激光辅助3D打印实现虾糜局部凝固：一种精准调控蛋白质热变性的食品智能制造新方法

为解决传统热加工导致虾糜制品结构塌陷和营养流失问题，大连工业大学机械工程与自动化学院团队创新性地将50W CO2激光技术引入3D打印过程，开发出同步层间固化的LIS（Laser-assisted In-situ Solidification）方法。研究表明，在1.5mm光斑直径、500mm/s扫描速度和0.3mm扫描间隔参数下，虾糜制品获得最佳成型精度和机械强度，蛋白质保留率显著优于传统加热方式，为肉类蛋白食品数字化加工提供了新范式。

　　

在追求个性化营养食品的时代，传统虾糜加工面临严峻挑战。高温蒸煮或油炸等处理方式不仅导致肌原纤维蛋白（myofibrillar proteins）结构破坏，还造成营养成分大量流失。更棘手的是，标准化生产线难以满足消费者对食品形态、质地和营养的定制化需求。3D食品打印技术虽能实现复杂造型，但肉类蛋白材料在挤出沉积后常因热传导滞后效应出现塌陷——这一"热加工结构性失稳"难题长期制约着该技术的发展。

大连工业大学机械工程与自动化学院的Qiang Tong团队在《Journal of Food Engineering》发表的研究中，提出了革命性的解决方案。研究人员巧妙地将50W CO₂激光器集成到3D打印系统，开发出激光辅助原位固化（LIS）技术，在虾糜逐层打印的同时实现精准局部加热。这种"边打印边固化"的策略，成功规避了传统后处理的热损伤问题。

研究采用南极磷虾为原料，通过肉糜研磨制备均质虾膏，结合有限元模拟优化激光参数。关键技术包括：1）建立5mm×5mm×0.5mm虾糜热传导模型；2）采用能量密度梯度实验确定最佳固化参数；3）对比分析激光处理与传统蒸煮、油炸、微波处理的性能差异。

【Preparation of shrimp paste】
通过25,000rpm高速匀浆制备虾糜基材，确保材料流变特性符合挤出式3D打印要求。

【Establishment of shrimp paste model】
构建立方体热传导模型，模拟1.5mm激光光斑在500mm/s扫描速度下的温度场分布，为实验参数提供理论依据。

【Conclusion】
在优化参数（1.5mm光斑直径、500mm/s扫描速度、0.3mm间隔）下，虾糜制品形状保持率提升37%，蛋白质保留率较传统方法提高22%。激光能量密度的精确调控可实现机械强度0.5-3.5MPa的可编程控制。

这项研究的意义在于：首先，LIS技术模块化设计兼容现有食品3D打印机，仅需更换激光波长和光路即可拓展至肉类、果蔬等食材加工；其次，无需添加稳定剂或微生物转谷氨酰胺酶（MTG），符合清洁标签趋势；最重要的是，为蛋白质食品的数字化智能制造建立了跨学科方法论框架。正如通讯作者Xiuping Dong强调的，该技术有望重塑未来食品工厂的生产模式——从"先成型后加热"转变为"成型即完成"的精准制造新范式。