(shù)的最大好處之一是，不需要那么多人力處理的食物可以減少因食物污染而導致生病或傳播疾病的機會，這是在后COVID-19時代的一個基本好處。根據(jù)該學術(shù)論文，食品的3D打印仍處于早期階段。盡管如此，由于其可定制性、便利性和其他適合消費者的好處，它可能會變得更加流行。論文還說，激光烹飪是制造食品添加劑的好方法，因為它有很高的分辨率，可以深入加熱東西。

3D打印和激光烹飪領(lǐng)域的創(chuàng)新并不限于食品制造。許多發(fā)明家和廚師正在研究制作面包、沙拉、披薩的機器人，植物性肉類3D打印機，將一種以上成分的食物放在一起的機器，意大利面打印機，自動蛋糕裝飾機，個性化維生素軟糖，以及其他軟件控制的加熱器具。

盡管軟件集成的食品加工機器正在向全自動化控制靠攏，但它們同樣也需要人類的智慧來實現(xiàn)自動化，這給予了用戶更多的創(chuàng)造性控制。當涉及到烹飪時，根據(jù)設(shè)計好的數(shù)字模型將糊狀物、粉狀物和液體投放到精確位置的機器人系統(tǒng)可能是未來的方向。

3D打印食品的挑戰(zhàn)

隨著數(shù)字烹飪技術(shù)的優(yōu)勢不斷展現(xiàn)，3D打印機和激光烹飪可能會成為主要的家庭和工業(yè)烹飪設(shè)備嗎？

即使3D食品打印正變得越來越流行，但也有些人可能會說，它不符合消費者現(xiàn)在的需求，也就是食品中的完整食品和自然屬性。加工食品，通常包括高度加工的過程，這會導致超重和肥胖危機，這使得美國每年損失500億美元的勞動力和醫(yī)療保健費用。

但喜歡3D打印食品的人表示，它非常環(huán)保，更容易在家附近獲得食材，并讓人們制作適合他們口味和營養(yǎng)需求的食物。3D食品打印還可以幫助吞咽或消化困難的人。它還可以使食物看起來更具吸引力，并允許在工廠或食品服務廚房進行大規(guī)模生產(chǎn)。

此外，該技術(shù)為制造商提供了延長食品保質(zhì)期和減少食物浪費的機會，因為用戶只會打印他們想要消費的成分。盡管3D食品打印仍處于早期階段，但它有可能填補不同尺寸，形狀和質(zhì)地的食品的市場空白。

隨著技術(shù)的進步，支持它的人希望消費者能夠更容易、更快地使用它，從而走進更多的家庭，并帶來更好的保健效果。到2025年，3D食品打印的市場規(guī)模有望達到4250億美元，這表明人們對3D食品打印技術(shù)的興趣越來越大。