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[中国食品报]精准营养联手3D打印 超过10万亿元潜在市场的猜想

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  说到打印,人们首先想到的是打印文件、照片等,但对通过3D打印技术制造出的食品,或许除了该领域的专业技术人员以外,普通人知之甚少。我国是一个美食大国,如今,现代科技的飞速发展让普通的煎炸蒸煮美味食品也可以像文件一样“打印”出来。日前,中国农科院农产品加工所对外发布基于食品3D打印技术的精准营养食品个性化定制研究新成果,预计该技术在我国将有超过10万亿元的潜在市场前景。

食品3D打印机打印出的食品

 

  创建食品原料打印适应性评价方法

  业内人士认为,全球3D打印产业正处于蓬勃发展时期,精准营养和食品3D打印是国际营养健康领域的重要研发趋势。可在传统营养理论的基础上,加强精准化营养技术手段、精准化营养需求和精准化营养产品研究与突破,最终实现人类营养健康的目标。

  中式食品加工与装备创新团队是中国农业科学院农产品加工研究所专门从事食品3D打印技术的精准营养食品个性化定制的专业研究机构。作为国家队的该研究机构已经构建起具有针对性、精准性、个性化的营养与食材及膳食食谱数据库并已收集相关数据22000余条。发布的最新研究成果显示,该团队利用核心数据库并物联网技术、基因检测等相结合,设计了一套基于3D打印的集成控制软件系统,开展食品原料的打印适应性研究,突破了食品原料打印不均匀、难成型等问题,创建了基于数值模拟的食品原料打印适应性评价方法,开发了适合3D打印食品的薯类、谷物类、果蔬类、植物胶类和富含蛋白质的动物性原料五大系列的基本配方。

  该项目研发带头人、中国农业科学院农产品加工研究所所长戴小枫表示:“将精准营养与食品3D打印相结合,针对不同人群的营养需求,开发设计特殊膳食食谱,通过食品3D打印技术进行加工制作,实现了精准营养食品的个性化定制。目前已开发适合肥胖症、糖尿病人、高血压患者和老人食用的3D打印产品20余个品类,并正在研制自动化、智能化的小、中、大型食品3D打印装备。其中,以双螺旋相向挤出料筒与打印头分离轻量化设计技术属国内首创,可使食品3D打印速度和生产效率分别提高5%和8%。该项目整体达到国际领先水平。”

  据了解,2017年精准营养与食品3D打印装备研究成果作为农业部唯一代表参加了由国家发改委组织的“砥砺奋进五年”大型科技成就展,被国家博物馆永久收藏展出。这是自1949年中华人民共和国成立以来国家博物馆所收集的农业领域第一个革命性重大研究成果。

  3D打印技术是实现智能制造的关键

  我国目前正处于工业化、城市化的高速发展时期,即将进入以营养健康为目标的现代农业新时代,迈入发展的黄金期、战略机遇期和关键期。在戴小枫看来,精准营养的科学内涵与实现技术路线图,大数据、云计算、5G、工业4.0和智能制造的科学技术基础和产业模式,都表明未来营养健康产业将成为创造巨大社会财富、造福社会的高技术战略新兴产业与幸福产业。

  戴小枫认为,未来中国营养健康事业将经历大众干预、特殊人群干预、个性化全生命周期精准营养三个阶段,目前正处在大众干预阶段,2020年将进入特殊人群干预阶段;2035年以后将进入到个性化精准营养服务的产业示范与应用阶段;到2050年,将实现个性化全生命周期的精准营养服务,满足人民群众对美好生活的向往。

  要实现这个目标,需要建立大数据体系,包括个性化健康大数据与营养需求大数据库、食物营养大数据、实时在线营养与健康监测系统和智能化精准营养管理系统,最终通过个性化制造生产营养健康的产品,精准营养食品3D打印技术将是实现智能制造的关键核心。

  食品3D打印技术多方面取得突破

  据介绍,中式食品加工与装备创新团队在食品3D打印食品原材料、精准营养配方、打印技术与装备方面的研究取得突破性进展。中国农业科学院农产品加工研究所研究员张泓介绍,在个性化营养膳食大数据模型的基础上,将物联网、基因检测、机器学习算法等技术相结合,设计基于3D打印的集成智能化控制软件系统,开发食品3D打印技术与装备,最终实现不同群体或个体营养食品的个性化定制服务。例如在3D打印食品营养配方研究方面,团队研发了适合糖尿病人食用的3D打印低GI(升糖指数)值的饼干、适合高血压病人食用的复配原料3D打印食品以及3D打印煎饼的营养复配食品、老人和婴幼儿专用全营养食品、解决了特殊人群的饮食需求。

食品3D打印机正在打印食品

 

  新技术与装备助力食品3D打印

  好马配好鞍。“目前食品3D打印装备研制取得了重要成果,个性化营养健康主食产业发展未来包括工业化、自动化、智能化、3D打印制造等方面。”张泓介绍,团队在精准营养食品3D打印技术开发方面进行了3D打印食品原料特性研究,包括原料流变特性、打印特性,揭示了3D打印食品从原料到产品的物性变化规律,通过数值模拟、优化工艺参数和研制新型加工助剂,改变原料的加工特性,满足3D打印食品原料的质构稳定性、打印适宜性及后加工性。

  此外,台式食品3D打印机可以满足家庭或餐馆对3D打印食品的需求,操作简单,节省人力。而连续式六轴机器人协同配合的食品3D打印机,可以完成多料筒自动更换和食品模型的自动出料流水线作业,可以根据原料配比要求分层分区域依次流水打印制作,实现由多种食品原料构筑而成的自动化加工。

  张泓解释,3D打印需要连续完成给料、送盘、打印和出盘等一系列过程,实现对多种食品原料的连续打印和后加工。每批次产品的形状和配方可根据需要进行调整,满足不同的个性化定制需求,实现智能化的生产与管理。据悉,这些新技术与装备已获得国家发明专利。

  业内人士认为, 3D打印食品产业方兴未艾。未来,个体化精准营养将是食品3D打印技术的核心灵魂。以人群精准营养健康为目标,食品3D打印技术成果产业化和市场化必将蓬勃发展。

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