江大张慜教授团队顶刊综述：食品4D/5D/6D打印的进展、应用和研发机会

时间：2022-03-11 13:45 来源：食研私享作者：admin 阅读：次

       4D打印是一种新兴的增材制造技术，具有制造所需特性的复杂形状产品的潜力。这一概念由麻省理工学院(MIT)的Tibbits教授于2013年首次提出。4D打印是指使用智能材料的3D打印物体对环境或合适的人工刺激(如温度、pH、水、紫外线、光等)的响应，导致物体状态随时间发生物理或化学变化(第4维度)。
       在过去的两年中，关于4D食品打印的研究性论文数量显著增加。这些研究主要集中在 3D打印材料的颜色、形状、风味和营养变化上。毫无疑问，全面了解4D食品打印的最新应用和进展对于进一步拓展和充分利用4D食品打印的潜力是必要的，4D打印同时也面临着新的挑战和局限性。
       2022年2月28日，江南大学张慜教授团队在国际期刊Critical Reviews in Food Science and Nutrition(中科院1区；IF：11.176)在线发表了题为“Progress in 4D/5D/6D printing of foods: applications and R&D opportunities(食品4D/5D/6D打印的进展：应用和研发机会)”综述性论文。Ahmed Fathy Ghazal为第一作者，张慜教授为通讯作者。这篇综述旨在回顾和总结当前4D打印食品随着时间推移的物理或化学变化的重要应用，以及4D食品打印的优势，挑战和局限性。此外，该文还综述了更先进和创新的增材制造技术(5D和6D打印)的概念、优势和潜在应用。

4D食材的形状变化
食物形状是烹饪和用餐体验中的一个重要元素，有时也被用作烹饪指标。

图1.(a)通过三种不同的应用技术改变形状特性；(a)2D到3D折叠薄膜，(b)水合诱导的自包裹薄膜和(c)对温度敏感的面条。(B)多种食材的不同菜肴在水化时表现出形变行为；(I)螺旋面配朱迪思鱿鱼、煎蛋黄和白海鲜酱；(II)意大利面沙拉，西红柿和野生紫苏；(III) 透明鱼子酱奶油煎饼卷，配以芹菜和新鲜奶油；(Iv) 自包装水寿司。

图2. (A)由脱水或水合刺激引起的形变：(a)脱水(烘烤)、(b)水合作用(水沸腾)。(B形变行为的应用包括(i)自卷曲玉米卷、(ii)自折叠风味饼干、(iii)自组装面条和(iv)四种扁平包装的徒步旅行食品(烹饪前后)。(C)用于制造能够在水合或脱水过程中变形的面制食品的Morphlour设计策略。

图3. 微波脱水诱导打印样品的自发形变。

图4. 不同脱水机制(微波脱水(MD)、红外脱水(ID)和风干(AD))诱导的3D打印样品的形状变化行为。注：字母a、b和c分别表示温度梯度、热传导和水迁移的方向。

图5. 南瓜/薄片双层结构的不同变形策略。

图6. 3D打印样品在两种不同可食用材料且在含不同浓度(a)盐和(b)黄油条件下的形变行为。

图7. 不同(a)微波功率和(b)不同微波时间对3D打印紫薯泥形变的影响。

图8. 乙基纤维素和明胶复合材料的形状和颜色变化。

(责任编辑：admin)

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