基于果蔬產(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(shù)因其諸多優(yōu)點而成為應用最廣泛的技術(shù),。該文綜述了果蔬3D食品打印技術(shù)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(shù)以及近年來果蔬粉3D食品領域的研究進展。基于這些結(jié)果,，可以認為水果和蔬菜已經(jīng)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(shù)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(shù)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)等多種生物活性物質(zhì)結(jié)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(chǎn)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?shù)念A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(zhì)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(cè)重于采用新型干燥技術(shù)對3D打印物進行后處理,，以提高結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的智能材料。

大部分3D食品打印技術(shù)依賴于食品材料的流變和力學性能,。打印參數(shù)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(shù)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(gòu)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(chǎn)結(jié)果,。

食品3D打印技術(shù)下一個最大挑戰(zhàn)是配方的盜版問題,。這種3D數(shù)字化技術(shù)需要考慮知識產(chǎn)權(quán)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(chǎn),。

由于在3D打印機上進行嚴格的食品操作,，印刷食品的保質(zhì)期也是一個令人擔憂的問題。因此,，食品安全是這項技術(shù)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(shù)目和安全性上。4D打印已經(jīng)作為3D打印的補充出現(xiàn),，是作為現(xiàn)有打印參數(shù)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(chǎn)品的視覺外觀(以及空氣油炸前后的填充結(jié)構(gòu)),。山藥-PP1、山藥-PP2和山藥-PP3的質(zhì)量比分別為10: 0,、9: 1,、8: 2和7: 3。PP：馬鈴薯加工副產(chǎn)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(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)特征,。橫斷面：放大倍數(shù)300×,；縱斷面：放大160×。紅線代表層結(jié)構(gòu),。

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(chǎn)品的各種結(jié)構(gòu)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