3D食品打印技術(shù)及影響因素的研究進(jìn)展

韓 野,劉艷秋,孫廣仁,高志光,耿業(yè)業(yè)

(北華大學(xué)林學(xué)院,吉林吉林 132013)

3D打印技術(shù)按照“分層制造、逐層疊加”的制備原理,主要應(yīng)用于材料科學(xué),比如聚合物、金屬、陶瓷以及藥物制劑等[1]。近年來,3D打印在各個(gè)行業(yè)均速發(fā)展,從早起應(yīng)用于航天,發(fā)展到醫(yī)藥醫(yī)學(xué)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生物結(jié)構(gòu)、日常用品等生活配件領(lǐng)域[2]。3D食品打印在各地咖啡廳、飲吧、商場(chǎng)等場(chǎng)所慢慢的出現(xiàn),已顛覆以往模具制造的時(shí)代。奶茶上的個(gè)性化照片,形狀各異的巧克力、餅干,按個(gè)人喜好定制的生日蛋糕已經(jīng)與大眾消費(fèi)者接觸。3D打印的食品雖然花樣多,但是真正需求太少,難與傳統(tǒng)的食物抗衡,并沒有在市場(chǎng)站穩(wěn)腳步[3]。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)查,只有在廠家購(gòu)買3D食品打印機(jī),廠家才會(huì)提供食材配方。雖然食品材料來源眾多,但適合于3D打印且滿足風(fēng)味需求的食品材料少之又少[4]。

3D食品打印無需機(jī)械加工或模具,直接從電腦的圖形數(shù)據(jù)中生成食物形狀,縮短的食品研制的周期,降低成本。與傳統(tǒng)食品加工相比,其靈活性高,簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝,減少了加工過程中對(duì)環(huán)境的污染[5]。根據(jù)不同人所需的營(yíng)養(yǎng)比例,對(duì)物料進(jìn)行配置,可滿足不同人的需要。尤其是吞咽困難或不能正常進(jìn)食的病人,打印出的食物口感潤(rùn)滑,安全可靠[6]。食品個(gè)性化、適合個(gè)人飲食的膳食組合、使用、未使用或不使用的新原料,既能實(shí)現(xiàn)美感又能功能定制,同時(shí)又能開發(fā)出新穎的食品。3D食品打印可以與培養(yǎng)肉技術(shù)[7]結(jié)合,可3D打印人造肉。3D打印的人造肉與傳統(tǒng)畜牧業(yè)相比,消耗能源量少7%～45%,溫室氣體排放量少78%～96%,土地使用少99%,用水量少82%～96%。隨著規(guī)?；椭苽湓系葐栴}的攻克,3D打印培養(yǎng)肉的競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)越來越強(qiáng)[8]。

根據(jù)3D打印所用材料形態(tài)和成型技術(shù)原理,目前,國(guó)內(nèi)外已有20多種,其中廣泛應(yīng)用的成熟系統(tǒng)有熱熔擠出、選擇性激光燒結(jié)、粘結(jié)劑噴射、噴墨打印[9]。本文針對(duì)以上主要技術(shù),就3D打印技術(shù)原理、打印原料的選擇、打印過程中的影響因素進(jìn)行了綜述,并展望其發(fā)展。

1 3D食品打印技術(shù)概述

3D打印機(jī)是一種能夠快速打印原型產(chǎn)品的機(jī)器[10],3D打印技術(shù)又稱增材制造,其打印技術(shù)實(shí)際上是一種附加的制造方法,以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),通過激光裝置或者噴墨打印的方式快速制造復(fù)雜形狀的新型數(shù)字化成型技術(shù)[11]。

1.1 選擇性激光/熱風(fēng)燒結(jié)

選擇性激光/熱風(fēng)燒結(jié)是一種利用激光/熱風(fēng)選擇性地將粉末顆粒熔合在一起,最終形成三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其成型過程如圖1所示,激光/熱風(fēng)作為燒結(jié)源,掃描每一層表面的橫截面,熔凝粉末顆粒并形成固體層。在掃描每個(gè)截面后,在頂部覆蓋一層新的粉末。此過程將被重復(fù),直到完成所需的結(jié)構(gòu)。TNO公司利用激光燒結(jié)技術(shù)將糖融合在一起。此外,激光燒結(jié)技術(shù)還能將NesQuik powder(雀巢粉)——糖與脂肪的混合物融化以建立實(shí)體的三維物體[12]。燒結(jié)材料形成產(chǎn)品部分零件,而未燒結(jié)的粉末保持原來位置用以支撐結(jié)構(gòu)。CandyFab用選擇性的低速熱空氣流對(duì)糖進(jìn)行燒結(jié)和熔化[13]。

圖1 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)成型過程示意圖Fig.1 Shaping process diagram of selective laser sintering technology

這兩個(gè)燒結(jié)過程提供了在短時(shí)間內(nèi)快速制備復(fù)雜產(chǎn)品的方案,無需后處理,原材料的利用率高且與其他成型方法相比,能生產(chǎn)出硬度較強(qiáng)的立體食品。從理論上說,任何加熱后能夠形成粘結(jié)的食品粉末材料都可以作為原材料。但它們只適用于糖和脂肪基材料具有相對(duì)較低熔點(diǎn)的粉末原料。成品表面粗糙多孔,并受粉末顆粒大小及燒結(jié)原的限制,且打印過程中產(chǎn)生粉塵,污染環(huán)境。

1.2 熱熔擠壓/室溫?cái)D壓

熱熔擠壓,又稱熔融沉積模型(FDM),通過熔化固態(tài)或半固態(tài)原料從可移動(dòng)的FDM噴頭擠出,凝固,擠出后立即焊接在前一層上，其成型過程如圖2所示。食品工業(yè)中,擠壓技術(shù)自1930年以來一直被用于意大利面的生產(chǎn)。一種廣泛使用的將烹飪和擠壓結(jié)合在擠出炊具中的多功能技術(shù)[14]。研究員將熱熔巧克力作為打印物料,經(jīng)過進(jìn)一步開發(fā),打印出“數(shù)字巧克力”模型[15]。此項(xiàng)技術(shù)將半固態(tài)打印原料融化,利用壓縮空氣產(chǎn)生的壓力將原料從噴嘴擠出。一些可打印的材料,也可以在室溫下順利擠壓,擠出后立即凝固并焊接在上一層。Periard等用Fab@home 系統(tǒng)通過室溫?cái)D壓打印出蛋糕糖霜和奶酪[16]。食品材料由于需要符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)且每種食品的黏度、溫度等特性都有所不同,故適用于食品3D打印的原料種類不多,主要包括6大類:糖果類、烘焙食品、零食產(chǎn)品、水果和蔬菜類、肉制品、奶制品。

圖2 熱熔擠壓技術(shù)成型過程示意圖Fig.2 Diagram of forming process of hot melt extrusion technology

熱熔擠壓/溫室擠壓工藝干凈、簡(jiǎn)單、易于操作,可選用多種原材料,如各種色彩的配料且系統(tǒng)維護(hù)成本低。但成型速度較慢,原材料選擇受限條件多,加工時(shí)需要考慮后加工型。

1.3 粘結(jié)劑噴射

粘結(jié)劑噴射技術(shù),是將粉末層均勻地分布在制造平臺(tái)上,噴出液體粘結(jié)劑以結(jié)合兩個(gè)連續(xù)的粉末層，其成型過程如圖3所示。制造過程前,在粉末層噴涂一層細(xì)水霧,以穩(wěn)定粉末材料,最大限度地減少粘結(jié)劑造成的干擾,以制造定制的形狀。Sugar Lab公司用糖與不同口味的粘結(jié)劑為婚禮和其他特別活動(dòng)制作復(fù)雜的雕塑蛋糕,制作材料及工藝均符合食品安全要求[17]。

圖3 粘結(jié)劑噴射技術(shù)成型過程示意圖Fig.3 Diagram of forming process of binder injection technology

粘結(jié)劑噴射技術(shù)具有制造速度快、成本低的優(yōu)點(diǎn),且此技術(shù)可以用來制造復(fù)雜而精細(xì)的三維結(jié)構(gòu),具有通過改變粘結(jié)劑組合來產(chǎn)生彩色三維可食用物體的潛力。但是機(jī)械成本過高,結(jié)構(gòu)材料僅限于粉末材料,導(dǎo)致可食用粘結(jié)劑種類稀少影響了其在視頻領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,特別是傳統(tǒng)食品領(lǐng)域。

1.4 噴墨打印

此項(xiàng)技術(shù)在2001年由Grood等人研發(fā),被商業(yè)命名為FoodJet。噴墨食品打印按逐滴噴射的方式從注射器式噴頭中分配出一股墨滴,使用氣動(dòng)膜噴嘴噴口將墨滴沉積在比薩餅基材、餅干和蛋糕上。墨滴在重力之下,形成二維數(shù)字圖像,作為裝飾或表面填充在基材上。實(shí)現(xiàn)原理如圖4所示。典型的材料有:巧克力、液態(tài)面團(tuán)、糖霜、肉醬、奶酪、果醬、凝膠等[18]。

圖4 噴墨食品3D打印原理Fig.4 Principle of inkjet food 3D printing

目前最流行的應(yīng)用是個(gè)性化生日蛋糕裝飾,用可食用油墨定量噴墨在蛋糕上。這些油墨通常含有水作為溶劑食物著色劑。典型的可食用油墨成分包括水、乙醇、乙二醇或甘油作為溶劑和可食用著色劑?？墒秤糜湍性S多專利。一些可食用油墨配方被設(shè)計(jì)成增添視覺效果,但一些可食用油墨為食譜額外提供風(fēng)味[19]。希伯來大學(xué)和蒸汽咖啡文化有限公司研發(fā)了一種以咖啡為原料的食品油墨,主要成分包括咖啡、丙二醇、甘油[20]。申請(qǐng)專利的寶潔公司研發(fā)一種能夠增添食品風(fēng)味的可打印油墨,主要成分由卵磷脂、葡萄糖、檸檬汁、苦味抑制劑和調(diào)色劑以及溶劑組成[20]。Furuno等[22]研發(fā)了一種用于裝飾改變食品外觀的可食用油墨,主要成分包括65%水、23%乙醇、12%乙醇,12%甘油和6%梔子藍(lán)顏料組成的可食用油墨。

噴墨打印打印速度快,可實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn),同時(shí)可采用多個(gè)打印頭控制食材的堆積與分布,為食物提供多種顏色,增添食物的視覺效果。但一般處理低黏度物料,限制了噴墨打印在食品中的應(yīng)用。

2 3D打印原料特點(diǎn)

最初,3D技術(shù)是通過分層沉積非食品材料,如金屬、陶瓷和合成聚合物等來建立3D物體的。通常使用不符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)溶劑、極端溫度條件或不符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)的原料。因此,三維食品打印的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一就是使食品級(jí)原料與印刷工藝保持一致。

適印性:這一性質(zhì)取決于打印物料能夠通過打印設(shè)備進(jìn)行控制,物料黏度、流速、濕度、物料與機(jī)器之間的摩擦,粉末狀物體粒度、密度以及粉末狀顆粒之間產(chǎn)生的靜電都會(huì)對(duì)打印效果產(chǎn)生影響[23]。

適用性:3D食品打印技術(shù)因其構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)和紋理的能力而具有吸引力。此外,可根據(jù)不同人群制定合理的營(yíng)養(yǎng)餐譜與獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)結(jié)合時(shí),3D食品打印技術(shù)更受歡迎。

打印后處理:理想情況下,食物的三維結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠抵抗后處理,例如在烤箱中烘焙、浸泡或在沸水中烹飪或煎炸。在追求耐烹飪結(jié)構(gòu)的過程中,必須準(zhǔn)確選擇具有適當(dāng)理化、流變和機(jī)械性能的材料。

現(xiàn)有的3D打印原料可分為三大類:可打印原料、不可打印的傳統(tǒng)食品原料和替代原料。

2.1 可打印的原料

對(duì)于流體食物原料,需要具備適當(dāng)黏度與流變性;而粉末狀食物原料對(duì)于粒徑分布、體積密度潤(rùn)濕性具有很高的要求。同時(shí)可打印原料也要具備營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。在烘烤類食品中,美國(guó)康奈爾大學(xué)的科研人員運(yùn)用奶酪、巧克力和蛋糕糊等食材“墨水成功“打印”出小甜餅和蛋糕。西班牙Natural Machines公司發(fā)明了一款名為“Foodini”的 3D食物打印機(jī),能制作漢堡、比薩、意大利面和各類蛋糕等食物。福建省某食品有限公司利用3D打印技術(shù)做出色彩繽紛的個(gè)性化餅干,受到兒童和年輕女孩的喜愛,市場(chǎng)銷路非常好。水凝膠、蛋糕糖霜、奶酪、鷹嘴豆和巧克力可以順利地從打印機(jī)噴嘴中擠出并在重力的作用下保持形狀。最終產(chǎn)品是以不同的口味、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值呈現(xiàn)出來。例如,糖、淀粉和土豆泥的混合物被用作打印原料打印出糖牙沒有進(jìn)一步的后處理,其牙齒形狀足夠堅(jiān)固。而其他復(fù)合配方,如面粉和蛋白質(zhì)混合物打印后需要一個(gè)后煮過程,這將導(dǎo)致難以保留印刷形狀和結(jié)構(gòu)[24]。

2.2 不可打印的傳統(tǒng)原料

黏度、稠度和固化性能是判斷傳統(tǒng)食品材料的是否可打印的依據(jù),最具有代表性的打印原料是面團(tuán)。水果和蔬菜、肉、米飯,是人們每天主要消費(fèi)的,原料本身不具有可打印性。為了提高它們的可打印性能,在這些固體材料中加入了水膠體,用于許多烹調(diào)領(lǐng)域。盡管一些固體和半固態(tài)原料已經(jīng)可以印刷,但是都難以達(dá)到預(yù)期的打印效果。西班牙用類似肉纖維蛋白食材,通過3D食品打印機(jī)機(jī)打印出肉,目的在提高全球食品供應(yīng)能力,節(jié)約資源。使用類似的技術(shù),可以打印出牛排、雞腿等高仿真食品[25]。

2.3 替代原料

可替代原料要求食物原料具有一定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,同時(shí)具有適宜的流變性與黏度。與傳統(tǒng)的肉制品相比,昆蟲例如面包蟲、蟋蟀、甲蟲體內(nèi)的蛋白質(zhì)含量略高,3D食品印刷可以大大提高肉制品的美感[26]。從藻類、真菌、海藻、盧平和昆蟲中提取的替代成分是蛋白質(zhì)和纖維的新來源。在食品打印中引入替代成分將有助于開發(fā)更健康(例如低脂)食品產(chǎn)品。

圖5 掃描速度對(duì)孔隙率的影響Fig.5 The effect of scanning speed on porosity注:圖a～c表示掃描速度分別為:250、150和50 mm/s;圖d為掃描速度為50～250 mm/s時(shí)對(duì)孔隙率的影響。

3 3D打印過程影響因素

3.1 選擇性激光/熱風(fēng)燒結(jié)的影響因素

在選擇性燒結(jié)過程中,原料性能和工藝因素如激光能量密度、層厚、激光孔徑等對(duì)食品結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能都有影響。對(duì)于粉末燒結(jié)這一類別,粉末結(jié)合溫度發(fā)生在Tm/2和Tm之間[27]。圖5[27]顯示了在顯微鏡下不同激光掃描速度掃描后的樣品孔隙率是不同的,隨著掃面速度的降低,樣品的空隙率減小。激光掃描速度影響激光束與粉末相互作用時(shí)間,作用時(shí)間越長(zhǎng),能量傳遞速度越高,粉末能更好的熔化。相反,激光掃描速度越快,能量傳遞越少,打印的產(chǎn)品氣孔增多。然而過多的能量會(huì)使粉末熔化過多,導(dǎo)致打印出的產(chǎn)品尺寸不符[28]。Fred等[29]發(fā)現(xiàn)粉末層較厚,顆粒間的融合較少,導(dǎo)致密度降低,孔隙率較高;層厚越低,粘結(jié)性越強(qiáng),孔隙率越低。激光孔徑也是影響打印性能的另一個(gè)重要參數(shù)。大孔徑的激光光斑會(huì)掃描到先前掃描過的粉末上,這就導(dǎo)致技能能量分布不均,產(chǎn)生孔隙。同樣,熱風(fēng)燒結(jié)過程中,熱空氣的溫度、空氣流速對(duì)打印結(jié)果都有影響。為了防止對(duì)打印產(chǎn)品的污染,熱空氣還需要進(jìn)行消毒處理[30]。

3.2 熱熔擠壓/室溫?cái)D壓的影響因素

在擠壓打印過程中,稍高的水分含量有利于表面光滑。材料的黏度與溫度有關(guān),較低的溫度可以使擠壓出的物料快速凝固,較少流動(dòng)。物料黏度既要保證擠出性,又要確保擠出后能夠形成沉積層。此外,水膠體也可以作為3D打印食品原材料的輔助用料,通過水膠體改變物料的黏稠度及密度。Severini等[32],在果蔬混合物中加入1%的魚膠原蛋白以增加黏度,打印出金字塔形狀的食物并得出食物體積與打印流速與噴嘴口徑的關(guān)系公式。

體積mm3/s=π×(N/2)2×S×流量

其中:N是噴嘴直徑(mm)；S是打印速度(mm/s)。

在擠出打印過程中,物料流速、物料黏度、噴嘴口徑、噴嘴移動(dòng)速度、打印床高均對(duì)打印的產(chǎn)品有影響。Derossi等[33]發(fā)現(xiàn)材料的流動(dòng)對(duì)材料的主要尺寸和組織性能影響很大。低流量印刷時(shí),食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)不規(guī)則,長(zhǎng)絲間斷,孔隙率高。隨著流量的增加,由于細(xì)絲相互融合,樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)厚度增加,食品的孔隙率降低,尺寸和總體積增加。

噴嘴直徑、噴嘴高度、擠出速率和噴嘴運(yùn)動(dòng)速度等工藝參數(shù)也是影響印刷結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。Hao等[34]關(guān)于3D打印巧克力的研究表明,噴嘴頂端與平臺(tái)之間的距離對(duì)打印產(chǎn)品重要的影響,并建立了相應(yīng)的方程。確定臨界噴嘴高度。

其中:hc是噴嘴的臨界高度(m);Vd是流量(cm3/s);νn噴嘴移動(dòng)速度(mm/s);Dn噴嘴直徑(mm)。

圖6[35]顯示了hc高度與噴嘴直徑大小對(duì)打印物體寬度的影響。當(dāng)hc小于dn時(shí),打印物體寬度大于dn,這是因?yàn)閿D出物不能自由通過噴嘴,導(dǎo)致比dn更寬的寬度。當(dāng)噴嘴高度高于hc時(shí),物料不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)指定位置,導(dǎo)致打印產(chǎn)品精度低。當(dāng)噴嘴高度低于hc時(shí),導(dǎo)致產(chǎn)品體積過大[35]。

圖6 使用不同噴嘴直徑(Dn) 和噴嘴與打印床之間高度(hc)的 3D打印形狀和線條及形狀Fig.6 3D Printed shapes and lines and shapes using different nozzle diameter(Dn)and height between nozzle and print bed(hc)注:(a)Dn=2.0 mm,hc=2.05 mm;(b)Dn=1.50 mm, hc=1.54 mm;(c)Dn=0.80 mm,hc=0.83 mm;(d)Dn=1.50 mm,hc=1.54 mm;(e)Dn=1.50 mm,hc=3.0 mm。

Khalil等[36]研究發(fā)現(xiàn)擠出速率和噴頭移動(dòng)速度對(duì)3D食品打印技術(shù)也有重要的影響,并確定臨界噴嘴移動(dòng)速度。

其中:νN為最佳噴嘴速度(mm/s),Q為物料流量(cm3/s),DN為噴嘴直徑。

結(jié)果表明,大于νN的噴嘴速度會(huì)導(dǎo)致比噴嘴直徑小的墨珠,而小于νN的噴嘴速度會(huì)導(dǎo)致材料珠比噴嘴更大的直徑。

Azam等[37]在研究橘子濃縮物的3D打印時(shí),通過添加淀粉作為增稠劑和粘合劑,證明了3D技術(shù)對(duì)高濕、自由流動(dòng)的橘子濃縮物的適用性。對(duì)于成功的3D食品印刷過程,物料必須具有合適的流動(dòng)特性以允許其擠壓并保持其3D印刷結(jié)構(gòu)。橘子濃縮物的3D印花最適宜的噴嘴直徑為1.5 mm,最適宜的3D印花條件為:床高(1.54±0.1) mm,擠出速率245 mm/s,噴嘴移動(dòng)速度35 mm/s。

Severini等[38]用面粉與黃蟲粉90∶10和80∶20的比例進(jìn)行混合制作3D打印原料,通過打印速度(30 mm/s),噴嘴移動(dòng)速度(50 mm/s)層高0.5 mm和噴嘴口徑0.84 mm的條件打印出的三維圓桶效果最佳。

3.3 粘接劑噴射打印影響因素

在粘結(jié)劑噴射過程中,原料的粒度分布、堆積密度、潤(rùn)濕性、流動(dòng)性以及層厚都對(duì)產(chǎn)品有影響。原料顆粒的中位粒徑在20～100 μm之間比較合適,相關(guān)研究表明,中位粒徑在30～100 μm的顆粒原料比細(xì)顆粒原料組成的模型機(jī)械強(qiáng)度更高。粉體的流動(dòng)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(dòng)性最好;粗顆粒比細(xì)顆粒流動(dòng)性好?？諝獾臐穸葧?huì)影響粉末的靜電力,從而影響粉末的流動(dòng)性[39]。層厚與打印產(chǎn)品的分辨率有關(guān),Chen等[40]發(fā)現(xiàn),層越薄,打印產(chǎn)品的分辨率越高。Reisn等[41]發(fā)現(xiàn)對(duì)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(yùn)動(dòng),準(zhǔn)確地降落在預(yù)定的位置上,并得出有關(guān)粘結(jié)劑噴射性的公式。

式中:Z代表粘結(jié)劑的噴射性;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)。

3.4 噴墨打印影響因素

在噴墨打印過程中,油墨與底物表面的粘合性、油墨黏度、流變性、印刷溫度、都會(huì)對(duì)打印過程產(chǎn)生影響。

油墨與底物與底物表面的粘合性直接影響圖案的分辨率與質(zhì)量。Mandery[42]將紫膠或聚膠粘合劑(1-乙烯基-2-吡咯烷酮)加入油墨中,增強(qiáng)與底物的粘合性,提高打印精度。低黏度的油墨更容易通過打印噴嘴,然而黏度過低的油墨不穩(wěn)定,使油墨在底物表面容易擴(kuò)散;黏度過高會(huì)導(dǎo)致泵發(fā)生空化現(xiàn)象。Shastry等[43]發(fā)現(xiàn)油墨黏度在2.8～6 mPa·s之間最為合適。高溫可加快油墨在底物表面的凝固速度。

4 展望

目前用于食品打印的材料種類并不多,且技術(shù)尚不成熟。由于打印材料需要預(yù)先粉碎或制成糊狀,打印出的產(chǎn)品在色、香、味上與傳統(tǒng)食品還有一定的差距,消費(fèi)者的接受度普遍不高。所以有必要開發(fā)新的食材新的配方來強(qiáng)化此工藝。同時(shí),食物設(shè)計(jì)過程在此之前,定制食品生產(chǎn)效率低,成本高,3D食品打印要想克服這些障礙,產(chǎn)品的生產(chǎn)要與客戶的需求同步,只有開發(fā)打印原料才能真正的滿足的人們的需要。此外3D食品打印技術(shù)應(yīng)該與傳統(tǒng)制造技術(shù)相輔相成,共同發(fā)展。就目前而言,3D食品打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)距離成熟階段還有很大的距離。3D食品打印技術(shù)仍然需要加強(qiáng)創(chuàng)新研究,對(duì)食品3D打印原料特性的研究,對(duì)于擠出型食品3D打印,通過研發(fā)食品3D打印原料輔助劑,改善原料的流動(dòng)性,研究物料的凝膠特性,提高打印產(chǎn)品的穩(wěn)定性;對(duì)于粉末凝結(jié)型食品3D打印,通過微膠囊技術(shù)來對(duì)粉體的粒徑進(jìn)行干預(yù)。開發(fā)精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)3D打印全流程智能化控制軟件,對(duì)食品3D打印程序進(jìn)行優(yōu)化,提高打印效率;改用新的熱加工方式,例如微波加熱、過熱蒸汽加熱等,縮短加熱熟化時(shí)間[38]。3D打印技術(shù)作為一項(xiàng)前沿制造技術(shù),將其應(yīng)用于食品加工,必將推動(dòng)傳統(tǒng)食品加工的變革。目前,我國(guó)食品3D打印研究尚處于初級(jí)階段,雖然有上述制約因素,但是相較于傳統(tǒng)食品加工,具有不可替代的優(yōu)勢(shì),如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化,減少原材料浪費(fèi),單位生產(chǎn)空間小,可進(jìn)行個(gè)性化定制等。同時(shí),需要不斷加大科研投入,完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的制定,擴(kuò)大宣傳。相信在不久的將來,食品3D打印可以進(jìn)入千家萬戶,豐富人們的物質(zhì)生活。