3D打印也稱為增材制造，是一種使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件控制、指示數(shù)字化制造機(jī)器通過(guò)逐層添加材料的方式塑造三維物體的技術(shù)。水果和蔬菜作為人類飲食的重要組成部分，在均衡飲食中為人體提供碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)、抗氧化物以及其他生物活性物質(zhì)。食用水果和蔬菜的益處被全世界所公認(rèn)。世界衛(wèi)生組織建議人體每天攝入水果和蔬菜應(yīng)大于400 g。大量的流行病學(xué)和臨床研究也表明，富含水果和蔬菜的飲食與慢性和退行性疾病有潛在的聯(lián)系，多食用果蔬可降低心血管疾病(如高血壓和中風(fēng))、代謝和退行性疾病，以及某些類型癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，將果蔬原料引入到食品打印領(lǐng)域可豐富食材來(lái)源，此外，利用其物性學(xué)與營(yíng)養(yǎng)學(xué)特征調(diào)整食品配方，能夠滿足人們對(duì)食品個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)的需求。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院的王明爽、李冬男*、李 斌*等人針對(duì)果蔬不易打印的物料特點(diǎn)，綜述了食品3D打印過(guò)程中果蔬原料的關(guān)鍵處理技術(shù)，并展望了果蔬原料在食品3D打印領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢(shì)，以期為果蔬原料在食品3D打印技術(shù)中的應(yīng)用提供參考。

1、食品3D打印的材料特性

食品3D打印材料不同于有機(jī)聚合物、金屬等其他3D打印材料。在材料選擇上要保證打印材料的可食性，加工過(guò)程要符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，由于食品原料自身組成復(fù)雜，各成分的物理化學(xué)性質(zhì)差異等問(wèn)題使食品3D打印在材料選擇上具有特殊性，也為3D打印技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用帶來(lái)挑戰(zhàn)。研究表明，用于食品3D打印的材料需要滿足3 個(gè)基本特性：打印性、適用性和后加工性。

2、果蔬原料在食品3D打印領(lǐng)域中的應(yīng)用

制備3D打印用果蔬漿料的工藝流程

果蔬原料的3D打印加工工序主要包括5 個(gè)步驟：1)選擇水果和蔬菜種類;2)確定食品配方(即不同原輔料配比);3)確定打印漿料的制備工藝流程;4)確定打印條件，設(shè)計(jì)三維虛擬模型;5)選擇合適的工藝方法，延長(zhǎng)打印產(chǎn)品的貨架壽命。圖1為制備3D打印用果蔬漿料的典型工藝流程。

果蔬原料3D打印配方的設(shè)計(jì)

目前，在果蔬原料制作的3D打印食品配方方面已取得了一些研究成果。如Derossi等為3～10 歲的兒童設(shè)計(jì)了一種基于水果的創(chuàng)新性3D零食，將香蕉、白豆、蘑菇、脫脂牛奶和檸檬汁混合后加入果膠溶液使體系具有均勻的流動(dòng)性，制作出含有VD(0.75～1.50 mg/d)、鐵(0.58～1.20 mg/d)和鈣(49.00～97.50 mg/d)等營(yíng)養(yǎng)素的復(fù)雜食品體系，可為兒童提供5%～10%的能量、鈣、鐵和VD;Azam等實(shí)現(xiàn)了富含VD的濃縮橙汁小麥淀粉共混物的打印。因此，有待開(kāi)發(fā)打印性好、營(yíng)養(yǎng)豐富和感官品質(zhì)高的果蔬原料3D打印配方，以促進(jìn)食品3D打印技術(shù)的發(fā)展。

制備3D打印用果蔬漿料的關(guān)鍵工序

添加抗褐變劑：褐變是果蔬加工過(guò)程中出現(xiàn)的普遍問(wèn)題，能夠直接影響產(chǎn)品品質(zhì)。在3D打印用果蔬漿料制作中，可通過(guò)添加抗褐變劑減少原料在搗碎和均質(zhì)過(guò)程中的氧化，保持原料的天然色彩。常用的抗褐變劑有抗壞血酸、檸檬酸、其他有機(jī)酸(乙酸、乳酸、酒石酸和蘋果酸)。特殊情況下也可以使用氯化鈉、氯化鈣、乙醇、l-半胱氨酸、乙二胺四乙酸和4-己基間苯二酚等物質(zhì)。

搗碎或均質(zhì)化：搗碎或均質(zhì)化是果蔬原料形成均勻糊狀漿料，改善漿料流動(dòng)性能的主要單元操作過(guò)程。在果蔬榨汁或制漿時(shí)，無(wú)論是原料單獨(dú)搗碎，還是混合后整體搗碎，都有可能殘留大顆粒，堵塞打印機(jī)噴嘴。為了避免噴嘴堵塞，需對(duì)漿料進(jìn)行均質(zhì)或進(jìn)一步篩分，以減小漿料顆粒體積，便于材料打印。

除水增質(zhì)：果蔬水分含量高是限制果蔬在食品3D打印領(lǐng)域應(yīng)用的主要原因之一。降低果蔬材料含水量，適當(dāng)提高果蔬材料的質(zhì)量比例可以有效改善材料的流變特性、增加黏度。

水膠體在果蔬3D打印中的應(yīng)用

向不可打印的食品材料中添加水膠體，制備可打印漿料是改善食品材料打印性能的有效手段。通過(guò)控制水膠體的添加量，可以得到理想的食品打印材料。根據(jù)水膠體不同的固有性質(zhì)(分子質(zhì)量和官能團(tuán))，可將其用作增稠劑和膠凝劑。食品中常用的增稠劑有淀粉、結(jié)冷膠、黃原膠、纖維素以及纖維素衍生物等。而果膠、瓊脂、海藻酸鹽、卡拉膠、明膠等既可作為增稠劑，也可作為膠凝劑，在食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用。然而，目前只有少數(shù)水膠體用于改善果蔬材料的3D打印質(zhì)量。表1為水膠體在果蔬3D打印制品中的應(yīng)用。

淀粉：淀粉在糊化過(guò)程中發(fā)生分子間相互作用，使淀粉凝膠體系具有一定的黏度、流變性能和成型性，符合三維打印對(duì)材料的基本要求。將淀粉添加到不可打印的食品材料中，可以使其具有打印性。其中，馬鈴薯淀粉具有良好的保水性、透明性和抗老化性，是食品3D打印技術(shù)最有前途的增稠劑之一。

果膠：果膠是從果蔬中提取的一類非能量多糖，其在果醬、果凍、乳制品、甜點(diǎn)、軟飲料、藥品等產(chǎn)品中作為膠凝劑已被廣泛應(yīng)用，也可以用于結(jié)合小分子物質(zhì)，提高活性物質(zhì)的穩(wěn)定性。作為果蔬來(lái)源物質(zhì)，將其應(yīng)用于果蔬食品3D打印具有更大的意義。

其他水膠體：Kim等通過(guò)測(cè)試比較了瓊脂、甲基纖維素、明膠、黃原膠、結(jié)冷膠和瓜爾膠等水凝膠對(duì)虛擬模型打印效果的影響，發(fā)現(xiàn)黃原膠對(duì)植物油墨中顆粒溶脹有抑制作用，而與植物粉末種類無(wú)關(guān)，黃原膠的添加使打印材料擠出硬度變低，可以順利從噴嘴擠出，打印的樣品分辨率較高，且不會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)發(fā)生坍塌。此外，使用復(fù)合膠體可以更好地改善果蔬材料的打印效果。

3、基于果蔬原料的食品3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，以慢性病和退行性病變?cè)斐傻娜梭w機(jī)能退化直接影響人們的生活品質(zhì)。預(yù)防慢性病、減緩?fù)诵行约膊〉陌l(fā)生儼然已成為全社會(huì)努力的方向，同時(shí)也促進(jìn)了人們對(duì)健康食品、營(yíng)養(yǎng)食品的需求。而基于果蔬原料的食品3D打印技術(shù)，一方面能夠利用果蔬的營(yíng)養(yǎng)學(xué)特性;另一方面，能夠針對(duì)個(gè)體的營(yíng)養(yǎng)需求利用3D打印技術(shù)定制食品，這在很大程度上解決了膳食營(yíng)養(yǎng)中提出的未病先治、營(yíng)養(yǎng)精準(zhǔn)攝入的問(wèn)題。未來(lái)基于果蔬原料的食品3D打印技術(shù)的研究也必將進(jìn)一步深入。基于果蔬原料的食品3D打印技術(shù)的發(fā)展特征及趨勢(shì)包括個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)食品、新型成型方式、利用果蔬加工廢棄物進(jìn)行食品3D打印、食品彩色3D打印、人造果蔬5 個(gè)方面。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)食品3D打印的原料特性、果蔬原料特性以及3D打印用果蔬漿料的關(guān)鍵加工技術(shù)進(jìn)行了綜述，有助于進(jìn)一步將3D打印理論融入到食品加工領(lǐng)域。目前，基于果蔬原料的3D打印研究鮮少，定制化營(yíng)養(yǎng)配方設(shè)計(jì)十分有限。但基于果蔬原料的食品3D打印技術(shù)在未來(lái)具有良好的發(fā)展?jié)摿Α＝窈罂梢詮膫€(gè)性化營(yíng)養(yǎng)食品、新型成型方式、加工廢棄物的利用、食品彩色3D打印及人造果蔬等方面開(kāi)展研究，以期開(kāi)發(fā)新型的果蔬食品。