3D打印技术在食品工业中的应用概述

朱天海

摘要：伴随着社会经济水平的不断提升，功能强化食品越来越受到人们的关注，但个性化食品配方对功能强化食品提出了更高的标准与要求，而运用3D食品打印技术可为个性化食品的研发提供前提保障。3D打印具有灵活、便捷、个性化的特点，在食品工业中得到较快发展，简述3D打印技术的原理，概述几种食品3D打印技术，并对可打印材料的特点进行分析，重点阐述了目前3D打印技术在食品领域中的应用，以期为食品3D打印技术的发展提供参考。

关键词：3D打印技术;食品工业;应用概述

引言

近年来，随着技术的不断成熟，3D打印技术开始在更多的领域中发挥作用，如航空航天、医药医学、产品设计以及日常用品等领域都出现了该技术的身影。与此同时，在咖啡厅、商场等地方也开始应用3D食品打印技术，其颠覆了传统模具制造的理念，可以满足人们的个性化需求。在应用的过程中，3D打印技术可以直接根据计算机中的图形数据生成食物形状，在不需要模具的情况下就可以加工食物，这不仅缩短了食品研制的周期，同时还有效降低了生产成本。

1①3D打印的原理。3D打印作为目前工业制造领域的前沿技术，集合了多种技术，包括分层制造技术、机械工程、数控技术、CAD、激光技术、逆向工程技术、材料科学等，可以直接、快速、自动、精确地将设计电子模型转变为具有定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种低成本而高效的实现手段。3D打印技术的基本原理是断层扫描的逆过程。断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印则是通过连续的物理层叠加，逐层增加。②3D打印的特点。相比于传统的打印技术与制造工艺，3D打印的特点集中体现在以下几个方面：首先，一次性完成打印，不需要反复的切割、磨削，简化了产品制作流程，缩短了生产周期。技术人员需要提前获取产品的三维坐标和结构特征，然后在计算机上利用特定的软件生成三维模型，最后由计算机控制3D打印机，完成产品的打印和制造，真正实现了“所见即所得”。其次，成本较低，尤其是在批量化生产方面，相比于传统的加工制造有更加显著的成本优势。从生产方式上来看，3D打印技术只需要前期获取产品的三维坐标和设计出产品的三维模型即可，剩下的工作全部由设备自动完成，只需要1个人即可完成，人工成本、时间成本较低。最后，产品的精密化程度更高，特别是在精密零件制造方面，利用3D打印所得产品的精确度可以达到0.01mm级别，并且支持32位色彩的彩色打印。

23D打印技术在食品工业中的应用概述

2.13D食品打印技术在肉制品中的应用

3D打印人造肉可实现人们对肉制品的各种需求，消费者对原料的搭配可以根据所需营养的比例，根据对肉制品的形态和质构的需求对3D模型进行调整。3D打印的肉制品，不仅可以是鱼、鸡等大众食物，还可以是高档紧缺的鱼翅菜系。这样既可以打印出适合于儿童、青少年、老人、孕妇和病人等所需要的营养科学美观又能产生食欲的肉制品，同时又能降低对环境的危害。不至于伤害海洋中的鲨鱼。在3D打印食材中添加食品添加剂可以实现对原材料属性、储藏和加工特性的改善。如LIPTON等研究发现，在扇贝肉泥和火鸡肉泥中添加转谷氨酰胺酶，打印成半球型，煮制后成品可达到期望的良好球面形状。该研究还表明在使用简单的添加剂和修改传统食谱之后可以打印复杂的几何形状，经过煮制后成型完好。此外还可以打印凝胶芹菜夹心的土耳其肉饼，肉饼形状保持立方体，且内部的凝胶夹心也完好保留并无露馅。

2.23D食品打印技术在冰激凌中的应用

冰激凌是一种半流固态冷冻甜品，口感细腻、香滑，与奶油相似，具有一定的塑性，也是3D食品打印的主要研究对象。保证冰激凌成功打印的首要条件是运用螺旋式挤出喷头，双向均速挤出原料的方式可以防止回流。冰激凌挤出装置的精度应该在1mm以下，冰激凌具有一定的粘度，若孔径过大，会使摩擦力增大，挤出困难，若孔径过小，影响打印速度。冰激凌的原料含有乳脂肪、非脂乳固体、甜味剂、固形物、稳定剂、乳化剂等成分，可通过控制稳定剂的配比使其黏度为120-140MPa·S。冰激凌的挤出过程与巧克力的类似，不同之处在于挤出的冰激凌原料需要在成型系统中快速冷却成型。

2.33D食品打印技术在航空制品中的应用

3D食品打印机设备体积小，便于携带，原料简易，可随意搭配，且碳水化合物、蛋白质及微量元素在粉末状态下保存可达三十年，这样宇航员就可以根据食谱的配方，利用3D食品打印机打印出新鲜又营养的美味食物，满足了宇航员的心理和生理需求，以及保障了宇航员的身体健康和工作效率，更好的辅助人类完成更具有挑战性的太空探索任务。食物打印最重要的优点，就是可以根据个人的喜好和需求定制食品——新的口味、质感和形状，以及独特的进食体验。美国航空航天局（NASA）和SMRC公司正在研究在太空中使用3D打印机打印食物。这将降低在太空中运输食品的难度。

2.43D食品打印技术在糖果中的应用

常见的打印糖果分为软糖跟硬糖。软糖是由淀粉糖浆为主要原料，以明胶、果胶等作为凝固剂，有利于糖果打印成型，且不用担心食品安全问题。在进行配制打印原料时，用卡拉糖等高粘度糖做原料时，糖浆浓度不能过高，否则后续添加的物料会受到限制，且不利于转移、挤出、成型;用明胶等低粘度糖做原料时，糖浆浓度需要大量添加，有利于成型、挤出，但不利于干燥，提高了生产成本。硬糖以白砂糖、果葡糖浆为主要原料，硬糖含水量较低，3D打印过程中温度控制比较困难，在生产中相对困难。

2.53D食品打印技术在肉制品中的应用

我國人口众多，对肉类产品的需求量大，在肉制品生产中应用3D打印技术可以满足人们对肉制品的多样化需求。在这个过程中，消费者可以根据自身所需要的营养比例来提高原料品质，根据自身对肉制品的形态和质构需求来对3D模型进行调整，从而打印出适应不同年龄段和不同人群所需要的肉制品，尤其是可以生产出儿童、病人、孕妇等特殊群体所需要的产品，在满足营养需求的同时增加他们的食欲。除此之外，3D打印人造肉还可以在原材料上实现创新，可以应用新的食材来加工成更为健康有营养的肉制品。例如，应用蛋白质丰富的昆虫和植物蛋白作为原材料，由此打印出的食物在未来可能会缓解粮食供应不足的问题，开辟一种粮食生产和食品来源的新途径。

结语

3D打印技术的应用对食品加工行业起到了推动作用，为食品生产与加工领域开辟出了一条新的道路，在甜点、肉制品以及航空食品的加工生产中发挥了重要的作用，能够解决食品供应问题、实现营养的合理搭配。从目前的发展现状来看，3D打印技术与传统食品加工行业是互补性的关系，虽然3D打印技术可以弥补传统食品加工技术的不足，但并没有成为食品加工行业的主流技术。在未来，3D打印技术与食品加工的关系将会越来越密切，也将会有越来越多的消费者可以接受、认可和喜爱3D打印食品。

参考文献

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