18/09/2026
[IUFT Food Science/ Food Technology content]
(English version below)
Từ in thực phẩm 3D đến hệ thống thực phẩm 4D chức năng
Công nghệ in thực phẩm đang chuyển từ mục tiêu đơn thuần là tạo hình thực phẩm sang một hướng tiếp cận tiên tiến hơn, trong đó cấu trúc, tính năng và khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của thực phẩm có thể được thiết kế bằng công nghệ số. Nếu công nghệ in 3D chủ yếu tạo ra một cấu trúc thực phẩm có hình học được xác định trước, thì công nghệ in thực phẩm 4D lại bổ sung một khía cạnh quan trọng: sự biến đổi của cấu trúc và chức năng theo thời gian (time-dependent transformation)
Trong hệ 4D, cấu trúc sau khi in chưa chắc là trạng thái cuối cùng của sản phẩm. Thay vào đó, thực phẩm được thiết kế để đáp ứng với các kích thích bên ngoài như nhiệt, hydrat hóa, pH, ánh sáng, ứng suất cơ học hoặc enzyme, từ đó tạo ra những thay đổi có thể được lập trình về hình dáng, cấu trúc, màu sắc hoặc việc giải phóng các chất có hoạt tính sinh học.
Nền tảng của công nghệ in 4D là những vật liệu ăn được có khả năng chuyển đổi một tác động từ môi trường thành một đáp ứng vật lý hoặc cấu trúc. Các nhóm vật liệu nổi bật gồm: polysaccharide based hydrogels, hệ starch based, hệ protein based, hệ protein polysaccharide hybrid, lipid based gels và emulsions, smart biopolymers, hệ nano enabled edible. Đặc tính lưu biến quyết định vật liệu có in được hay không và đồng thời ảnh hưởng đến cách vật liệu biến đổi sau khi in.
Sau khi in, các kích thích tác động lên thành phẩm in 4D gây ra những thay đổi lý hóa trong vật liệu, dẫn đến sự tái sắp xếp cấu trúc vi mô và cuối cùng tạo ra những biến đổi ở cấp độ vĩ mô như trương nở, co lại, uốn cong hoặc gấp lại. Chẳng hạn, khi được hydrat hóa, nền polymer hấp thụ nước, sự trương nở không đồng đều giữa các vùng tạo ra ứng suất nội, khiến cấu trúc uốn cong hoặc gấp lại theo hướng đã được thiết kế. Nhờ đó, thành phần vật liệu và kiến trúc in có thể được phối hợp để “lập trình” cách thực phẩm biến đổi theo thời gian.
Mặc dù có nhiều tiềm năng, công nghệ in thực phẩm 4D hiện vẫn chủ yếu được nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm và mới dừng ở giai đoạn chứng minh ý tưởng. Những thách thức chính bao gồm tốc độ in, độ ổn định trong bảo quản, khả năng tái lập, chất lượng cảm quan, an toàn thực phẩm, yêu cầu pháp lý và mức độ chấp nhận của người tiêu dùng. Vì vậy, để đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tế, cần tiếp tục tối ưu tính năng của vật liệu, độ chính xác của quá trình in, khả năng mở rộng quy mô và khả năng kiểm soát sự biến đổi của thực phẩm theo thời gian, đồng thời đảm bảo chất lượng và an toàn sản phẩm.
📍 Đọc thêm về chủ đề này tại:
Abdelsalam, R. R., & Ramadan, M. F. (2026). Functional 4D food printing: engineering smart, stimuli-responsive edible systems for personalized nutrition. Food Production, Processing and Nutrition, 8(1), 48. https://doi.org/10.1186/s43014-026-00396-7
-------
English version
From 3D Food Printing to Functional 4D Food Systems
Food printing is shifting from the sole objective of shaping food toward a more advanced approach in which the structure, functionality, and nutrient delivery capacity of food can be digitally designed. While 3D food printing primarily creates food structures with predetermined geometries, 4D food printing introduces an important additional dimension: time-dependent transformation of structure and functionality.
In 4D systems, the structure after printing is not necessarily the final state of the product. Instead, the food is designed to respond to external stimuli such as heat, hydration, pH, light, mechanical stress, or enzymes, thereby producing programmable changes in shape, texture, color, or the release of bioactive compounds.
The foundation of 4D food printing is edible materials capable of converting environmental stimuli into physical or structural responses. Prominent material groups include polysaccharide-based hydrogels, starch-based systems, protein-based systems, protein-polysaccharide hybrid systems, lipid-based gels and emulsions, smart biopolymers, and nano-enabled edible systems. Rheological properties determine whether a material is printable and simultaneously influence how the material transforms after printing.
After printing, stimuli applied to the 4D-printed product induce physicochemical changes in the material, leading to microstructural rearrangement and ultimately macroscopic transformations such as swelling, shrinking, bending, or folding. For example, upon hydration, the polymer matrix absorbs water, and differential swelling between regions generates internal stress, causing the structure to bend or fold in a predetermined direction. Thus, material composition and printing architecture can be combined to “program” how food transforms over time.
Despite its considerable potential, 4D food printing is currently studied primarily at the laboratory scale and remains largely at the proof-of-concept stage. Key challenges include printing speed, storage stability, reproducibility, sensory quality, food safety, regulatory requirements, and consumer acceptance. Therefore, further optimization of material functionality, printing precision, scalability, and the control of time-dependent food transformation is required for practical application, while ensuring product quality and safety.