摘要：近年來，食品3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，呈現(xiàn)的形式也多樣化。該文介紹了擠出型、粉體凝結(jié)型和噴墨型食品3D打印技術(shù)的工作原理、應(yīng)用范圍、優(yōu)缺點及市場應(yīng)用情況。同時，3D打印的食品原料需要滿足3個特性：打印性、適宜性和后加工性。目前，制約食品3D打印技術(shù)發(fā)展的因素主要是打印原料的局限性、流動性、打印速度、打印后模型的穩(wěn)定性等。同時亟需將食品3D打印技術(shù)與食品營養(yǎng)學(xué)科相結(jié)合，在開發(fā)不同人群或個性化營養(yǎng)需求食品制造上尋找到突破口，為營養(yǎng)健康食品產(chǎn)業(yè)帶來新革命。

　　關(guān)鍵詞：食品；加工；3D打??；成型原理；個性化營養(yǎng)
 

　　引言

　　3D打印是迅猛發(fā)展的快速成型技術(shù)催生而出的一項新興技術(shù)。3D打印技術(shù)又稱為“增材技術(shù)”，可將金屬、塑料、橡膠、石膏等材料通過熔融擠出、粉末燒結(jié)、光敏反應(yīng)等途徑制造出預(yù)先設(shè)定的形狀。由于該技術(shù)能將復(fù)雜的加工工藝進行數(shù)字化操作，具有精度高、速度快、成本低等優(yōu)勢，因此被認為是推動工業(yè)4.0變革的重要技術(shù)手段。3D打印技術(shù)首先在生物器官、汽車制造、房屋建造等方面取得了突破進展，但是在食品制造領(lǐng)域也已嶄露頭角。

　　目前消費者對食品的關(guān)注主要集中在營養(yǎng)、口味、外觀和方便性等方面。中國居民的膳食營養(yǎng)結(jié)構(gòu)不平衡是影響國民健康的重要因素，因此越來越多的消費者更關(guān)注食品的營養(yǎng)。將3D打印技術(shù)引入營養(yǎng)健康食品加工領(lǐng)域，采用多品種的原料混合復(fù)配，使蛋白、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)及其他功能因子等營養(yǎng)素成分按照需求比例加以平衡，在滿足原料3D加工適宜性的前提下，打印成為營養(yǎng)均衡、美味可口、外觀優(yōu)美、方便食用的新型食品，實現(xiàn)對團體人群或個性化精準營養(yǎng)的配餐供應(yīng)，應(yīng)用前景十分廣闊。
 

　　1 食品3D打印的方式

　　1.1 擠出型食品3D打印

　　擠出型食品3D打印通過數(shù)字化控制擠出過程，按照設(shè)定的路徑一層一層地打印，最終得到三維食品。擠出型食品3D打印是食品打印的一種重要形式，可以實現(xiàn)數(shù)字化的三維設(shè)計和食品的營養(yǎng)控制。該打印方式操作簡單，但是對食品物料的流動特性要求較高。

　　擠出型3D打印首先根據(jù)加工需要設(shè)計三維模型，然后通過三維軟件建立立體模型，隨后將建立的立體模型輸入到3D打印機系統(tǒng)內(nèi)，在3D打印機上設(shè)定操作參數(shù)，并結(jié)合物料加工特性制定物料的加工流程，如圖1所示。
 

　　1.1.1 擠出型食品3D打印坐標形式

　　擠出型食品3D打印的驅(qū)動路徑需通過坐標系實現(xiàn)。目前應(yīng)用到食品3D打印機中的坐標系主要有4種形式：笛卡爾（Cartesian）坐標、三角（delta）坐標、極（polar）坐標和平面關(guān)節(jié)（scara）坐標，如圖2所示。

圖2 擠出型食品3D 打印坐標形式
 

　　1）笛卡爾（Cartesian）坐標

　　笛卡爾坐標的食品3D打印機共有x、y和z 3個坐標軸，打印噴頭和模型之間可以前后、左右和上下的相對運動，如圖2a所示。該坐標應(yīng)用在3D打印上，目前有3種常用的實現(xiàn)形式。第1種是下方底板不動，上方打印噴頭按照預(yù)定的程序?qū)崿F(xiàn)x、y和z 3個坐標軸的運動，例如西班牙Natural Machines食品3D打印機Foodini如圖3a；第2種是底板實現(xiàn)Z軸方向的上下運動，上方打印噴頭實現(xiàn)x-y坐標軸方向的運動，例如江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院孫鐵波等人研制的3D奶油打印機和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所研制的食品3D打印機，如圖3b；第3種是底板實現(xiàn)Y軸方向的前后運動，上方打印噴頭實現(xiàn)x-z坐標軸方向的運動。

 

圖3 笛卡爾坐標食品3D打印機
 

　　由于笛卡爾坐標系的3D食品打印機設(shè)計簡單，容易維護和校準，控制精準，控制程序簡單，最初的3D食品打印機多采用該坐標系完成打印。但打印速度慢、組成機構(gòu)復(fù)雜和價格相對昂貴等因素是制約該坐標系打印機發(fā)展的瓶頸。
 

　　2）三角（delta）坐標

　　三角（delta）坐標的食品3D打印機噴頭通過3個機械手臂控制，類似于機械手，其底座固定不動，通過3個機械手臂帶動打印噴頭實現(xiàn)空間的幾何運動，如圖2b所示。目前，市場上常見的三角（delta）坐標的食品3D打印機有Pinya3和波蘭的Tytan 3D（圖4）。
 

圖4 三角坐標食品3D 打印機
 

　　與笛卡爾坐標的食品3D打印機相比，三角坐標的食品3D打印機由于結(jié)構(gòu)簡單，使得3D打印機制造成本更低。三角坐標食品3D打印機的打印速度較快，能在短時間內(nèi)制作1個體積比較大的食品，但是打印的精度相對較低，控制程序比較復(fù)雜。由于三角坐標的食品3D打印機加速或者減速比較快，容易造成振動，不利于打印食品的穩(wěn)定性。
 

　　3）極（polar）坐標

　　極坐標的食品3D打印機由底盤、擠出噴頭和支桿組成。底盤可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動，擠出噴頭可實現(xiàn)上下移動和繞支桿的旋轉(zhuǎn)運動。目前市場上的極坐標食品3D打印機有荷蘭的TNO食品3D打印機（圖5a）和XOCO巧克力3D打印機（圖5b）。
 

圖5 極坐標食品3D打印機
 

　　根據(jù)極坐標的食品3D打印機的機械構(gòu)成特點，該形式的食品3D打印機的打印速度較快，但是打印的食品形狀受限制，僅能打印以圓形為基礎(chǔ)路徑的空間形狀。
 

　　4）平面關(guān)節(jié)（scara）坐標

　　平面關(guān)節(jié)坐標的食品3D打印機設(shè)計思想源于機器人的手臂，2根可相對旋轉(zhuǎn)的連桿實現(xiàn)x、y方向的運動；連桿機構(gòu)固定在主機上，可實現(xiàn)z方向的上下運動。該類型的食品3D打印機由哥倫比亞大學(xué)設(shè)計，并制作了許多產(chǎn)品，如圖6所示。該種形式的食品3D打印機結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單，制造成本亦相對較低。
 

　　不同坐標形式的3D打印機均有優(yōu)缺點，主要體現(xiàn)在打印速度和打印精度不同。在選擇打印機的時候，需綜合考慮打印速度和打印精度的影響，選擇合適的坐標形式打印機。
 

　　1.1.2 擠出食品3D 打印的擠出原理

　　擠出型3D打印機的擠出原理主要有3種方式：注射器式擠出、氣壓式擠出和螺桿式擠出，如圖7所示。
 

　　1）注射器式擠出原理

　　注射器式擠出原理的食品3D打印機擠出系統(tǒng)由電機、注射器、柱塞和擠出噴頭組成，如圖7a。注射器腔體可用于儲存食品物料，柱塞由電機轉(zhuǎn)動向下運動，使得注射器內(nèi)部的物料通過擠出噴頭均勻擠出。運用該擠出原理的食品3D打印機主要有英國的ChocCreator（圖8a）、3D Systems公司與巧克力食品巨頭好時公司合作開發(fā)的CocoJet（圖8b）以及臺灣三維公司的XYZ食品3D打印機（圖8c）。注射器式食品3D打印機適用于半固態(tài)和固態(tài)物料的擠出，例如土豆泥、豆沙等原料。

 

圖8 注射器式擠出食品3D打印機
 

　　2）氣壓式擠出原理

　　氣壓式擠出原理的食品3D打印機擠出系統(tǒng)由氣泵、物料盒和擠出噴頭組成，如圖7b。物料存放在物料盒中，在氣泵中壓縮空氣的推動下，物料通過擠出噴頭擠出。目前應(yīng)用該擠出原理的食品3D打印機有TNO和Barilla共同開發(fā)的意大利面3D打印機（圖9）。氣壓式擠出原理的食品3D打印機適合打印流體狀物料，物料流動性較好。壓縮空氣需要通過消毒和過濾再連接到食品3D打印機。
 

　　3）螺桿式擠出原理

　　螺桿式擠出原理的食品3D打印機擠出系統(tǒng)由電機、螺桿、物料盒、原料入口處和擠出噴頭組成，如圖7c。物料通過原料入口處進入物料盒，電機帶動螺桿向前擠出物料，最終物料通過擠出噴頭擠出成型。此種擠出形式的空間控制不易實現(xiàn)，目前應(yīng)用較少。

　　3種擠出原理的食品3D打印機，適合擠出的原料不同。在選擇打印機時，根據(jù)原料的特性，選擇相對應(yīng)擠出原理的食品3D打印機，從而得到滿意的打印食品。

　　1.1.3 擠出食品3D打印的成型原理

　　擠出食品3D打印機的打印原料狀態(tài)不同，成型原理也不同，主要有3種形式：常溫擠出、加熱熔融擠出和凝膠形成擠出，如圖10所示。
 

　　1）常溫擠出成型

　　常溫擠出成型的食品3D打印原料，自身具有一定的黏度，可以相互黏連成型。此種形式打印出來的產(chǎn)品需要通過焙烤、油炸、蒸制等形式進行熟化，如圖11所示。打印出來的產(chǎn)品包括披薩、餅干、煎餅等。原料多采用黃油、芝士、面粉、雞蛋、牛奶等，需要將上述原料混合均勻，形成均勻的固態(tài)、半固態(tài)或流體狀的打印原料。
 

　　2）加熱熔融擠出成型

　　加熱熔融擠出成型的食品3D打印原料多為巧克力豆或巧克力粉。巧克力豆或巧克力粉加熱之后呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，流動性好，容易成型。擠出成型后，在常溫條件下凝固，使得3D打印的形狀能夠保持較長時間，打印出的成品一般不需要再熟化，可以直接食用，如圖12所示。由于巧克力打印凝固后形狀穩(wěn)定，可以打印形狀復(fù)雜的模型，例如鏤空模型。
 

　　3）凝膠擠出成型

　　凝膠擠出成型的食品3D打印原料中含有具有物理凝膠特性的成分，在不同溫度下呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。在原料中加入具有凝膠特性的成分，例如瓊脂，根據(jù)配方要求配備成不同比例的均勻溶液，加入到食品3D打印機中，通過擠出頭擠出打印成型，有時需要在一個溫度較低的水浴中完成定型。此種擠出成型的食品3D打印機由日本山形大學(xué)發(fā)明，如圖13所示。另外一個應(yīng)用范圍比較廣的是糖果擠出成型機，例如德國糖果公司Katjes的糖果3D打印機及糖果產(chǎn)品（圖14）。

　　常溫擠出由于需要進行后處理熟化加工，產(chǎn)品穩(wěn)定性沒有加熱熔融擠出和凝膠擠出產(chǎn)品的穩(wěn)定好，產(chǎn)品的可打印的復(fù)雜程度也不如其他2種擠出形式。
 

圖13 日本山形大學(xué)的凝膠擠出成型食品3D打印機

圖14 德國糖果公司Katjes 的糖果3D打印機及糖果產(chǎn)品
 

　　1.1.4 擠出型食品3D打印原料的選擇

　　為了打印出質(zhì)量優(yōu)越的食品，除了選擇適合的3D打印形式之外，還需要選擇能夠滿足某種3D打印形式的原料。3D打印的食品原料需要滿足3個特性：打印性、適宜性和后加工性。

　　打印性對于擠出型3D打印來說主要指的是原料的流變性、熱特性（熔點和玻璃轉(zhuǎn)化溫度）和凝膠特性等。淀粉的凝膠特性可以改變糊狀3D打印的食品原料的黏度，從而影響3D打印的打印性和適宜性。淀粉含量增加使得食品原料黏度降低，力學(xué)強度增加，形狀穩(wěn)定性好。蛋白的凝膠性有利于3D產(chǎn)品的成型，無機鹽的加入，可改變蛋白的特性，從而影響整個原料的流變性能。含有不同種類蛋白的糊狀原料其黏度和流變性不同，因此在3D打印原料中添加蛋白來改變原料的流動特性時，要根據(jù)其流變特性的需求，選擇合適的種類和添加量。水的加入，會降低淀粉、蛋白以及明膠等食品聚合物的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。不溶性物料的顆粒組成、粒徑大小和形狀均對糊狀3D打印原料的流變性和力學(xué)性能有影響。富含纖維素的原料由于粉碎不充分，含有纖維素的原料會堵塞噴頭。當富含纖維素的原料中添加富含脂肪的原料之后，流動性變好，因為脂肪可以作為原料的增塑劑或者潤滑劑。糊狀擠出物料在高剪切下需要黏度足夠低，易于擠出，擠出沉積之后物料必須迅速恢復(fù)高黏度，以保持形狀的穩(wěn)定性。

　　并不是所有的食品原料都適合擠出型的食品3D打印，其適宜性受原料特性的限制。對于需要后續(xù)進行熱處理的擠出型食品3D打印，后加工性也是需要考慮的一個重要因素。3D打印糊狀原料的組成對其后處理影響很大，例如不同糊狀原料組成的加熱干燥和冷卻干燥的處理時間不同，最終產(chǎn)品的狀態(tài)也不同。當原料中加入谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶和黃原膠后，可改善3D打印產(chǎn)品的穩(wěn)定性；在曲奇中，通過改變黃油、蛋黃和糖的濃度可改善烹飪過程中曲奇形狀的穩(wěn)定性。
 

　　1.2 粉體凝結(jié)型食品3D打印

　　粉體凝結(jié)型打印是食品3D打印中常用的另外一種打印形式，通過將粉末按照設(shè)定的模型逐層凝結(jié)，最終形成一個完整的3D打印模型。該食品3D打印形式與擠出型打印形式相比，打印速度較快，并可打印出形狀較為復(fù)雜的食品。

　　粉體凝結(jié)型打印主要有3種形式：選擇性激光燒結(jié)（selective laser sintering，SLS）、熱空氣熔融燒結(jié)（selectivehot air sintering and melting，SHASAM）和液體黏合（liquidbinding，LB）。首先確定好要打印模型的形狀，并對圖形逐層進行分解，通過熱源（激光或熱空氣）或液體黏結(jié)劑對粉末床上原料進行加熱凝固或黏結(jié)，完成一個截面圖形之后，粉末床向下降一層，添加一層新的粉末層，重復(fù)上述流程，得到預(yù)先設(shè)計的模型，打印工藝流程如圖15所示。

 

　　粉體凝結(jié)型3D打印多采用笛卡爾坐標，對于液體黏結(jié)中黏結(jié)劑，由于黏結(jié)劑的流動性要求，黏結(jié)劑的擠出多采用氣壓式擠出。

　　

　　1.2.1 選擇性激光燒結(jié)（SLS）

　　選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)是采用紅外激光器作能源，使粉末造型材料凝結(jié)成型。食品3D打印也可以以激光作為熱源，使打印出的食品粉末經(jīng)過激光燒結(jié)形成預(yù)先設(shè)計的食品形狀，其打印工藝流程如上所述。由于該種形式的3D打印是通過逐層鋪設(shè)不同的粉體完成的，每層的粉體可以不同，可完成不同原料，特別是營養(yǎng)素均衡搭配的食品加工。激光的選擇對打印食品質(zhì)量影響很大。主要原因是激光對原料的熔化程度影響較大，包括原料的激光吸收率與激光的波長、粉末的致密程度與激光的能量密度等因素有關(guān)。

　　荷蘭TNO公司食品3D打印采用選擇性激光燒結(jié)的形式，以糖粉、巧克力粉、咖喱粉等制作了不同形狀的3D打印食品，如圖16所示。
 

圖16 選擇性激光燒結(jié)3D打印食品
 

　　1.2.2 熱空氣熔融燒結(jié)（SHASAM）

　　熱空氣熔融燒結(jié)（SHASAM）食品3D打印與選擇性激光燒結(jié)食品3D打印相類似，只是將激光熱源替換為熱空氣，工藝流程如上所述，打印食品如圖17所示。熱空氣的溫度和氣流速度對于此類型的打印食品至關(guān)重要。

 

圖17 熱空氣熔融燒結(jié)3D打印食品

　　1.2.3 液體黏合（LB）

　　液體黏合（LB）食品3D打印通過具有黏結(jié)性能的液體，將二維的粉體薄片組合成復(fù)雜的三維模型。對于食品3D打印，黏結(jié)劑也可以同時作為口味、色澤等的調(diào)節(jié)劑，豐富打印食品的風(fēng)味和色彩。目前應(yīng)用比較廣泛的是在糖粉領(lǐng)域，可制作色彩多樣、形狀各異的糖果產(chǎn)品，如圖18所示。
 

　　3種不同形式的粉體凝結(jié)型食品3D打印，打印速度較快，打印的模型較復(fù)雜，但是其原料的特性要求較高。
 

　　1.2.4 粉體凝結(jié)型食品3D打印原料的選擇

　　對于粉體凝結(jié)型食品3D打印的原料最重要的是要滿足原料的打印性。粉體凝結(jié)型食品3D打印原料的打印性主要指粉體的粒度分布、堆積密度、潤濕性和流動特性等。理想的粉體凝結(jié)型3D打印粉末原料粒徑分布是雙峰或者多峰分布，這樣有助于粉末的散布和增強其附著力。較小的顆粒填充在較大顆粒的縫隙中間，形成比較致密的結(jié)構(gòu)，降低孔隙率。根據(jù)3D打印的應(yīng)用程序和期望模型的最小特征尺寸，原料顆粒的中位粒徑在20到100μm之間比較合適。相關(guān)研究表明，中位粒徑在30到100μm的顆粒原料比細顆粒原料組成的模型機械強度更高。粉體的流動特性與粉體顆粒的形狀、大小、顆粒之間的相互作用、粉末密度、壓縮性以及粉末與設(shè)備之間的摩擦有關(guān)。球形粉體的流動性最好；粗顆粒比細顆粒流動性好。空氣的濕度會影響粉末的靜電力，從而影響粉末的流動性。

　　對于液體黏合3D打印來說，除了粉末原料特性之外，還需選擇合適的黏結(jié)劑。在噴射過程中，黏結(jié)劑液滴需要保持球形，不能有拖曳和合并現(xiàn)象，在一定的速度下能保持直線運動，并準確的降落在預(yù)定的位置上。

　　可通過公式（1）計算來評價黏結(jié)劑的噴射性Z，充分考慮了噴射條件下材料上的黏性、表面張力和慣性力。Z值在1～10范圍內(nèi)，產(chǎn)生的液滴比較穩(wěn)定。
 

 

　　式中η代表黏度，γ代表表面張力，ρ代表密度，L代表公稱尺寸（噴嘴直徑/液滴直徑）。

　　食品3D打印中的黏結(jié)劑大多采用的是糖和淀粉粉末混合物與水或醇基的混合液體。由于糖含量太多不利于身體健康，因此需要找到其他的替代物。纖維素作為一種天然的多糖，由于人體消化道內(nèi)部不存在纖維素酶，是一種0cal的膳食纖維。研究表明，在適當?shù)臈l件下，經(jīng)過球磨法破壞的結(jié)晶纖維素得到的纖維素粉末可以重新結(jié)晶，形成剛性結(jié)構(gòu)。黃原膠是一種剪切變稀的多糖。在纖維素粉末中添加少量的黃原膠有利于提高噴墨性能，與纖維素協(xié)同增強結(jié)合性能。
 

　　1.3 噴墨打?。↖JP）

　　噴墨食品（Inkjet printing，簡稱IJP）3D打印是在已有的食品上加入裝飾，是二維打印在食品中應(yīng)用的延伸。裝飾品原料在打印過程中需維持流動狀態(tài)，流動的原料通過擠出噴嘴到原有食品上，不同于擠出食品3D打印，噴墨食品3D打印不是整體逐層打印，而是采用局部打印的形式，最終完成一個整體，實現(xiàn)原理如圖19所示，打印速度較快，可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。噴墨食品3D打印有的可以自己成型，如Foodjet公司的圖形裝飾，如圖20a所示；有的需要通過原有食品腔體對裝飾原料進行固形，如腔體沉積和表面填充，如圖20b、20c所示。
 

圖19 噴墨食品3D打印原理
 

　　噴墨打印實現(xiàn)過程中，采用笛卡爾坐標系，原料通過氣壓式控制完成擠出。巧克力等噴涂需要加熱后擠出，披薩醬等擠出常溫擠出即可。
 

　　噴墨打印中圖形裝飾原料多采用巧克力，腔體沉積和表面填充的原料多采用流動性較好的奶油、意大利面醬等。
 

　　2 食品3D打印與群體或個性化營養(yǎng)食品

　　2.1 膳食營養(yǎng)與健康

　　食物中可以被人體吸收利用的物質(zhì)叫營養(yǎng)素。碳水化合物（糖類）、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、水和無機鹽是人體所需的六大營養(yǎng)素，其中碳水化合物（糖類）、脂肪和蛋白質(zhì)可為人體提供能量。人體每天對必需營養(yǎng)素的需要量由年齡、性別、身高、體重和新陳代謝程度等決定。

　　目前世界上共有4種主要的膳食模式，不同膳食模式的食品所含的熱量和營養(yǎng)素不同，長期食用會對身體造成不同的影響。一是以動物性食物為主的膳食模式，又稱為西方膳食模式，具有“三高一低”特點——高熱量、高脂肪（膽固醇）、高蛋白質(zhì)和低膳食纖維，優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)在膳食結(jié)構(gòu)中占的比例高，但容易造成熱量過剩。二是以植物性食物為主、動物性食物為輔的膳食模式，又稱東方膳食模式，我國以此種膳食模式為主，該膳食具有低熱能、低蛋白、低脂肪、高碳水化物的“三低一高”特點，富含維生素、膳食纖維等營養(yǎng)素，同時優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)攝入不足，容易造成營養(yǎng)不良和勞動能力低下。三是動植物性食物均衡的膳食模式，動植物性食物消費量較為平衡，能量、蛋白質(zhì)、脂肪的攝入量基本上符合營養(yǎng)的要求，有利于預(yù)防營養(yǎng)相關(guān)疾病。四是地中海膳食模式，蔬菜、水果、魚肉、豆類等食物較多，而紅肉較少，并且烹飪時用植物油代替動物油，尤其提倡用橄欖油，富含膳食纖維等復(fù)合碳水化合物，飽和脂肪酸攝入量低。不同人群根據(jù)自身條件的不同，需要選擇正確的膳食模式。例如高血壓人群適宜選擇地中海膳食模式，超重或肥胖人群不適合西方膳食模式，糖尿病人群適合均衡的膳食模式。合理的膳食，特別在人年輕時，是預(yù)防許多疾病的關(guān)鍵因素。

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的人開始關(guān)注食品營養(yǎng)、身體健康，注重食品的私人個性化定制。在一些健康膳食中，某種食品原料由于味道比較特殊，不被食用者接收，可通過食品3D打印的手段，將各種不同的原料進行配置，調(diào)整食品的風(fēng)味和滋味，同時利用3D打印成型的方式豐富食品的外觀和色澤，增強食欲。營養(yǎng)健康和智能制造的大產(chǎn)業(yè)，為食品3D打印開拓了一個新紀元。食品3D打印作為一種可以數(shù)字化控制食品的原料組成以及口味變化的加工形式，越來越受到不同種人群的青睞，特別是孕乳婦、嬰幼兒、老年人、肥胖癥人、糖尿病人、高血脂病人等特殊人群。
 

　　2.2 食品3D打印與膳食營養(yǎng)的結(jié)合方式

　　由于不同人群身體狀況不同，對各種營養(yǎng)素的需求不同，所需食品各異。利用3D打印技術(shù)制作不同人群所需的食品，可按照該人群所需的營養(yǎng)素配比進行原料配置，制定合理的膳食。首先根據(jù)該人群營養(yǎng)素比例的需要，合理地制定規(guī)劃膳食食譜。將食譜中原料進行處理，使其滿足3D打印的條件，進而得到打印原料的密度。然后，根據(jù)人群所需營養(yǎng)素的質(zhì)量以及能量，計算得到打印食品的體積。最后，根據(jù)體積建立相應(yīng)的三維模型，將處理好的原料放入食品3D打印機，同時將建好的三維模型輸入食品3D打印機，最終得到該人群所需的營養(yǎng)定制食品。但是，由于打印的食品大多要通過熱加工進行熟化，需要對原有的原料配方進行微調(diào)。例如：為解決老年人群的吞咽和咀嚼困難等問題，利用食品3D打印技術(shù)（Foodjet）制作出了柔軟并具有特殊紋理方便吞咽的老人專用食品，此種食品的制作過程還加入了營養(yǎng)需求的特殊強化，保證滿足老年人群的營養(yǎng)需求。對于幼兒，可以通過形狀各異的3D打印食品來提高其食欲，保證其營養(yǎng)元素的均衡，促進幼兒發(fā)育成長。

　　隨著科技的發(fā)展以及在前人的研究基礎(chǔ)上，在不同人群的膳食營養(yǎng)指南以及個人基因檢測結(jié)果指導(dǎo)下，將食品3D打印技術(shù)和精準營養(yǎng)相配合，在滿足視覺盛宴的同時，針對不同個性化的營養(yǎng)和能量需求，將各種原料進行營養(yǎng)和能量分析并進行科學(xué)配伍，實現(xiàn)精準營養(yǎng)的3D打印制造，最大程度滿足個性化營養(yǎng)健康的需求。
 

　　3 展望

　　食品3D打印從興起到現(xiàn)在，打印技術(shù)越來越趨于成熟。各種食品3D打印方式應(yīng)運而生，能滿足不同的打印需求，為食品加工行業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇。不同的打印方式可打印多種形式的3D食品，目前應(yīng)用較廣泛的是擠出型食品3D打印，但是由于食品原料的復(fù)雜性等原因，制約其發(fā)展的是打印速度和模型打印后的穩(wěn)定性；粉體凝結(jié)型食品打印3D打印，打印速度較快，但原料特性要求較高；噴墨打印比較容易實現(xiàn)工業(yè)化，但打印的模型相對較簡單。

　　為加速食品3D打印技術(shù)的發(fā)展，今后需從四方面開展深入研究，一是食品3D打印原料特性的研究，對于擠出型食品3D打印，通過研發(fā)食品3D打印原料助劑，改善原料的流動性，研究物料的凝膠特性，提高打印產(chǎn)品的穩(wěn)定性；對于粉末凝結(jié)型食品3D打印，通過微膠囊技術(shù)來對粉體的粒徑進行干預(yù)。二是開發(fā)精準營養(yǎng)3D打印全流程智能化控制軟件，對食品3D打印程序進行優(yōu)化，增加打印噴頭數(shù)量，提高打印效率；改用新的熱加工方式，例如遠紅外加熱、過熱蒸汽加熱等，縮短加熱熟化時間。三是創(chuàng)制一批精密度高、協(xié)同性強、高效穩(wěn)定的家庭用3D打印裝備；研發(fā)可自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行和自適應(yīng)的工業(yè)化生產(chǎn)線。四是增強食品營養(yǎng)科學(xué)與3D打印技術(shù)的結(jié)合，針對不同人群，例如嬰幼兒、老年人、糖尿病人、高血脂病人等特殊人群，進行特殊膳食食譜的開發(fā)，實現(xiàn)精準營養(yǎng)食品的個性化定制。

　　與此同時，應(yīng)加大3D打印技術(shù)的科普宣傳，讓更多的消費者認識并認可這項新興技術(shù)對人類飲食健康生活的改變，進而推動家庭制作式和社會化供應(yīng)式的3D打印食品產(chǎn)業(yè)并駕齊驅(qū)。