說到打印，人們首先想到的是打印文件、照片等，但對通過3D打印技術制造出的食品，或許除了該領域的專業技術人員以外，普通人知之甚少。我國是一個美食大國，如今，現代科技的飛速發展讓普通的煎炸蒸煮美味食品也可以像文件一樣“打印”出來。日前，中國農科院農產品加工所對外發布基于食品3D打印技術的精準營養食品個性化定制研究新成果，預計該技術在我國將有超過10萬億元的潛在市場前景。
食品3D打印機打印出的食品
創建食品原料打印適應性評價方法
業內人士認為，全球3D打印產業正處于蓬勃發展時期，精準營養和食品3D打印是國際營養健康領域的重要研發趨勢。可在傳統營養理論的基礎上，加強精準化營養技術手段、精準化營養需求和精準化營養產品研究與突破，最終實現人類營養健康的目標。
中式食品加工與裝備創新團隊是中國農業科學院農產品加工研究所專門從事食品3D打印技術的精準營養食品個性化定制的專業研究機構。作為國家隊的該研究機構已經構建起具有針對性、精準性、個性化的營養與食材及膳食食譜數據庫并已收集相關數據22000余條。發布的最新研究成果顯示，該團隊利用核心數據庫并物聯網技術、基因檢測等相結合，設計了一套基于3D打印的集成控制軟件系統，開展食品原料的打印適應性研究，突破了食品原料打印不均勻、難成型等問題，創建了基于數值模擬的食品原料打印適應性評價方法，開發了適合3D打印食品的薯類、谷物類、果蔬類、植物膠類和富含蛋白質的動物性原料五大系列的基本配方。
該項目研發帶頭人、中國農業科學院農產品加工研究所所長戴小楓表示：“將精準營養與食品3D打印相結合，針對不同人群的營養需求，開發設計特殊膳食食譜，通過食品3D打印技術進行加工制作，實現了精準營養食品的個性化定制。目前已開發適合肥胖癥、糖尿病人、高血壓患者和老人食用的3D打印產品20余個品類，并正在研制自動化、智能化的小、中、大型食品3D打印裝備。其中，以雙螺旋相向擠出料筒與打印頭分離輕量化設計技術屬國內首創，可使食品3D打印速度和生產效率分別提高5%和8%。該項目整體達到國際領先水平。”
據了解，2017年精準營養與食品3D打印裝備研究成果作為農業部唯一代表參加了由國家發改委組織的“砥礪奮進五年”大型科技成就展，被國家博物館永久收藏展出。這是自1949年中華人民共和國成立以來國家博物館所收集的農業領域第一個革命性重大研究成果。
3D打印技術是實現智能制造的關鍵
我國目前正處于工業化、城市化的高速發展時期，即將進入以營養健康為目標的現代農業新時代，邁入發展的黃金期、戰略機遇期和關鍵期。在戴小楓看來，精準營養的科學內涵與實現技術路線圖，大數據、云計算、5G、工業4.0和智能制造的科學技術基礎和產業模式，都表明未來營養健康產業將成為創造巨大社會財富、造福社會的高技術戰略新興產業與幸福產業。
戴小楓認為，未來中國營養健康事業將經歷大眾干預、特殊人群干預、個性化全生命周期精準營養三個階段，目前正處在大眾干預階段，2020年將進入特殊人群干預階段；2035年以后將進入到個性化精準營養服務的產業示范與應用階段；到2050年，將實現個性化全生命周期的精準營養服務，滿足人民群眾對美好生活的向往。
要實現這個目標，需要建立大數據體系，包括個性化健康大數據與營養需求大數據庫、食物營養大數據、實時在線營養與健康監測系統和智能化精準營養管理系統，最終通過個性化制造生產營養健康的產品，精準營養食品3D打印技術將是實現智能制造的關鍵核心。
食品3D打印技術多方面取得突破
據介紹，中式食品加工與裝備創新團隊在食品3D打印食品原材料、精準營養配方、打印技術與裝備方面的研究取得突破性進展。中國農業科學院農產品加工研究所研究員張泓介紹，在個性化營養膳食大數據模型的基礎上，將物聯網、基因檢測、機器學習算法等技術相結合，設計基于3D打印的集成智能化控制軟件系統，開發食品3D打印技術與裝備，最終實現不同群體或個體營養食品的個性化定制服務。例如在3D打印食品營養配方研究方面，團隊研發了適合糖尿病人食用的3D打印低GI（升糖指數）值的餅干、適合高血壓病人食用的復配原料3D打印食品以及3D打印煎餅的營養復配食品、老人和嬰幼兒專用全營養食品、解決了特殊人群的飲食需求。
食品3D打印機正在打印食品
新技術與裝備助力食品3D打印
好馬配好鞍。“目前食品3D打印裝備研制取得了重要成果，個性化營養健康主食產業發展未來包括工業化、自動化、智能化、3D打印制造等方面。”張泓介紹，團隊在精準營養食品3D打印技術開發方面進行了3D打印食品原料特性研究，包括原料流變特性、打印特性，揭示了3D打印食品從原料到產品的物性變化規律，通過數值模擬、優化工藝參數和研制新型加工助劑，改變原料的加工特性，滿足3D打印食品原料的質構穩定性、打印適宜性及后加工性。
此外，臺式食品3D打印機可以滿足家庭或餐館對3D打印食品的需求，操作簡單，節省人力。而連續式六軸機器人協同配合的食品3D打印機，可以完成多料筒自動更換和食品模型的自動出料流水線作業，可以根據原料配比要求分層分區域依次流水打印制作，實現由多種食品原料構筑而成的自動化加工。
張泓解釋，3D打印需要連續完成給料、送盤、打印和出盤等一系列過程，實現對多種食品原料的連續打印和后加工。每批次產品的形狀和配方可根據需要進行調整，滿足不同的個性化定制需求，實現智能化的生產與管理。據悉，這些新技術與裝備已獲得國家發明專利。
業內人士認為， 3D打印食品產業方興未艾。未來，個體化精準營養將是食品3D打印技術的核心靈魂。以人群精準營養健康為目標，食品3D打印技術成果產業化和市場化必將蓬勃發展。
