3D打印也稱為增材制造，是一種使用計算機輔助設計軟件控制、指示數字化制造機器通過逐層添加材料的方式塑造三維物體的技術。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、抗氧化物以及其他生物活性物質。食用水果和蔬菜的益處被全世界所公認。世界衛生組織建議人體每天攝入水果和蔬菜應大于400 g。大量的流行病學和臨床研究也表明，富含水果和蔬菜的飲食與慢性和退行性疾病有潛在的聯系，多食用果蔬可降低心血管疾病(如高血壓和中風)、代謝和退行性疾病，以及某些類型癌癥的風險。

因此，將果蔬原料引入到食品打印領域可豐富食材來源，此外，利用其物性學與營養學特征調整食品配方，能夠滿足人們對食品個性化營養的需求。沈陽農業大學食品學院的王明爽、李冬男*、李 斌*等人針對果蔬不易打印的物料特點，綜述了食品3D打印過程中果蔬原料的關鍵處理技術，并展望了果蔬原料在食品3D打印領域中的發展趨勢，以期為果蔬原料在食品3D打印技術中的應用提供參考。

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，加工過程要符合食品安全標準。同時，由于食品原料自身組成復雜，各成分的物理化學性質差異等問題使食品3D打印在材料選擇上具有特殊性，也為3D打印技術在食品加工中的應用帶來挑戰。研究表明，用于食品3D打印的材料需要滿足3 個基本特性：打印性、適用性和后加工性。

2、果蔬原料在食品3D打印領域中的應用

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，設計三維虛擬模型;5)選擇合適的工藝方法，延長打印產品的貨架壽命。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打印配方的設計

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 歲的兒童設計了一種基于水果的創新性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)等營養素的復雜食品體系，可為兒童提供5%～10%的能量、鈣、鐵和VD;Azam等實現了富含VD的濃縮橙汁小麥淀粉共混物的打印。因此，有待開發打印性好、營養豐富和感官品質高的果蔬原料3D打印配方，以促進食品3D打印技術的發展。

制備3D打印用果蔬漿料的關鍵工序

添加抗褐變劑：褐變是果蔬加工過程中出現的普遍問題，能夠直接影響產品品質。在3D打印用果蔬漿料制作中，可通過添加抗褐變劑減少原料在搗碎和均質過程中的氧化，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。

搗碎或均質化：搗碎或均質化是果蔬原料形成均勻糊狀漿料，改善漿料流動性能的主要單元操作過程。在果蔬榨汁或制漿時，無論是原料單獨搗碎，還是混合后整體搗碎，都有可能殘留大顆粒，堵塞打印機噴嘴。為了避免噴嘴堵塞，需對漿料進行均質或進一步篩分，以減小漿料顆粒體積，便于材料打印。

除水增質：果蔬水分含量高是限制果蔬在食品3D打印領域應用的主要原因之一。降低果蔬材料含水量，適當提高果蔬材料的質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。通過控制水膠體的添加量，可以得到理想的食品打印材料。根據水膠體不同的固有性質(分子質量和官能團)，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，在食品工業中廣泛應用。然而，目前只有少數水膠體用于改善果蔬材料的3D打印質量。表1為水膠體在果蔬3D打印制品中的應用。

淀粉：淀粉在糊化過程中發生分子間相互作用，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、軟飲料、藥品等產品中作為膠凝劑已被廣泛應用，也可以用于結合小分子物質，提高活性物質的穩定性。作為果蔬來源物質，將其應用于果蔬食品3D打印具有更大的意義。

其他水膠體：Kim等通過測試比較了瓊脂、甲基纖維素、明膠、黃原膠、結冷膠和瓜爾膠等水凝膠對虛擬模型打印效果的影響，發現黃原膠對植物油墨中顆粒溶脹有抑制作用，而與植物粉末種類無關，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，且不會隨時間延長發生坍塌。此外，使用復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打印技術發展趨勢

近年來，以慢性病和退行性病變造成的人體機能退化直接影響人們的生活品質。預防慢性病、減緩退行性疾病的發生儼然已成為全社會努力的方向，同時也促進了人們對健康食品、營養食品的需求。而基于果蔬原料的食品3D打印技術，一方面能夠利用果蔬的營養學特性;另一方面，能夠針對個體的營養需求利用3D打印技術定制食品，這在很大程度上解決了膳食營養中提出的未病先治、營養精準攝入的問題。未來基于果蔬原料的食品3D打印技術的研究也必將進一步深入。基于果蔬原料的食品3D打印技術的發展特征及趨勢包括個性化營養食品、新型成型方式、利用果蔬加工廢棄物進行食品3D打印、食品彩色3D打印、人造果蔬5 個方面。

結語

本文對食品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鍵加工技術進行了綜述，有助于進一步將3D打印理論融入到食品加工領域。目前，基于果蔬原料的3D打印研究鮮少，定制化營養配方設計十分有限。但基于果蔬原料的食品3D打印技術在未來具有良好的發展潛力。今后可以從個性化營養食品、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展研究，以期開發新型的果蔬食品。