基于果蔬產品設計3D打印食品—機遇與挑戰(zhàn)

來源：食研私享

2022年2月，食品科學與技術雜志Journal of Food Science and Technology(IF：2.701)刊登了題為“Designing 3D printable food based on fruit and vegetable products—opportunities and challenges(基于果蔬產品設計3D打印食品——機遇與挑戰(zhàn))”的綜述性論文。

基于擠出的3D打印技術因其諸多優(yōu)點而成為應用最廣泛的技術。該文綜述了果蔬3D食品打印技術的最新進展，并對其前景進行了展望。文中介紹了室溫擠出、熔融沉積成型和凝膠成型三大類擠出3D打印技術以及近年來果蔬粉3D食品領域的研究進展?；谶@些結果，可以認為水果和蔬菜已經成功地用于制作3D甚至4D食品。然而，在預處理和后處理技術方面還有待進一步研究。功能食品也可以通過3D打印來開發(fā)，但在這方面也還需要更多的研究。

挑戰(zhàn)和未來展望
在過去幾年中，3D打印已廣泛用于各種食品制作。這項技術在定制食品、個性化營養(yǎng)和利用不同類型的食品成分方面提供了多種好處。盡管3D打印具有廣泛的優(yōu)勢，但該領域的研究仍處于起步階段，這一技術的局限性不容忽視。

水果和蔬菜為食物提供營養(yǎng)，但它們很難用于3D打印。需要更多的研究來打印這些材料，甚至未被充分利用的果蔬副產品也可以用3D打印來處理。
消費者對具有高營養(yǎng)價值和功能價值產品的需求迅速增長。但關于功能食品的3D打印研究還很少。

水果濃縮物或果粉可與維生素、多酚、益生菌、礦物質等多種生物活性物質結合，為有特殊要求的消費者設計食品。此外，益生菌微生物在水果產品中的成功適應具有很強的菌株依賴性。不同菌株的益生菌單獨或組合可用于制作益生菌水果基3D食品。益生菌在貯藏期間的活性研究也是今后的研究方向。

水果和蔬菜不能直接用于擠出打印，因此需要適當的預處理，如粉碎、凝膠化、制備面團等。這些預處理是常用的，但效率不高。因此，微波和超聲波等新的有效的預處理方法可以用于未來的研究。另外，對果蔬預處理過程中可能流失的營養(yǎng)物質的保存問題應進行更多的研究。由于對3D打印后處理的研究非常少，進一步的研究還應側重于采用新型干燥技術對3D打印物進行后處理，以提高結構穩(wěn)定性和滿足用戶需求。

4D食品打印尚未被用于研究目的。利用溫度、水、pH、水分等不同刺激因素的影響，可以制備出具有彩色或多材料印刷結構的智能材料。

大部分3D食品打印技術依賴于食品材料的流變和力學性能。打印參數在食品物料的擠出過程中也起著至關重要的作用，而打印參數隨食品油墨類型的不同而不同。因此，考慮到人類營養(yǎng)和食品安全，在食品材料方面的研究存在大量的機會。在3D打印食品上市之前，需要對其進行最大限度的優(yōu)化試驗。食物的構建過程應該加強以發(fā)展個人的創(chuàng)造力，也應該量化以獲得一致的生產結果。

食品3D打印技術下一個最大挑戰(zhàn)是配方的盜版問題。這種3D數字化技術需要考慮知識產權新政策和盜版行為，以防止對既定標準的任何濫用行為。另外，有限的打印速度也是3D打印商業(yè)化的一個主要問題，這限制了市場上的生產。

由于在3D打印機上進行嚴格的食品操作，印刷食品的保質期也是一個令人擔憂的問題。因此，食品安全是這項技術的一個主要挑戰(zhàn)。研究重點還應放在打印過程中和打印后的食品微生物數目和安全性上。4D打印已經作為3D打印的補充出現，是作為現有打印參數的一種改變形式而發(fā)展起來的。

圖1. 食品3D打印的主要步驟。

圖2. 具有20%、50%和80%填充水平的打印產品的視覺外觀(以及空氣油炸前后的填充結構)。山藥-PP1、山藥-PP2和山藥-PP3的質量比分別為10: 0、9: 1、8: 2和7: 3。PP：馬鈴薯加工副產品。

圖3. 從橫斷面和縱斷面圖觀察到的100%和70%填充水平的鑄造樣品和3D打印產品的微觀結構特征。橫斷面：放大倍數300×；縱斷面：放大160×。紅線代表層結構。

圖4. OC-WS和OC-WS-Gum混合物的3D打印樣品。

圖5. 不同馬鈴薯淀粉百分比(A: 10%，B: 12.5%，C: 15%，D: 17.5%，E: 20%)的3D打印檸檬汁凝膠產品的各種結構設計。

圖6. 不同配方的3D打印土豆泥隨時間的顏色變化。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s13197-022-05386-4