项目六 食品新技术发展史

食品技术发展史主讲人：XXX

所有教学资源，我们给；所有复杂操作，我们做；图书附赠，永久免费，只为老师用书更方便课件教案微课扫码题库建课互评考试平台

学习工具4321绪论项目一

食品热处理和杀菌技术发展史项目二食品浓缩、干制和挤压技术发展史项目三食品成分提取、分离和精制技术发展史765项目四食品发酵和食品合成生物技术发展史项目五食品保藏技术发展史项目六食品新技术发展史CONTENTS目录食品新技术发展史项目六任务一探究食品纳米技术发展史任务二探究食品3D打印技术发展史任务三探究食品工业机器人技术发展史食品新技术是指运用纳米技术、3D打印技术、工业机器人技术等现代科技手段，革新食品加工方式、提高食品品质和生产效率的新兴技术，在推动食品产业转型升级，助力食品产业绿色化、智能化发展等方面具有重要意义。本项目主要介绍食品纳米技术、食品3D打印技术和食品工业机器人技术的发展历程和相关基础理论知识。项目引言学习目标知识目标了解食品纳米技术的发展历程。了解食品3D打印技术的发展历程。了解食品工业机器人技术的发展历程。熟悉纳米靶向递送、食品3D打印技术、协作机器人等概念。技能目标能够梳理食品纳米技术的发展脉络。能够梳理食品3D打印技术的发展脉络。能够梳理食品工业机器人技术的发展脉络。素养目标培养客观审慎的科技判断力，秉持实事求是的态度，学会运用科学思维理性分析纳米技术、3D打印技术、工业机器人技术等新技术的优势与局限。培养利用AI技术、工业机器人技术等新技术解决食品安全、营养健康领域实际问题的意识，强化社会责任感与科技报国的使命担当。任务一探究食品纳米技术发展史任务导入视频中体现了食品纳米技术在哪方面的应用？食品纳米技术在食品行业还有哪些应用方向？一、食品纳米技术的早期发展纳米技术：是指主要研究1～100纳米范围内物质的性质和应用的技术。食品纳米技术：是指将纳米材料及相关工艺应用于食品生产、加工、包装等环节的新兴技术。点击查看《纳米》1959年著名物理学家理查德·费曼在美国物理学会年会上提出了有关纳米技术的构想：“微观世界还有很广阔的发展空间，人类可以实现对原子的操纵。”这一极具前瞻性的构想，成为了纳米技术的思想起源与最初的理论火种。1974年日本东京理科大学教授谷口纪男首次提出“纳米技术”这一专业术语，最初用于描述半导体制造领域中，针对纳米尺度进行的超精密加工工艺，标志着该技术领域有了正式的名称与研究范畴。1986年美国科学家埃里克·德雷克斯勒在《创造的发动机》一书中，系统且详细地阐释了纳米技术的科学内涵、应用场景与发展潜力，构建了早期的理论框架，为纳米技术从构想走向实际研究与应用奠定了坚实的理论基础。“食”话“食”说纳米是长度单位，1

纳米=10−9

米。在纳米尺度下制备的材料，一般具有良好的物理特性，如抗菌性、疏水性、阻隔性等。二、食品纳米技术的多元化发展（一）纳米包装是指运用纳米材料改善食品包装的机械强度、阻隔性、抗菌性等性能的技术。纳米包装技术（简称“纳米包装”）是指在传统包装材料中添加纳米级分散相，或对传统包装材料进行纳米改性后制成的新型包装材料。纳米包装材料20

世纪

90

年代，研究人员系统阐述了纳米银的抗菌机理，并开始探索其在食品包装领域的应用。20

世纪末，研究人员开始探索纳米黏土在食品包装领域的应用，通过将纳米黏土加入

PE、PP

等聚合物基体中，显著提高了食品包装对氧气、水蒸气等的阻隔能力，有效延长了食品货架期。21

世纪初，纳米包装开始进入产业化阶段，以纳米银抗菌保鲜膜、PET

纳米塑料啤酒瓶为代表的纳米包装产品相继问世。这一突破标志着纳米包装从实验室基础研究成功转向产业化应用，为后续纳米包装的发展奠定了基础。二、食品纳米技术的多元化发展（一）纳米包装点击查看《纳米银》“食”话“食”说纳米银是指粒径为

1～100

纳米的银颗粒或银基纳米材料，具有广谱抗菌性。纳米黏土属于层状硅酸盐纳米矿物，主要包括蒙脱石、锂蒙脱石、埃洛石等。2010

年以来，纳米包装朝着功能集成化与材料绿色化的两大方向同步发展。在功能集成化方面，纳米包装的性能从单一的阻隔性或抗菌性逐步升级为阻隔、抗菌、监测、保鲜多效合一；在材料绿色化方面，壳聚糖、纳米纤维素等生物基纳米材料逐步替代传统石油基塑料，农业副产物的高值化利用逐渐成为纳米包装技术领域的新发展方向。二、食品纳米技术的多元化发展（一）纳米包装二、食品纳米技术的多元化发展（二）纳米乳化是指利用物理或化学方法，将两种或两种以上互不相溶的液体（如水相、油相等）均匀分散，制备成粒径为

20～200

纳米的稳定乳液体系的技术，最终形成的稳定乳液体系即为纳米乳液。纳米乳化技术（简称“纳米乳化”）20

世纪末至

21

世纪初，随着高压微射流均质机、超声波乳化仪等设备的升级，研究人员开始规模化制备食品级纳米乳液，以改善

β-胡萝卜素、维生素

E

等脂溶性营养素的水分散性和生物利用度。2010

年至今，纳米乳化逐步从实验室研究走向产业化应用。目前，该技术的应用主要聚焦营养物质递送、食品保鲜、风味物质控释与稳态维持、功能性食品和低脂食品开发等领域。高压微射流均质机二、食品纳米技术的多元化发展（三）纳米分散是指利用物理或化学方法，将外源或内源纳米活性成分均匀、稳定地分散于食品基质中，从而提高活性成分的生物利用度、改善食品功能特性的技术。纳米分散技术（简称“纳米分散”）21

世纪，随着纳米毒理学和食品安全评价体系的发展，研究人员开始关注食品体系中纳米颗粒易团聚、界面稳定性差、分散不均匀等问题。随着研究的逐步深入，纳米分散开始成为一个独立的研究方向。2010

年以来，高压均质机、超声波破碎仪等设备的升级，为食品级纳米分散体系的规模化制备提供了有力支持。与此同时，用蛋白质、多糖等天然高分子助剂替代合成表面活性剂，成为新的发展趋势。在此背景下，纳米分散技术在营养物质递送、食品保鲜等领域实现了规模化应用。课堂互动什么是表面活性剂？在食品纳米分散体系中，蛋白质、多糖等天然高分子助剂的优势体现在哪些方面？合成表面活性剂的应用为何逐渐受到限制？二、食品纳米技术的多元化发展（四）纳米靶向递送是指以纳米材料为载体，通过对载体进行表面修饰，使其能够与目标细胞特异性结合，从而将活性成分精准递送至人体特定组织或细胞的技术。纳米靶向递送技术（简称“纳米靶向递送”）21

世纪初，纳米靶向递送的应用逐渐从医药领域延伸至食品加工领域。发展初期，研究人员借鉴医药领域的研究经验，对脂溶性营养素进行纳米包埋，并探究如何增强肠道对这些营养素的吸收效果。这一阶段所采用的载体材料，大多局限于聚乳酸、聚乙二醇等合成聚合物。自2010年起，纳米靶向递送进入快速发展期。随着蛋白质、多糖、磷脂等食品级壁材的系统性开发与应用，研究人员开始研制具有定点释放特性的纳米递送载体，如能够保护活性成分免受胃酸侵蚀，实现在肠道内精准释放的酶响应型纳米递送载体。此外，多层乳液、Pickering

乳液、纳米凝胶等新型递送载体相继涌现，共同推动了纳米靶向递送的发展。点击查看《纳米包埋》点击查看《酶响应型纳米递送系统》“食”话“食”说纳米包埋是指利用纳米载体将活性成分包裹起来，并借助分子间作用力与物理屏障，实现活性成分的保护、控释或功能优化的技术。“食”话“食”说酶响应型纳米递送系统能够利用酶在特定组织或细胞中的高表达特性，通过酶与载体材料的特异性相互作用，实现活性成分在特定部位的精准释放。多层乳液是由两种或两种以上互不相溶的液体经特殊工艺制成的、具有多层结构的新型运载体系。Pickering

乳液是以微米级或纳米级固体颗粒作为乳化剂来稳定油水混合体系的乳液。纳米凝胶是由高分子材料通过物理或化学方法交联形成的三维网状聚合物，具有纳米级尺寸和水凝胶特性，广泛应用于营养递送领域。二、食品纳米技术的多元化发展（四）纳米靶向递送近年来，纳米靶向递送实现了与肠道菌群调控、个性化营养干预等领域的深度融合。研究人员开始设计面向老年人、儿童等特定人群的精准营养方案。同时，温度响应型、光响应型、磁场响应型等智能响应型纳米递送载体已成为该领域的前沿研究热点。这一系列进展标志着纳米靶向递送开始进入精准化、智能化的新发展阶段。见多“食”广纳米递送载体纳米递送载体是指用于搭载活性成分，实现靶向递送和可控释放，并保护活性成分免受降解的纳米尺度体系。不同种类的纳米递送载体在运载对象、递送路径、修饰方法、代谢方式等方面均存在一定差异。理想的纳米递送载体应具备递送效率高、细胞毒性低、易于制备等特点。食品与生物工程领域常用的纳米递送载体主要包括以下几种：（1）脂质体，是由磷脂双分子层构成的球形囊泡结构，通常具有良好的生物相容性和活性成分负载能力。脂质体扫码看案例呀！纳米递送载体见多“食”广纳米递送载体（2）纳米胶束，是由表面活性剂或高分子材料形成的胶束制成的纳米递送载体。根据分子质量的不同，纳米胶束可分为低分子胶束和聚合物胶束。纳米胶束凭借特殊的核-壳结构与刺激响应特性，在难溶物质的可控释放方面具有独特的优势。（3）无机纳米材料，包括介孔二氧化硅纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒等。在无机纳米材料表面修饰靶向分子，虽然可以赋予其一定的靶向性，但存在活性成分负载率较低、生物相容性较差等问题。（4）高分子纳米材料，主要包括天然高分子纳米材料（如海藻酸钠、壳聚糖等）、半合成高分子纳米材料（如纤维素衍生物等）和合成高分子纳米材料三类。高分子纳米材料作为纳米递送载体，具有生物相容性较好、稳定性和靶向性较强等优势，但存在制备成本较高等问题。二、食品纳米技术的多元化发展（五）纳米传感器是利用纳米技术制造的传感器件。纳米传感器纳米传感器在食品安全检测领域的探索性研究始于

20

世纪

90

年代后期。研究初期，研究人员借鉴环境监测和生物医药领域的纳米传感器原理，将纳米金应用于食品中有害物质的快速比色检测。此后，这种检测方法因操作简便而得到广泛应用。21

世纪初，随着量子点、碳纳米管等新型纳米材料逐渐应用于食品安全检测，以及生物识别元件（如抗体、适配体等）修饰技术的逐步成熟，纳米传感器开始在食品安全检测领域得到系统性应用。点击查看《纳米金》点击查看《生物识别元件》“食”话“食”说纳米金是指粒径为

1～100

纳米的金颗粒，是目前食品快速检测中最常用的纳米传感材料。“食”话“食”说生物识别元件是生物传感器中用于特异性识别目标成分的核心组成部分。二、食品纳米技术的多元化发展（五）纳米传感器2005—2010

年，纳米传感器在病原菌、农药残留、霉菌毒素等复杂有害物质的检测中取得突破性进展：纳米金比色法的灵敏度显著提高；量子点荧光传感器实现了多种成分同步检测；碳纳米管电化学传感器则大幅缩短了检测时间。这些突破性进展共同推动纳米传感器朝高灵敏度、高特异性、低成本的方向发展。见多“食”广纳米金比色法纳米金比色法是指利用纳米金表面等离子体共振效应，通过目标成分诱导纳米金聚集或分散，引起溶液颜色变化，从而实现快速、灵敏检测的技术。纳米金比色法主要分为去保护法和交联法。去保护法的原理为：利用适配体或其他修饰分子，使纳米金在高盐度条件下保持分散状态，此时溶液呈红色；当靶标加入该溶液并与修饰分子结合时，纳米金就会失去保护并在高盐作用下发生团聚，使溶液变为蓝色。交联法的原理为：无靶标时，改性纳米金均匀分散，溶液呈红色；存在靶标时，纳米金上的修饰分子与靶标发生反应，纳米金颗粒交联聚集，使溶液变为蓝色。纳米金比色法凭借成本较低、操作简便等优势，广泛应用于食品安全检测领域，可实现重金属（如铅、砷、汞等）、抗生素（如青霉素、链霉素等）、违禁添加物（如瘦肉精等）、生物毒素（如赭曲霉毒素、黄曲霉毒素等）、农药残留（如甲胺磷等）等有害物质的快速检测。二、食品纳米技术的多元化发展（五）纳米传感器2011—2020

年为纳米传感器的多元化发展阶段。石墨烯、金属有机框架、上转换纳米粒子等新型纳米材料的引入，进一步扩大了检测靶标的范围。近年来，融合AI图像分析技术、可搭配智能手机使用的便携式可视化纳米传感器迅速普及，显著降低了现场快速检测的难度。同时，双模态（比色—荧光）纳米传感平台在复杂食品基质的检测中展现出独特的优势，多模态集成已成为当前的重要发展方向与研究热点。见多“食”广新型传感器轻松检测鱼类新鲜度以往判断鱼类新鲜度主要依靠感官评估，如观察鱼眼清澈度、鱼鳃色泽或嗅闻气味等。然而，这些方法易受主观因素影响，且难以准确判断鱼类早期的腐败程度。科学研究表明，鱼类死亡后体内次黄嘌呤含量的变化，可作为衡量其腐败程度的客观指标。一般情况下，次黄嘌呤检测耗时较长，且需要依靠专业的实验室设备。为了简化检测流程，由澳大利亚蒙纳士大学牵头的国际研究团队设计了一款

4×4

微针阵列传感器。该装置的微针表面涂覆了纳米金和可分解次黄嘌呤的酶。使用时，只需将该装置按压在鱼体表面，微针便会刺入鱼肉。当酶分解鱼体内的次黄嘌呤时，会引发电位变化，传感器能够实时捕捉这一信号，从而判断鱼的新鲜度。见多“食”广为了验证该装置的性能，研究团队在室温条件下对厚切三文鱼片进行了长达

48

小时的次黄嘌呤含量实时监测。结果表明，次黄嘌呤含量随厚切三文鱼片放置时间的延长而逐步升高，该变化趋势与鱼肉腐败进程高度吻合。这款传感器灵敏度与传统实验室检测套件相当，可检测低至

5×10−11

摩尔每升的次黄嘌呤浓度，即便在新鲜度极佳的鱼肉样品中，也可检测出次黄嘌呤的含量，且单次检测仅需约100秒。研究团队表示，虽然该装置还需进一步优化才能实现便携式应用，但此次实验结果充分展示了其在食品安全检测领域的巨大潜力。（资料来源：张佳欣，《新型传感器可轻松检测鱼新鲜度》，《科技日报》，2025年12月4日）厚切三文鱼片举办“食品纳米技术发展史”知识竞赛2实施步骤（1）学生自由分组，每组4～6人，并选出一名小组长。（2）小组长组织小组成员，结合本任务所学知识，设置10道与食品纳米技术相关的题目（3道填空题、3道单项选择题、3道判断题、1道问答题），并提交给教师。（3）教师将各小组提交的题目在计算机上随机排列，形成可以随机抽取题目的题库。（4）教师安排各小组轮流上台抽取题目并现场作答。（5）教师统计各小组的答题情况，并评出正确率最高的小组。1任务描述请以班级为单位，举办“食品纳米技术发展史”知识竞赛。探究食品纳米技术发展史课堂小结食品纳米技术的早期发展食品纳米技术的多元化发展纳米乳化纳米包装纳米分散纳米靶向递送纳米传感器任务二探究食品3D打印技术发展史任务导入美国哥伦比亚大学霍德·利普森团队利用该技术打印出了一块内含

7

种食材、层次分明、口感丰富的芝士蛋糕。意大利某食品品牌则专注于研发造型独特、富有艺术感的3D打印意大利面。21

世纪以来，食品

3D

打印技术发展迅速，全球多家机构与企业纷纷投入资源开展相关研发工作。研究人员将糊状物、粉末、凝胶等可食用材料作为“墨水”，打印出各式面条、牛排和巧克力，再结合激光烹饪技术，便可实现个性化食品定制。这类食品日渐流行，并悄然引领美食新风尚。任务导入某饮品企业致力于开发一款外形酷似咖啡机的家用设备，该设备能根据人体需求制作营养餐。日本通过“开放餐点”项目，将基因检测与食品

3D

打印技术相结合，为顾客定制富含特定微量元素的寿司，从而实现精准营养补充。荷兰瓦赫宁根大学研究团队另辟蹊径，利用藻蛋白和菌丝体开发环保食材，通过食品

3D

打印技术制作出口感可媲美传统肉类的植物基食品，推动了食品行业的可持续发展。

除丰富餐桌美食形态外，食品

3D

打印技术还为营养定制带来了全新可能。任务导入（1）什么是食品3D打印技术？（2）食品3D打印技术在食品加工领域有哪些应用方向？一、食品3D打印技术的早期发展食品

3D

打印技术是一种基于增材制造原理的数字化食品加工技术，是指通过计算机将三维模型逐层切片，以可食用材料为“墨水”，经喷嘴逐层挤出、烧结或喷射，最后堆叠成型的技术。该技术可精准控制食品形状、内部结构和营养成分，从而实现食品的个性化定制。2006年美国康奈尔大学的Fab@Home项目团队研制出首台开源食品

3D

打印机。2007年该团队开始尝试使用注射器式挤出方法打印巧克力、奶酪等。这标志着食品3D打印技术正式从理论研究阶段进入实验室研究阶段，为后续食品3D打印技术的多元化发展奠定了基础。巧克力二、食品3D打印技术的多元化发展（一）挤出型食品3D打印是指通过注射器、螺杆、柱塞等装置，将原料经喷头挤出，并按照预设路径逐层堆叠成型的技术。该技术具有成本较低、打印速度较快等特点，在食品

3D

打印领域的发展较早、应用较广。挤出型食品

3D

打印技术（简称“挤出型食品

3D

打印”）挤出型食品

3D

打印根据原料物理状态的不同常温挤出技术（常温挤出）加热熔融挤出技术（加热熔融挤出）凝胶挤出技术（凝胶挤出）二、食品3D打印技术的多元化发展（一）挤出型食品3D打印常温挤出：是指在常温条件下，将具有一定黏度和流动性的面糊、蔬菜泥、肉糜等非热塑性原料直接通过喷头挤出，依靠原料自身的黏结力逐层堆叠成型的技术。使用该技术打印出来的产品通常需要经焙烤、油炸、蒸制等方式进行熟化处理后方能食用。受原料特性限制，常温挤出难以实现结构复杂的产品打印。二、食品3D打印技术的多元化发展（一）挤出型食品3D打印加热熔融挤出：是指将巧克力、奶酪等热塑性原料加热至其熔点以上，使其熔融为半流动状态，经喷头挤出后迅速冷却凝固，逐层堆叠成型的技术。使用该技术打印出来的产品通常不需要二次熟化处理，可以直接食用。二、食品3D打印技术的多元化发展（一）挤出型食品3D打印凝胶挤出：是指将液态原料经喷头挤出后，通过温度调控、离子交联、酶促反应等方式发生相变形成凝胶，再固化定型并逐层堆叠的技术。该技术主要适用于含有琼脂、明胶等具有物理凝胶特性成分的原料。点击查看《物理凝胶》“食”话“食”说物理凝胶是由胶体粒子或高分子链通过物理键交联形成的凝胶，典型特征为相变可逆，即宿主溶剂（一般为水）在一定温度范围内可以在溶胶和凝胶之间发生可逆转变。其中，溶胶是固体微粒分散在液体中的胶体体系，凝胶是具有三维网络结构的半固体物质。21

世纪

10

年代，随着开源运动进入高峰期，RepRap

开源项目日趋成熟，Arduino

等开源硬件平台加速普及，自助式

3D

打印机的成本大幅降低，爱好者社区规模迅速扩大，推动了食品

3D

打印技术从学术研究向创客社区的延伸。同期，挤出型食品

3D

打印的挤出方式除了传统的注射器式，还出现了螺杆式、柱塞式，拓宽了可打印原料的范围。2012

年，英国

Choc

Edge

公司推出了首款商用

3D

巧克力打印机，标志着挤出型食品3D

打印技术开始从开源社区走向产业化应用；2014

年前后，西班牙

Natural

Machines、荷兰byFlow等食品3D打印企业的发展，进一步推动了该技术的商业化进程。点击查看《开源运动》二、食品3D打印技术的多元化发展（一）挤出型食品3D打印“食”话“食”说开源运动是一场受开源软件理念启发的、兴起于20世纪后期并延续至今的全球性技术与文化运动。该运动的核心理念为：通过开源许可协议向公众公开源代码、设计图纸等知识资产，允许任何人研究、使用或修改，并依托分布式社区协作实现持续创新。这一理念被引入食品3D打印领域，并推动了相关设备与工艺的发展。21

世纪

10

年代中期，研究人员开始系统探索黄原胶、瓜尔胶等食品级增稠剂对打印原料成型性的影响，发现适量添加这些物质可有效提高打印精度和产品结构稳定性。随着食品

3D

打印设备精度的提高，研究人员尝试将增稠剂配方优化与多喷头协同打印、温控挤出等工艺深度融合，探索提高

3D

打印食品层间结合强度和复杂结构成型能力的路径。2020

年以来，随着

Aleph

Farms、Revo

Foods

等企业加速推动细胞培养肉和植物基替代蛋白的产业化，挤出型食品

3D

打印的应用开始从早期的造型装饰，拓展至食品结构化和替代蛋白制造领域。二、食品3D打印技术的多元化发展（一）挤出型食品3D打印二、食品3D打印技术的多元化发展（二）粉体凝结型食品3D打印

是指通过选择性激光烧结、选择性热空气烧结、液体黏合等形式，使糖粉、蛋白粉、淀粉等可食用粉料按照数字模型逐层凝结成型，以制造特定结构食品的技术。粉体凝结型食品

3D

打印技术（简称“粉体凝结型食品

3D

打印”）选择性激光烧结是指利用激光束选择性扫描食品粉末层，使被照射区域的粉末烧结黏结，并逐层堆叠成型的

3D

打印形式。选择性热空气烧结是指利用热空气对特定区域的食品粉末进行加热，使其熔融黏结并逐层堆叠成型的

3D

打印形式；液体黏合是指通过喷头将液体黏合剂选择性喷射到食品粉末层，使局部粉末黏结固化，并逐层堆叠成型的3D打印形式。21

世纪

10

年代，荷兰

TNO

研究所较早开展了粉体凝结型食品

3D

打印的相关研究，研究人员采用选择性激光烧结的形式，使用糖粉、巧克力粉、咖喱粉等原料制作了多种结构复杂的

3D

打印食品。此后，研究人员逐步扩展原料范围，开始探索蛋白粉、谷物粉、果蔬粉等作为打印原料的可行性。2020

年以来，随着食品

3D

打印技术应用范围的拓展，研究人员开始探究粉体凝结型食品

3D

打印在功能性食品研发领域的应用潜力。如制备多孔结构活性成分缓释载体、研发定制化营养补充剂等。但这些应用仍以概念验证和实验室研究为主，尚未实现产业化。综合来看，因设备成本较高、材料适配性较差、成品后处理复杂等因素，粉体凝结型食品

3D

打印整体发展速度落后于挤出型食品

3D

打印，但在蛋糕、糖果等食品加工领域具有一定优势。点击查看其优势二、食品3D打印技术的多元化发展（二）粉体凝结型食品3D打印糖果“食”话“食”说与挤出型食品

3D

打印相比，粉体凝结型食品

3D

打印的优势在于可制作悬空、中空等结构复杂的

3D

打印食品，且无须支撑材料，但由于该技术制作的食品质地疏松、口感较差，限制了其在主食类食品制作中的应用。二、食品3D打印技术的多元化发展（三）喷墨型食品3D打印

是指利用喷头将液态原料按需喷射、沉积至基材表面的

3D

打印技术。喷墨型食品

3D

打印技术（简称“喷墨型食品

3D

打印”）21

世纪初，研究人员开始探索该技术在食品加工领域的应用。早期，该技术主要用于在烘焙食品表面印制可食用的图案，以实现食品表面的个性化装饰。食品表面的个性化装饰喷墨型食品

3D

打印源于工业喷墨打印技术。二、食品3D打印技术的多元化发展（三）喷墨型食品3D打印●2010

年前后，随着食品

3D

打印技术逐渐成为研究热点，喷墨型食品

3D

打印开始向三维打印的方向发展：研究人员将喷头与三维运动平台相结合，通过逐层喷射液体原料并辅以凝胶化或固化处理，构建三维食品结构。●

2015年至今，研究人员开始将喷墨型食品3D打印与挤出型食品3D打印相结合：先利用挤出型食品3D打印构建食品的主体结构，再利用喷墨型食品3D打印喷涂酱料、色素等，从而实现3D打印食品结构和装饰的一体化成型。此外，喷墨型食品3D打印能够精确控制不同营养成分的喷射位置和剂量，在精准营养领域具有较大的应用潜力。由于生产效率较低、适配原料种类有限，喷墨型食品3D打印整体发展速度较慢，目前应用仍以食品表面装饰为主。三、食品3D打印技术的智能化发展

21

世纪

20

年代，随着

AI、物联网和大数据技术在食品

3D

打印中的应用越来越多，食品3D打印技术逐渐朝智能化方向发展。在智能设计方面AI

算法可根据消费者的营养需求、口味偏好和健康数据，自动生成个性化

3D

打印食品配方。例如，荷兰

TNO

研究所与瓦赫宁根大学合作开发的

Nutri-Bites

系统可以通过软件平台收集用户信息，利用算法生成个性化营养方案，并将其转化为3D打印食品配方。在智能控制方面机器视觉和实时传感技术在食品

3D

打印中的应用，实现了打印过程中各参数的实时监测与动态调整。例如，香港科技大学开发的

AI

辅助食品

3D

打印技术，配备了生成式算法和红外加热模块，能够实时控制淀粉基食品的烹饪过程，以确保产品品质达标，从而满足吞咽困难人群的精准营养需求。智能“食”代AI辅助食品3D打印技术：让食品定制更简单（1/2）利用传统食品

3D

打印技术制作出来的食品通常需要额外的后处理步骤，不仅可能导致食品外形、口感不佳，还存在微生物污染风险。为解决这些问题，香港科技大学综合系统与设计学部研究团队成功开发了

AI

辅助食品

3D

打印技术。该技术将挤出型

3D

打印与同步红外加热模块相结合，能够实现复杂淀粉基食品的即时烹饪。搭配石墨烯加热器后，用户可以精确控制烹饪温度和时间，确保淀粉基食品在打印过程中同步熟化，从而使食品保持预期的形状和质地。该技术还整合了

AI

辅助设计功能，通过生成式算法和

Python

程序，用户能够轻松创建复杂的食品图案。借助

AI

技术，零基础使用者也可以快速上手，完成食品的个性化设计。扫码看案例呀！AI辅助食品3D打印技术：让食品定制更简单智能“食”代AI辅助食品3D打印技术：让食品定制更简单（2/2）这项研究不仅解决了食品形状保持难、易受微生物污染等技术难题，还为精准营养定制开辟了新的道路，尤其为吞咽困难患者等有特殊饮食需求的人群提供了切实可行的解决方案。从提高养老院和中央厨房的餐食定制效率，到满足人们的个性化营养需求，再到打造创意烹饪体验，该技术拥有广阔的应用前景，可推动食品加工模式转型升级。“这项创新技术有望简化食品生产流程、提高食品品质，并精准满足个人偏好，从而改变食品在多种场景中的制备与服务模式，为未来兼具个性化和视觉吸引力的食品设计开辟更广阔的前景。”该研究团队的领导人员李教授表示，“我们对该技术的潜力充满期待。它能够以高效且易于操作的方式提供定制化、安全且美味的食品。这标志着我们在食品‘智造’领域迈出了重要的一步。”任务实施——绘制食品3D打印技术发展史思维导图2实施步骤（1）学生自由分组，每组4～6人，并选出一名小组长。（2）各小组结合所学知识，绘制食品

3D

打印技术发展史思维导图。小组长负责检查绘制的思维导图，确保其逻辑合理、内容准确、样式美观，确认无误后提交给教师。（3）教师审阅各小组提交的成果，并选择优秀的作品进行展示、点评。1任务描述请以小组为单位，绘制食品3D打印技术发展史思维导图。探究食品3D打印技术发展史课堂小结食品3D打印技术的早期发展食品3D打印技术的多元化发展挤出型食品3D打印粉体凝结型食品3D打印喷墨型食品3D打印食品3D打印技术的智能化发展任务三探究食品工业机器人技术发展史任务导入以机器人替代人力，是我国建设现代粮食储备体系的必然选择。传统粮情监测主要依靠人工经验判断和手工记录，存在明显滞后性，难以及时掌握库存动态、温湿度变化及虫害情况，易导致决策延误，造成粮食损耗。机器人正成为现代粮库的守护者。在第七届中国粮食交易大会上，中储粮成都储藏研究院有限公司与芯禾机器人（深圳）有限公司联合研发的粮面智能平仓系统正式展出。这款机器人将与搬运、高空作业、采样、熏蒸、清扫、巡检等多款机器人共同组成智能方阵，重塑粮库管理模式，让粮库管理告别“灰头土脸”的旧时代，迈向更加高效、精准、安全的智能化新时代。扫码看案例呀！现代粮库的守护者任务导入如今，各类机器人相继入驻粮库，承担起搬运、采样、巡检、平粮、清扫等任务。自动导引车和无人叉车通过激光导航实现粮食精准装卸；码垛机器人依托视觉识别技术，自动完成各类包装的堆垛作业；自动采样机器人随机采样，消除人为误差；巡检机器人实时监测温湿度、虫害等数据并发出智能预警；平粮机器人自动平整粮面；熏蒸机器人替代人工完成化学熏蒸……各种各样的机器人在粮库中穿梭往来、协同作业，让粮库面貌焕然一新。如今，各类机器人相继入驻粮库，承担起搬运、采样、巡检、平粮、清扫等任务。自动导引车和无人叉车通过激光导航实现粮食精准装卸；码垛机器人依托视觉识别技术，自动完成各类包装的堆垛作业；自动采样机器人随机采样，消除人为误差；巡检机器人实时监测温湿度、虫害等数据并发出智能预警；平粮机器人自动平整粮面；熏蒸机器人替代人工完成化学熏蒸……各种各样的机器人在粮库中穿梭往来、协同作业，让粮库面貌焕然一新。任务导入随着

5G、AI

等前沿技术的深度融合与迭代升级，粮库机器人将朝更智能、更协同的方向加速发展，最终形成覆盖入库、存储、出库全流程的无人化作业体系，为守好“大国粮仓”提供硬核科技支撑，进一步提高粮食储备能力。（资料来源：刘慧，《发展“机器人+”守护大国粮仓》，《经济日报》，2025年7月24日）任务导入（1）食品工业机器人在粮库管理和粮情监测中发挥了哪些作用？（2）5G、AI等前沿技术如何助力食品工业机器人实现全流程无人化作业？一、食品工业机器人技术的早期发展指融合了传感器、AI、视觉感知等技术，在食品加工过程中能够替代或辅助人工完成包装、分拣、切割、搬运、检测等工序的自动化装备，围绕其研发与控制的技术即为食品工业机器人技术。食品工业机器人1961

年，美国

Unimation

公司首次将机械臂“尤尼梅特”应用于通用汽车生产线，该装备能够按照预设程序捡拾汽车零件并将其放在传送带上，展现了工业机器人的良好应用潜力，为工业机器人技术的蓬勃发展拉开了序幕。20

世纪

70

年代，电子技术、伺服控制系统的进步和工业机器人精度、灵活度的提高，为工业机器人技术向食品加工领域的迁移奠定了基础。点击查看《伺服控制系统》“食”话“食”说伺服控制系统是指通过反馈控制，使被控对象（如方位、速度等）精准跟随输入目标的自动控制系统，广泛应用于工业自动化和精密机械控制领域。一、食品工业机器人技术的早期发展20

世纪

90

年代初，工业机器人开始应用于烘焙行业中食品的简单拾取与放置，标志着工业机器人技术正式应用于食品加工领域。早期，食品工业机器人以刚性自动化设备为主，多为固定轨迹的关节型机器人或直角坐标型机器人。受限于当时传感技术水平，加之食品原料大多形状不规则、质地柔软，这类设备主要应用于包装、码垛、分拣、搬运等结构化程度高、环境可控的食品加工环节，而在原料修整、精细切割方面应用较少。关节型机器人二、食品工业机器人技术的专业化发展（一）分拣专业化食品工业机器人分拣环节的专业化发展经历了从通用化到高度定制化的过程。20

世纪90

年代初，第一代食品工业分拣机器人仅具备简单的拾取、放置功能，且操作速率较慢，一般为55～80次/分钟。20

世纪末，Delta

并联机器人的问世使食品分拣效率大幅提高。该设备凭借独特的并联结构，能够实现

120～150

次/分钟的高速分拣。此外，与早期食品工业分拣机器人相比，Delta

并联机器人的运动轨迹更为精准，因此在食品加工领域得到快速推广。Delta并联机器人二、食品工业机器人技术的专业化发展（一）分拣专业化进入

21

世纪，食品工业分拣机器人的专业化水平进一步提高。一方面，为了符合食品行业的卫生标准，机器人主体设计朝卫生化、模块化方向升级，IP69K

防护等级、全不锈钢机身、无死角结构成为行业标配；另一方面，末端执行器的定制化程度显著提高，开始出现了适配蛋类、肉类、果蔬等不同形态食品的末端执行器，真空吸附、柔性夹持等不同分拣形式的末端执行器也陆续出现。（a）真空吸附式

（b）柔性夹持式点击查看《末端执行器》“食”话“食”说末端执行器是机器人末端的作业工具，常见类型包括夹具、抓手等。柔性夹持是指依靠可伸缩或顺应性结构，自适应不同形状的食品，实现平稳、精准夹持的分拣形式。近年来，随着机器视觉、深度学习等AI技术与食品工业机器人技术的融合，食品工业分拣机器人已具备按色泽、成熟度、尺寸等多维度指标完成智能分拣的能力，实现了从“机械式搬运”向“品质判别式分拣”的专业化跨越，在果蔬采后处理、水产品加工等领域展现出广阔的应用前景。二、食品工业机器人技术的专业化发展（一）分拣专业化二、食品工业机器人技术的专业化发展（二）分割专业化肉类、水产分割是食品工业中劳动强度较大、工伤风险较高的环节之一，早期主要依赖人工操作。20

世纪

90

年代，部分欧美国家开始探索用工业机器人替代人工进行食品分割，但受限于骨骼结构复杂、原料表面湿滑等因素，进展相对缓慢。1995

年前后，丹麦肉类研究所开发了猪胴体自动切割系统。该系统可将半胴体分割为前段、中段和后段。2002

年，中段精细化切割机器人问世，在提高分割精度的同时，还能实现里脊肉和五花肉的分离。二、食品工业机器人技术的专业化发展（二）分割专业化2009

年，日本前川制作所公司推出了全自动猪后腿脱骨机

HAMDAS-R。该设备利用

X

射线技术和

AI

技术，能够智能识别骨骼位置并引导机械臂贴骨切割，每小时可完成500具猪胴体的猪后腿脱骨作业。视觉引导技术是指结合视觉感知与运动控制，能够通过视觉系统获取物体的位置信息，并将其转化为机器人可执行的操作指令，从而实现精确引导和定位的技术。力控制技术是指通过力传感器获取反馈信号，将力反馈与位置控制、速度控制相结合，从而实现机器人末端执行器的精确力矩调节的技术。近年来，协作机器人在肉类精细分割领域的应用逐渐增多，依托视觉引导技术和力控制技术实现自主切割，在牛肉分级、羊肉剔骨等复杂工序中展现出较大的发展潜力。二、食品工业机器人技术的专业化发展（三）清洗专业化

食品行业对卫生要求极为严苛，传统工业机器人因表面粗糙、防护等级偏低、易滋生细菌等问题，难以直接应用于食品加工环节。21

世纪初，随着

HACCP

体系的推广和欧盟食品接触材料相关法规的推行，食品工厂的卫生与安全标准不断提高，耐清洗、符合食品工厂卫生标准的工业机器人应运而生。2001年前后，首款可水洗型Delta并联机器人问世。该机器人按照IP67防护等级设计，符合食品行业严格的卫生标准和高强度的清洁要求，但不耐受高压水流的冲刷。2008

年，达到

IP69K

防护等级的

Delta

并联机器人正式推出，该机型既能适应肉类加工环节的高温蒸汽环境，又能承受高压水流的反复冲刷。防护等级是指机器人外壳的防护等级，可用于评估机器人外壳的防尘和防水能力。二、食品工业机器人技术的专业化发展（三）清洗专业化食品工业机器人防护等级的提高，标志着食品工业机器人从“被动防水”向“主动耐清洗”转型升级，为HACCP体系下的深度清洁作业提供了可靠的设备保障。三、食品工业机器人技术的智能化发展（一）协作机器人的兴起是指可以在没有安全围栏的情况下，与操作人员在同一作业空间内协作完成任务的机器人。协作机器人协作机器人三、食品工业机器人技术的智能化发展（一）协作机器人的兴起21

世纪

10

年代，随着力矩传感器、3D

视觉系统和安全控制技术的成熟，协作机器人开始小规模应用于食品分拣、包装等工序。这类设备凭借轻量化机身和碰撞检测功能，可实现人机共线作业，从而大幅提高生产效率。协作机器人打破了传统工业机器人的刚性自动化模式，以柔性化、智能化、安全化的人机交互方式，推动了食品工业机器人从“人机隔离作业”向“人机协同生产”转型升级，为食品个性化定制与小批量、多品种生产提供了有力支撑，已成为食品智能制造领域的重要装备。点击查看《力矩传感器》“食”话“食”说力矩传感器是指用于测量物体扭矩，并将其转换为电信号的传感器。3D

视觉系统是指通过获取物体的三维信息来完成测量、识别和分析的技术。安全控制技术是指依靠技术手段和系统措施，对生产或操作过程中的危险因素进行控制，以保障人员安全和设备稳定运行的技术体系。三、食品工业机器人技术的智能化发展（二）自主移动机器人的应用是指不依赖磁条、轨道等预设基础设施，无须操作人员实时监督，可借助传感器、AI

等技术自主感知环境、动态规划路径并完成任务的机器人。自主移动机器人自主移动机器●20

世纪末

21

世纪初，依赖磁条导引的自动导引车开始应用于食品仓储物流领域，该设备是自主移动机器人的早期雏形，其灵活性较差，仅能沿固定路径搬运货物。●21

世纪

10

年代前期，激光导航技术与视觉

SLAM

技术的成熟，推动了自动导引车朝自主移动机器人的方向发展，使其逐渐摆脱物理导引，可自主规划路径、躲避障碍物，从而更好地适应食品工厂复杂的作业环境。●21

世纪

10

年代后期，自主移动机器人与

MES、WMS

系统深度融合，实现了从原料入库、产线供应到成品出库的全流程自动化调度。近年来，5G、AI

等前沿技术在食品工业机器人领域的应用，使多台自主移动机器人能够协同作业。自主移动机器人打破了食品工厂固定产线布局的限制，有效提高了食品工厂的空间利用率，成为食品智能制造中连接“碎片化”工序的关键纽带。三、食品工业机器人技术的智能化发展（二）自主移动机器人的应用“食”话“食”说激光导航技术是指利用激光束进行精确测量和精准定位的技术。视觉SLAM技术是指利用摄像头获取环境信息，同时实现机器人自主定位与场地地图构建的技术。MES系统是连接企业管理层与车间控制层的核心数字化管理系统，主要用于实时监控和优化生产流程。WMS系统是用于优化仓库运营管理、实现库存和作业流程智能化管理的系统。智能“食”代机器学习、光学传感器与机器人技术在食品加工领域的融合创新(1/2)随着消费者对食品质量的要求日益提高，传统的食品质量检测方法因存在耗时长、效率低等问题，已难以满足现代食品工业发展的需求。与此同时，海鲜、精品水果等高价值产品的保鲜需求日益迫切，行业亟须实时、自动化的检测与作业方案。在此背景下，光学传感器与机器学习的深度融合成为研究热点。光学传感器可快速采集食品的物理、化学信息，机器学习则能从高维数据中提取关键特征，实现精准预测；再结合机器人技术，可实现食品从采摘、分拣到加工的全流程自动化，有效减少人工干预，提高生产效率和食品安全性。AI

技术与机器人技术的结合，正推动食品加工的智能化发展。机器视觉作为AI

技术的重要分支，可以通过光学传感器获取图像并借助机器学习进行分析，赋予机器人“看”和“判断”的能力。在食品加工领域，研究人员已研发出多款智能机器人，替代人工完成高强度作业。智能“食”代机器学习、光学传感器与机器人技术在食品加工领域的融合创新(2/2)例如，在采摘环节，有研究团队设计了配备

RGB摄像头的五指机械手，利用

YOLOv4

深度学习模型识别成熟草莓并准确摘取；另有苹果采摘机器人结合激光传感与

Mask

RCNN

算法，实现果实的精准定位和真空吸附采收。在分拣环节，搭载

RGB

相机和

YOLOv3

模型的分拣机器人可以自动完成冬枣等果实的识别与等级划分。在加工环节，研究人员利用

U-Net

卷积神经网络模型确定肉品的最佳切割部位，指导机器人完成自动化精确切割。机器学习、光学传感器和机器人技术的深度融合，为食品质量评估与加工自动化提供了系统性解决方案。一方面，该技术采用非接触式的检测手段，可实时获取食品品质信息，减少了食品损耗。另一方面，自动化检测减少了人工介入，降低了对人工经验的依赖，提高了作业效率和结果的客观性。更重要的是，该技术具有良好的通用性和可扩展性，能够适应从新鲜果蔬到肉类、水产品等多种食品的质量控制需求，已成为推动食品工业走向智能化的关键技术。任务实施制作食品工业机器人技术科普短视频1任务描述请以小组为单位，从以下主题中任选一个主题，制作食品工业机器人技术科普短视频：（1）食品工业机器人技术的早期发展。（2）食品工业机器人技术的专业化发展。（3）食品工业机器人技术的智能化发展。任务实施制