香港科技大學(xué)創(chuàng)新食品3D打印機(jī),，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(xué)（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(jìn)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(jìn)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(jī)分兩步操作,，先擠出冷食品糊,，然后轉(zhuǎn)移到烤箱或炸鍋中進(jìn)行烹飪。

雖然這種方法有用,，但它也帶來了污染和結(jié)構(gòu)不一致的風(fēng)險(xiǎn),。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(shè)備一步步制作 3D 食品的過程。圖片來自香港科技大學(xué),。

紅外加熱可實(shí)現(xiàn)精確烹飪并提高食品安全

香港科技大學(xué)食品打印技術(shù)的核心是激光誘導(dǎo)石墨烯 (LIG) 紅外加熱器,，它在打印時(shí)對(duì)每一層進(jìn)行即時(shí)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(shí)確保側(cè)面溫度保持在 221°F (105°C) 或以上。除了精度高之外,，打印機(jī)的運(yùn)行功率僅為 14 瓦,，遠(yuǎn)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(píng)估性能,，研究人員測試了一種以淀粉為基礎(chǔ)的餅干面團(tuán)，并使用掃描電子顯微鏡(SEM) 和 X 射線成像分析結(jié)果,。

研究結(jié)果顯示,，紅外線烹飪的樣品保持了一致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而烤箱烘烤的樣品則會(huì)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(nèi)，從而防止底層過度烹飪,。

食品安全是研究的另一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)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(xì)菌生長明顯減少,。

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

除了實(shí)驗(yàn)室測試之外，研究人員認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)還可以在商業(yè)廚房中實(shí)際應(yīng)用,，因?yàn)槟茉葱�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(fù)雜流程的餐館和面包店可能會(huì)受益于自動(dòng)化功能。在醫(yī)療保健環(huán)境中,，嚴(yán)格的份量控制和配料準(zhǔn)確性至關(guān)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(dòng)化制備提供了一種獨(dú)特的方法,。打印系統(tǒng)采用精確的構(gòu)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(shí)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(xué)。

食品 3D 打印機(jī)的新發(fā)展

香港科技大學(xué)的 3D 打印機(jī)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(jī),，專為大規(guī)模生產(chǎn)全切肉替代品和其他定制食品而設(shè)計(jì)。公司聲稱這是 3D 打印食品的首個(gè)工業(yè)化生產(chǎn)方法,，采用多噴嘴系統(tǒng),，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)制造，同時(shí)允許將多種成分組合成精確的結(jié)構(gòu),。憑借高精度擠出技術(shù),，X2 3D 打印機(jī)可以大規(guī)模生產(chǎn)具有定制質(zhì)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(diǎn)制作而設(shè)計(jì)的 3D 打印機(jī),，目標(biāo)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(jí)精度的剛性糕點(diǎn)結(jié)構(gòu),。

它使用兩種粉末材料，一種結(jié)構(gòu)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(shí)允許用戶整合自己的蛋糕面糊以獲得定制的質(zhì)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(dá) 26%,。