3D打印在食品中的運用

陳殊慧

（武漢理工大學藝術與設計學院，湖北武漢，430000）

引言

隨著科學技術的發(fā)展，3D打印技術漸漸被人們所熟悉。3D打印是快速成型技術的一種，是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術[1]。其實質是“激光快速成型技術”，或者叫做“增量技術”、“增材技術”。之所以通俗地稱其為“打印機”是參照了普通打印機的技術原理，因為分層加工的過程與噴墨打印機十分相似，這項技術也稱為3D立體打印技術[2]。自1986年美國的科學家Charles Hull開發(fā)了第一臺3D打印機以來，這項技術已經(jīng)有30年的發(fā)展歷史了，在這期間3D打印技術經(jīng)歷了從最初的萌芽到現(xiàn)在快速發(fā)展階段巨大的變化，在醫(yī)療、教育、汽車、船舶、家電、服裝、航空航天、工業(yè)設計、建筑工業(yè)、文物修復等領域的應用十分廣泛，帶動了多個領域里顛覆性的變化。近些年來，3D打印技術逐漸進入食品的領域，讓人們看到了3D打印技術與食品相結合所擦出的神奇的火花。

1 3D食品打印機

3D食品打印機是將3D打印技術和食品制造相結合而產(chǎn)生的一種機器，與普通3D打印機不同的地方在于它使用的不是墨盒，其打印材料是食物原材料和相關配料，所打印出來的東西不是一張一張的文件，而是真正可以吃的食物。這種機器主要由控制電腦、自動化食材注射器、輸送裝置等部分組成，機器會按照電腦中事先輸入儲存的食譜和使用者選中的立體形狀，通過注射器上的噴頭將食材均勻噴射出來，按照分層加工、堆疊成型的方式制作出立體的食物產(chǎn)品。使用者能夠自行決定所打印出來食品的形狀、體積、高度等，除了能作出扁平的餅干，還能完成巧克力塔，甚至能在食物上制作卡通人物造型。

據(jù)研究人員所示，3D食品打印會對發(fā)現(xiàn)并利用全新食材起到很大的幫助，簡單快捷的制作出非傳統(tǒng)的食品。隨著技術的不斷發(fā)展，食品打印的材料越來越豐富，食材既可以是生的，也可以是熟的，甚至是冰凍的，將這些食材攪碎、混合、濃縮成漿或糊狀。由于食材的不同，打印出的食品口感、營養(yǎng)程度也會各不相同。

2 3D打印食品為老年人解決難題

人類隨著年齡的不斷增長，身體的各項健康指標會逐漸下降，各個器官也逐漸老化，視力下降、牙齒脫落、手腳不靈便等狀況隨之而來，而社會的快速發(fā)展也讓人口老齡化這個無法避免的問題更加突出。這些狀況對生活中極其重要的一件事造成了不小的影響——吃飯。

人在吞咽食物之前需要將大塊的食物咀嚼成很細的狀態(tài)，這對于牙口不好甚至沒有牙齒的老年人來說是個非常麻煩的問題，據(jù)統(tǒng)計已有60%的老年人存在咀嚼和吞咽問題，他們每天都在與吞咽作著斗爭，而如果用3D打印技術制作食品將是這個問題最好的解決辦法。3D打印食品運用的材料都是將食材攪碎后制成的糊狀，一部分打印出來的食物還能夠達到“入口即化”的效果，在食用過程中省去了“咀嚼”這一過程，可以直接吞咽。目前市場上已經(jīng)有將食品原料液化并凝結成膠狀物再將其打印成各種食物的打印機。而且因為入口的食物顆粒很小，非常容易下咽，對于大多數(shù)老年人和部分有咀嚼困難或吞咽困難的人們來說，3D打印的食物是非常好的選擇。

另一方面，大多老年人視力下降，手腳也變得不靈便，讓他們下廚做飯其實也是一件不容易的事，而且還存在著不小的安全隱患，而一臺3D食品打印機就能解決這些問題。用3D食品打印機幫助這些老年人制作食物，他們只需要選擇事先輸入進打印機里的菜品，其他的烹飪過程都由3D打印機來完成，省時省力，沒有了安全隱患，而且制作出的食物美味又美觀。這不僅是對老年人，對于殘障人士或那些不會做飯、不想做飯的人來說，用3D食品打印機做飯也是非常好的選擇。

3 3D食品打印機的發(fā)展前景

通過對3D食品打印機的了解，可見3D打印技術在食品領域的發(fā)展空間是非常大的。直至目前為止，3D食品打印技術的發(fā)明對不少廚師而言，意味著他們有更多方式開發(fā)新式菜品，烹制個性美食。英國《每日郵報》的記者曾經(jīng)采訪過美國伊利諾伊州芝加哥市的莫托餐廳名廚坎圖，他利用3D食品打印機“打印”出了壽司，據(jù)他形容，用食品打印機制作食物能夠大幅度的減少從原料到成品的環(huán)節(jié)所需要的成本和時間，從而大大避免了加工、運輸、包裝以及其他環(huán)節(jié)中的那些不利影響，而且廚師還可以充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，借助食品打印機制作那些之前無法完成的菜品，研制個性美食，滿足那些挑剔食客的口味需要。

3D食品打印機制作食物的材料多種多樣，在打印時將原材料攪碎、混合成液態(tài)狀，而液化后的原材料的一大特點就是方便儲存，并且能夠高效率的利用你廚房的儲存空間，而且還能根據(jù)個人的喜好對食物的口味作出不同程度的調整。

隨著科技的不斷進步，在未來，3D打印技術將更加精密、更加智能、更加通用和便捷，而3D食品打印機也將因為體積更小，成本更加低廉，操作更加簡便等特點被更廣大的人群所接受。相信在未來，3D食品打印會在許多方面得到應用：

3.1 制作太空食品

如今人類的載人航天事業(yè)發(fā)展的十分迅速，越來越多的宇航員被送上太空，而宇航員在太空中工作停留的時間也越來越長。因為受到太空環(huán)境的限制，宇航員們的食物也受到了很大的限制，為了能讓在太空工作的宇航員吃到種類多樣、味道鮮美又營養(yǎng)豐富的食品，科學家們可沒在這上面少下功夫。雖然目前的太空食品大都能做到這幾個要求，但食品的制作工藝十分復雜，并且菜色早已固定。如果說能讓在太空生活的宇航員們自己選擇當天想吃的食物，相信這能給他們枯燥的太空生活增添了不少色彩。之前在2014年的時候美國就試著將設計制造的一臺零重力3D食品打印機通過宇宙飛船送到了國際空間站，并且在太空中零重力的條件下完成了首次打印。相信讓3D食品打印機進入太空為宇航員們制作食物也不會是太遙遠的夢想。

3.2 食品的“私人訂制”

人們在每個年齡段所需要的營養(yǎng)不同，每個人喜好的口味也不一樣。在未來，3D食品打印機通過對個人的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)個人每天所需求的多少，調整食譜中的營養(yǎng)比例，量身打印食物，做到吃飯“私人訂制”。還可以針對特殊人群打印具有特殊需求的食物，如糖尿病患者打印前上傳自己的血糖數(shù)據(jù)，用相應的軟件計算所需營養(yǎng)，制作菜譜，通過3D食品打印機打印出最適合患者的食物。或如肥胖癥患者和想減肥但又控制不了嘴的人，用3D食品打印機打出低熱量低脂肪的食物，既滿足了嘴，又控制了熱量。用這種方式就能夠更科學地預防或緩解糖尿病、肥胖癥和其他與飲食有關的病癥了。還有一些不喜歡吃飯或某種食物的孩子，不一定是他不餓，而是他不喜歡他眼前所擺放的食物或是食物的口味、形狀，那就把所需要的營養(yǎng)換一種方式呈現(xiàn)在孩子面前，這時候3D食品打印機就是最好的選擇。比如把米飯打印成零食的樣子；不喜歡吃青菜？那就把青菜和其他食物一起攪碎、混合，打印成孩子愛吃的東西，這樣就解決了長期困擾著廣大父母的一大難題。

3D食品打印技術的出現(xiàn)讓很多傳統(tǒng)烹飪過程簡化甚至消失，現(xiàn)代社會的生活節(jié)奏十分快，很多人為了節(jié)約“烹飪”這一階段的時間而選擇吃快餐，但快餐食品中有很大一部分因為油炸等其他烹飪方式被列為了“垃圾食品”，這種高熱量高脂肪的食物對人體的傷害不言而喻，即使是一個身體健康的人，長期食用這類食品同樣會危害到身體的健康。如果說用3D食品打印機制作食物，不僅可以節(jié)約烹飪所花費的大量時間，而且還可以根據(jù)食用者的個人情況搭配出最適合他的健康食物。因為不需要復雜的傳統(tǒng)烹飪過程，不用親自站在灶爐前拿著炒勺對著各種食材發(fā)愁，想吃什么，直接上網(wǎng)去下載相關的食譜，用食品打印機做出美味佳肴，或是按照醫(yī)生的建議，“打印”有益于身體健康的精致大餐，這種方式對于那些不會做飯和不想做飯的人來說可是一大福音。

除了單純的制作出食物，3D食品打印機還能幫你做一些漂亮活。例如有些人為追求浪漫的效果在求婚時將戒指藏在食物里，但有些食物會對金屬有些許的腐蝕性，或者在把戒指塞進食物里時會破壞食物原本的形狀，影響食物的美觀。但如果用3D食品打印機制作的話，在設計食物形狀時就給那枚戒指留好空間，選用不會傷害到戒指的食材，制作時就將其放入，這樣就解決了之前的所有問題。除了藏戒指，還可以幫你制作其它“夾心”類的食物，這些是傳統(tǒng)的制作手法所無法做到的。另外人們常說“如果你親眼看到你所吃到的食物是怎么被加工出來的話，也許你就再也不想去吃它了”，這是因為現(xiàn)在食品的生產(chǎn)過程中有了太多的工業(yè)化痕跡，但如果用3D食品打印技術，說不定還能緩解這一問題。

3.3 緩解食物危機

在市場上你所買到的水果蔬菜，個個都光鮮亮麗，長相誘人，但那些長得不好看或者老了的呢？大多是被當做垃圾扔掉或者制成了肥料。若回收這些用到3D打印食物上，那就可以減少許多的浪費。在這方面3D打印有著巨大的優(yōu)勢：3D食品打印機所用的食材多為粉末，將這些不好看的食物粉碎，就可以用另一種樣子回到人們的餐桌上。其次，若是將粉碎后的食物進行脫水處理，這樣就能夠避免食物在儲存或運輸?shù)倪^程中因腐壞變質造成的浪費了，而且還極大地延長了食品的保質期。3D打印食品可根據(jù)個人的需要進行打印，這樣也可以減少因吃不完而造成的浪費。另外3D打印食物所用的食材為粉末狀，那完全可以無視食材原本的形態(tài)。也就是說那些能食用卻因為口感不好的或者那些不被人們當做食物的東西都可以成為食材。這也擴大了食物來源。

美國3D打印機廠商系統(tǒng)與材料研究公司（SMRC）公司創(chuàng)始人安杰·考特拉托曾在接受采訪時表示，當全球人口達到120億的時候，人類食物來源的壓力將會大到一個驚人的程度，而他和很多經(jīng)濟學家都認為目前的食物系統(tǒng)將無法維持120億人的食物所需，因此人們必需改變對食物的認知。根據(jù)安杰·考特拉托的預測，當全球人口達到一定的數(shù)量后，食物來源的壓力會致使能夠吃到真正的肉類和蔬菜的只有那些非常富有的人，而其他人只有吃那些有著豐富營養(yǎng)的人工合成食物，也就是利用食品打印機打印出的食物。由于傳統(tǒng)食物的稀缺，屆時食品打印機中的原材料粉末可能是各種含有機分子的物質，例如來自藻類甚至昆蟲。美國現(xiàn)在已經(jīng)開始研究將昆蟲作為原材料用3D打印機打印食品來緩解全球食品危機的問題。

3.4 減少對動物的過量捕殺

人類對食物的需求從有過在滿足，對肉類更是如此，作為站在自然界食物鏈最頂端的人類，捕殺食用動物是理所當然的，但不滿足的過度捕殺卻會直接導致那些動物的滅絕。而運用3D技術打印肉類，進而減少人們過量捕殺動物則是緩解這種問題的好方法。例如用植物或植物和魚肉的混合物通過食品打印機打印出和魚肉一樣口感的合成肉，這樣既可以防止人們對某一片水域進行過度捕撈，也可以緩解在休漁期人們對魚肉需求量不足的情況。除了常見的肉類，運用3D食品打印技術還可以打印那些不常見或者因價格昂貴而享受不起的肉類，這樣還可以讓經(jīng)濟水平一般的普通家庭也能享受更多的食物。

4 3D打印技術目前的狀況

就目前的市場來看，3D食品打印技術所制作出的食品還并未被廣大消費者認知，目前這個產(chǎn)業(yè)給人們更多的感覺還是在概念階段，其主要原因還是在于3D打印的食品雖花樣名目繁多，但真正的需求太少，難以與傳統(tǒng)食物抗衡，并在主流市場站穩(wěn)腳跟。3D食品打印技術為一些特殊人群帶來了便利。例如沒有牙齒咀嚼、吞咽困難的人群和老年人，或是肥胖癥、糖尿病等患者，這類人群可以使用3D食品打印機制作出完全適合自己身體狀況且營養(yǎng)豐富、柔軟的合適的食物。這種為消費者個體定制食品也應該是3D食品打印技術目前發(fā)展的一個最主要的方向。

5 結束語

但除此之外的大部分普通人還是更能接受傳統(tǒng)的食物，對3D食品打印技術所打印出來的食物最多也就是一時的新奇。就目前3D食品打印技術的發(fā)展狀況而言，其打印設備最擅長的是制作一些形狀規(guī)則且材料均質的食品，比如像糖果、巧克力這類食品。而這類食品在市場上的需求原本就低于谷物、肉類、果蔬等食品，并且這類食品用3D食品打印技術制作大多數(shù)是用于特定目（如婚禮、生日等節(jié)日贈送的小禮物）而限量定制的，為的就是圖個新鮮感，之后也不會多次或大批量定制。除了新鮮感外，還有一個原因就是口感問題。收到目前技術的限制，3D食品打印技術所打印的食品原料都為粉末或漿糊狀，而打印出來的食品口感大多一樣。對于習慣了傳統(tǒng)食物，有著各種口感的人們來說，是很難長期食用下去的，驅使他們?nèi)コ缘膭恿σ簿椭挥凶畛醯暮闷嫘暮托迈r感了。

隨著技術的發(fā)展，相信以后打印出的食物口感和質地也會越來越多，這樣也就會有更多的人去接受3D食品打印技術所帶來的食物。

[1]3D打印[DB/OL].百度百科.

[2]你所不知道的“3D打印” [J/OL].人民網(wǎng).2012-9-17.

[3]王雪瑩.3D打印技術與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國高新技術企業(yè),2012,(26):3-5.

[4]王燦才.3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].絲網(wǎng)印刷,2012,(9):37-41.

[5]維基 百科 .“三維打印”詞條[EB/OL].[2013-05-20].