我們未來吃什麼？ 多年來，他們一直在發明新的方法來準備食物和物體，使問題難以回答。 而現在看來似乎很奇怪，雖然3D食品打印仍然是一個新領域，但已在其中取得很重要的進步，而這可能會帶來很大的變化。 -Tatiana Koutchma


加拿大農業和農業食品。 食品科學經驗。
來源: www.CarneTec.com

3D打印技術（3D）最初是發明來製造金屬，陶瓷和聚酯物體，並一步完成零件的完整結構製造。 如今，3D打印也已成功地應用於食品材料，並且即將以產品設計和開發中的定制技能徹底改變食品的製備，加工和製造。
3D打印的潛在應用不僅包括裝飾，複雜和幾何形狀，顏色，味道和精緻紋理等屬性，還包括定制營養。 使用簡單的配料，食品打印機可以根據個性化的營養需求配製產品，並可以提供潛在的解決方案，作為促進開發新食品的原型工具。 使用3D食品打印技術，可以在飯店和烹飪界實現更高水平的藝術能力。


-食品原料和3D打印-
共有三類可用的材料，包括天然形式的食品材料（蛋糕，奶酪，腐殖質和巧克力的糖霜或瀝青），傳統的不可印刷食品材料和替代成分。 在傳統食品的印刷測試中，已對它們的粘度，稠度和固化性能進行了評估。 根據進行的大量測試，最成功的印刷材料是意大利面麵團。 大米，肉類，水果和蔬菜等食物本來就無法印刷。 為了使其具有擠出能力，在許多烹飪領域中已經在這些固體材料中添加了水膠體。

商業和自行開發的食品印刷平台已用於印刷和實際生產食品。 典型的打印平台由X-Y-Z軸台，加料和燒結單元以及用戶界面組成。 3D打印有幾種不同的方法和技術：選擇性激光燒結和熱空氣，擠出熱熔材料或澆鑄沉積物，在室溫下擠出，噴射印刷和噴墨印刷。 這些過程中的大多數已經涉及以期望形式的材料的沉積或熔融，通常是熔融和固化所使用的材料。 借助計算機控制的進料系統，此類平台可以實時操縱食品製造。

必須製造的材料和產品的類型和特性決定了3D打印技術的適當類型。 這些技術按使用的材料類型分組：灰塵，半固體，液體或多孔結構。 基於農作物的系統已應用於肉類的生物印刷。

激光和熱空氣方法都可以用於燒結源中，以熔化粉末顆粒並形成固體層。 該方法僅適用於具有相對較低熔點的糖和脂肪基的材料。 在熱熔材料的擠出中，將聚合物，熔化的半固體食品從可移動的頭中擠出，擠出後幾乎立即固化，並焊接到產品的前幾層。 高溫擠壓法已被用於創造個性化的3D巧克力產品。 室溫下的擠出已用於某些可印刷的天然材料，例如奶酪，瀝青和腐殖質。

在噴射進料中，每個粉末層均勻地分佈在整個製造平台上，然後噴灑粘合劑液體以粘合兩個連續的粉末層。在製造之前，先噴水噴霧層，以穩定粉末材料，並使粘合劑分散造成的干擾降至最低。使用糖和不同的風味粘合劑，噴射印刷已被用於製造特殊事件的結構複雜的蛋糕。

根據要求，噴墨打印會將來自可注射式打印頭的一系列可食用墨滴沉積在不同的產品表面上。此類印刷已用於裝飾餅乾和蛋糕，製作糖果產品或填充表面。噴墨印刷易於自動化，適合批量生產，提供定制可能性，並且可以集成到現有生產線中。缺點是打印距離短（<1 cm）和油墨相容性問題，因為從理論上講每種食品都需要特定的油墨才能具有良好的印刷質量和油墨附著力。

生物印象最初已被用於構建組織，而不是基於生物材料的平台。該技術基於逐層生物材料和活細胞培養物的精確沉積。新鮮製備的多細胞聚集體（生物墨水膜）的液滴通過噴墨噴嘴沉積在兼容的支撐結構中。最終對像被轉移到具有特殊用途的生物反應器中，以進行維護和成熟。以這種方式印刷的“肉”可以滿足需求，並在素食界獲得認可。


-未來需求-
3D打印食品的潛在用途可以從三個層面考慮：為消費者生產的食品，小規模食品生產（商店，飯店，麵包店）和工業規模的食品生產。 3D打印技術的進步可以極大地改變和改善食品的生產和生產方式。任何物體都可以在計算機和設計軟件的幫助下進行掃描或設計，然後“切成”延遲層，然後可以進行印刷以形成三維產品。

已經進行了巨大的努力來處理合適的材料以進行印刷並改善其熱穩定性以進行進一步處理。因此，食品印刷中使用的配方必須與傳統配方略有不同。甚至包含眾所周知材料特性的成分也需要針對每種印刷應用進行調整。此外，食品安全問題極大地限制了涉及激光束，電子束和不安全食品添加劑的技術在食品印刷中的應用。需要開發經認證的用於食品印刷的打印機，該打印機易於清潔。 在3D食品打印中，出現的問題之一是它是否安全。根據專家的說法，安全性取決於所使用的設備。這必須是特定於食物的，因此應該易於清潔。如果不是這樣，則細菌污染的風險很高。

像其他生產系統一樣，出現的問題之一是系統中細菌的積累。人們認為，即使設計最好的打印機也可能在狹窄的空間內積聚食物，從而導致細菌滋生。在這方面清潔是必不可少的，因為清潔將取決於清潔，以避免形成任何食物殘渣。另外，所使用的成分必須具有一致性，以使系統可以完全消除它們。

採用3D打印作為工業食品加工方法的另一個限制因素是加工速度。整體而言，3D打印是一套緩慢的技術，通常需要數小時才能生產出大型形狀。在許多其他方面，將食品經驗與新印刷技術相結合的發展對於在食品上印刷或以工業規模印刷食品的能力至關重要。

參考書目：
- Sun, J. et al. 2015. An overview of 3D printing technologies for food fabrication. Food Bioprocess Technol., (2015) 8:1605-1615.
- Godol, F.C., Prakash, S., Bhandari, B.R. 3D printing technologies applied for food design: Status and prospects. Journal of Food Engineering (2016) 179: 44-54.