【原】Nature子刊：利用多波长激光对3D打印食品进行精准烹饪

食研私享 2021-11-12

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利用多波长激光对3D打印食品进行精准烹饪

导读

2021年9月1日，美国哥伦比亚大学机械工程系创意机器实验室：Jonathan David Blutinger*（1作＆通讯）......、Alissa Tsai等在Nature子刊npj Science of Food 发表了题为“Precision cooking for printed foods via multiwavelength lasers”的研究文章。

食品增材制造（AM）是一种逐层创建三维可食用产品的方法。利用增材制造技术和软件控制的激光器将烹饪过程数字化，可以在时间和空间上控制食材的排列，并以毫米级的精度向生食输送热量。实验级食品3D打印于2007年推出，虽然食品3D打印机具有将材料沉积到毫米级分辨率的能力，但目前还不具备将食品烹制到这种同等分辨率的能力。在食品3D打印机上集成一个多波长激光灶，可以同时提供穿透性加热和表面褐变，这将产生更多创造性的食物组合和口感。

目前，虽已有一些对各种食品的3D打印和特定食品的激光烹饪的研究，但没有任何一项研究对激光在3D打印肉类烹饪、单台机器上打印和烹饪同时进行或对激光烹饪肉类的感官评价中的应用。

该文中，研究人员以鸡肉糜作为模型食物，研究了打印和烹饪食物同时进行的可行性。采用5-10W蓝光二极管激光器（λ =445nm）作为主要加热源，但也使用近红外激光器（λ =980nm）、中红外激光器（λ =10.6μm）和传统烤箱进行对照试验。研究人员推导出鸡肉达到食品安全温度所需的能量；计算激光鸡的冷却速度；研究与激光烤和烤箱烤鸡相关的重量和体积损失；评价激光鸡的颜色变化；用鸡肉演示蓝光和红外光的渗透加热；通过近红外激光透过塑料包装（通过塑料的透射率约为90%）烹饪鸡肉使其褐变；并对激光烹制的肉进行取样。3D打印鸡肉样品的烹饪试验最初是在两台独立的机器上进行的，然后在同一台机器上进行。当打印和烹饪在同一台机器上执行时，3D食品打印机打印完一层后再进行激光曝光。

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DIO：10.1038/s41538-021-00107-1

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视频：精准激光烹饪概述

成果介绍

目前还不存在可同时烹饪和3D打印食品层的商业烹饪设备。其中一个关键的挑战是烹饪能量的空间控制输送。

为解决上述问题，在该文中，研究人员探索了精准激光烹饪，具体通过定制的软件驱动模式（包括通过包装）提供对热量传递的精准时间和空间控制，以及烹饪、烧烤、切割和以其他方式转换食品的能力。

在这项研究中，研究人员以鸡肉作为模型食物，结合蓝光激光（λ=445nm）、近红外（NIR）激光（λ=980nm）和中红外（MIR）激光（λ=10.6μm）来烤制3D打印鸡肉，结果发现红外光比蓝光更有效地使鸡肉褐变，近红外光可以透过包装烹饪食物并使其褐变，激光烹饪的食物比烤箱烤的食物减少约50%的蒸煮损失，并计算出激光的烹饪分辨率为~1mm。

将软件融入烹饪过程将实现更具创造性的食品设计，其允许个人能够更精准地定制他们的膳食，消除食品供应链的中间环节，简化家庭食品生产，并为这个新兴行业创造横向市场。

虽然，这项研究只使用了鸡肉作为模型食品，但激光加热更容易吸收水分的谷物基食品材料也会加速烹饪过程中水分的流失和褐变。最后，研究团队指出了未来还可以研究的方向：（1）加热对连续烹饪印刷层之间的层间粘附性的影响；（2）同时进行渗透性和表面加热的多波长烹饪；（3）减少已烹饪印刷层和生食印刷层之间交叉污染的方法；（4）因食物冷却速率影响着食物中微生物致病菌的数量，今后还可以研究食品冷却速率对致病率的影响，以进一步了解商业化潜力。软件烹饪是一个相对未知的领域，多波长烹饪为个性化定制膳食提供了新的机遇，并且可以扩展到其他动物蛋白或食物种类。