香港科技大學創(chuàng)新食品3D打印機，集成AI和石墨烯紅外加熱功能

2025年3月14日，南極熊獲悉，來自香港科技大學（HKUST）的研究人員提出了一種 3D 打印食物的新方法，這種方法省去了通常的額外步驟，可以在制作過程中進行烹飪。

該方法以題為“Advanced 3D Food Printing withSimultaneous Cooking and Generative AI Design”的論文發(fā)表在《先進材料》雜志上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202408282

新方法提供了一種更可控、更高效的食物制備工藝。大多數(shù)現(xiàn)有的食品 3D 打印機分兩步操作，先擠出冷食品糊，然后轉移到烤箱或炸鍋中進行烹飪。

雖然這種方法有用，但它也帶來了污染和結構不一致的風險。為了解決這些問題，新系統(tǒng)利用人工智能 (AI) 和基于石墨烯的紅外加熱，旨在提高精度、效率和食品安全。

△打印和在線烹飪設備一步步制作 3D 食品的過程。圖片來自香港科技大學。

紅外加熱可實現(xiàn)精確烹飪并提高食品安全

香港科技大學食品打印技術的核心是激光誘導石墨烯 (LIG) 紅外加熱器，它在打印時對每一層進行即時和受控的加熱。

據(jù)研究人員介紹，打印系統(tǒng)可保持表面溫度為 278.6°F (137°C)，同時確保側面溫度保持在 221°F (105°C) 或以上。除了精度高之外，打印機的運行功率僅為 14 瓦，遠低于傳統(tǒng)烤箱和空氣炸鍋通常所需的 1,000-2,000 瓦。

為了評估性能，研究人員測試了一種以淀粉為基礎的餅干面團，并使用掃描電子顯微鏡(SEM) 和 X 射線成像分析結果。

研究結果顯示，紅外線烹飪的樣品保持了一致的內部結構，而烤箱烘烤的樣品則會出現(xiàn)膨脹和不均勻的孔隙率。熱量分布也得到控制，滲透范圍限制在離表面 1-2 毫米以內，從而防止底層過度烹飪。

食品安全是研究的另一個重點領域。與使用傳統(tǒng)方法烹飪的樣品相比，紅外處理過的樣品細菌生長明顯減少。

48 小時后，紅外烹飪的食物在212°F (100°C) 的溫度下有 0 到 6 個細菌菌落，而烤箱烘烤和空氣煎炸的樣品則有超過 200 個細菌菌落。研究人員將此歸因于在打印每一層時立即暴露在高溫下會消滅細菌。

除了實驗室測試之外，研究人員認為這項技術還可以在商業(yè)廚房中實際應用，因為能源效率和精確度在商業(yè)廚房中變得越來越重要。

想要提供定制食品而無需復雜流程的餐館和面包店可能會受益于自動化功能。在醫(yī)療保健環(huán)境中，嚴格的份量控制和配料準確性至關重要，打印系統(tǒng)可以為特殊飲食提供可靠的解決方案。

3D 打印方法仍處于研究階段，它為食品的自動化制備提供了一種獨特的方法。打印系統(tǒng)采用精確的構造和受控的加熱，一步到位，可以為商業(yè)和專業(yè)食品生產(chǎn)提供更實用的替代方案。

△LIG加熱膜示意圖和掃描電子顯微鏡圖像。圖片來自香港科技大學。

食品 3D 打印機的新發(fā)展

香港科技大學的 3D 打印機采用略有不同的方法，加入了現(xiàn)有食品 3D 打印系統(tǒng)的行列。

去年，奧地利食品科技公司Revo Foods推出了 Food Fabricator X2，這是一款高通量食品 3D 打印機，專為大規(guī)模生產(chǎn)全切肉替代品和其他定制食品而設計。公司聲稱這是 3D 打印食品的首個工業(yè)化生產(chǎn)方法，采用多噴嘴系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)制造，同時允許將多種成分組合成精確的結構。憑借高精度擠出技術，X2 3D 打印機可以大規(guī)模生產(chǎn)具有定制質地、形狀和成分的食品。

早在 2022 年，食品 3D 打印公司Digital Patisserie就推出了 Patiss3，這是一款專為糕點制作而設計的 3D 打印機，目標客戶是廚師、餐廳和工業(yè)餅干制造商�；�于擠壓的系統(tǒng)可以打印出毫米級精度的剛性糕點結構。

它使用兩種粉末材料，一種結構性無味粉末用于保持形狀，另一種可可基粉末用于平衡口味，同時允許用戶整合自己的蛋糕面糊以獲得定制的質地和口味。這款系統(tǒng)無需使用硅膠和鋼制模具，可將盈利能力提高高達 26%。