哥倫比亞大學(xué)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(xué)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(dǎo)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(xué)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(dǎo)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(xué)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(dāng)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(dǎo)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(wù)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。