3D打印技術在果蔬食品中的應用及研究進展

李 鳴， 馮 蕾， 李大婧

(1.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江 212013； 2.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京 210014)

3D打印技術也被稱為增材制造，通過軟件設計產品的程序，然后將粉末狀、液狀等可黏合材料分層制造、逐層疊加，打印成各種三維產品。3D打印技術是綜合計算機、精密傳動、數控技術和材料科學等技術知識的新型快速成型技術[1]。3D打印技術現在已經廣泛應用于航天科技、海軍艦艇、房屋建筑、醫學領域、生物技術以及食品行業等多個領域。3D打印技術首次應用于食品行業是由康奈爾大學的研究人員使用擠壓打印機進行的。對于食品行業來說，3D打印技術的應用有很大優勢，可以緩解資源消耗，節約生產成本，拓寬食品原料來源，還可以根據不同的人的特定需求設計獨特的健康食品，如病患、老人和小孩，根據個人的身體情況進行設計制作，還可以生產傳統食品生產無法實現的一些個性化食品[2]。隨著社會的發展，消費者對食品的要求越來越高，期望值也越來越高，3D打印技術的應用打開了食品領域的新大門。水果和蔬菜是人體日常攝入營養和能量的重要組成部分，為人體提供維生素、碳水化合物和礦物質等，食用水果和蔬菜還可以降低一些疾病的發生，如心血管疾病、退行性疾病[2]。因此，將3D打印技術應用于果蔬的打印，可以豐富材料的來源，還可以根據需求制定營養配方，滿足人們的特殊需求。本研究從3D打印技術種類、原料特性和影響因素等綜述以果蔬為原料的3D打印技術，并對其發展進行展望。

1 3D打印技術概述

1.1 技術原理

3D打印技術的原理是通過計算機軟件先設計出產品的程序，機器收到信息后，采用分層的加工方式一層一層地打印，然后逐層將無數的片層疊加在一起，形成一個立體的三維打印產品[3]。

1.2 技術種類

目前應用于食品行業領域的3D打印技術主要有噴墨打印、選擇性激光燒結、熱熔擠出和黏結劑噴射4種[4]。

1.2.1 噴墨打印 噴墨打印食品類似于注射器噴射，是利用氣動薄膜噴嘴將油墨逐滴噴射的方法打印在移動的物體上，多用于食品表面，如餅干、披薩和蛋糕進行填充和修飾，主要處理一些低黏度材料。噴墨打印有連續噴墨打印和點播打印2種，主要受溫度的影響。Furuno等研發出一種可食用油墨，用來修飾食品表面[5]。噴墨打印速度快，可以采用多個噴頭同時操作，為食品進行修飾，增添食物的視覺效果。大多數3D打印食品研究使用脫水和凍干食品進行擠壓打印，但一些果蔬作為原料時，凍干操作會使蔬菜和水果細胞壁受到破壞，導致維生素流失，因此失去營養價值[6]。將不適合脫水和凍干處理的果蔬制作成食品油墨進行噴墨打印，可以減少營養物質的流失。

1.2.2 選擇性激光燒結 選擇性激光燒結是以激光作為動力源，選擇性地將粉末一層一層熔合，制成三維物體技術。第1層完成熔合后，再覆蓋上1層新的粉末層，激光掃描新一層的橫截面，選擇燒結成型，重復此操作，直至完成一個3D物體。TNO公司利用激光燒結將糖和雀巢粉(NesQuik powder)融合在一起形成一款新的產品[7]。選擇性激光燒結可以在短時間內完成產品，且無需后續處理，逐層掃描燒結的方法可以改變產品每一層的成分，使食品富有更多營養成分和風味，但是此方法目前只適用于相對熔點較低的糖和脂肪粉末原料[8]。

1.2.3 熱熔擠出 熱熔擠出別稱熔融沉積成型，該技術是將固體原料熔化，通過打印機噴頭擠出，材料遇冷凝固，然后立即擠出，層層疊加最終成型。麻省理工學院的研究人員采用熱熔巧克力作為原料，打印出“數字巧克力”模型，進一步研發可以定制個性的巧克力[9]。熱熔擠出技術簡單易操作，但成型所需時間較長，且此技術制成的產品還需要后續加工處理，需要烹飪和擠出技術結合制備食品。Lee等將凍干菠菜粉分散在連續的水膠體基質中，開發出食品油墨系統，適用于熱熔擠出技術。熱熔擠出適合軟性材料的打印，如檸檬汁凝膠、果膠凝膠、土豆泥等[10]。

1.2.4 黏結劑噴射 黏結劑噴射技術是將原料粉末均勻分布在制造平臺上，黏結劑噴射在粉末層上，使其黏結在一起，送粉、鋪粉和黏結劑噴射3個操作重復多次進行，最終形成一個三維物體。Sugar Lab公司利用此方法將糖作為原料，在其中添加不同口味的黏結劑，制成婚禮和一些重要場合所需要的蛋糕[11]。黏結劑噴射技術的優點是成品速度快，原料成本低，但是設備成本高，成品表面粗糙，同樣需要后續加工處理[12]。

2 3D打印果蔬食品的研究現狀

2.1 材料

根據水果和蔬菜種類的不同，所含營養物質也各有不同。因此，維生素、糖和微量元素等的攝入量會存在差異。

2.1.1 凝膠型原料 果蔬中含量最高的是水，其次是糖。水果中可溶性糖的含量相對較高，而蔬菜中的纖維含量相對較高。碳水化合物的組成有單糖、雙糖和多糖，在選擇打印原料時，要注意不同糖的理化特性。在果蔬當中淀粉含量較高的有馬鈴薯、山藥和甘薯等薯類。對于水分和淀粉含量多的果蔬材料，需要添加水膠體改善材料的流變特性，將其制成凝膠狀進行打印加工。在擠出打印時，果蔬材料最常用到的是馬鈴薯凝膠、檸檬汁凝膠、芒果凝膠、甘薯凝膠等[2]。

2.1.2 油墨型原料 水果中蛋白質含量最高的是香蕉和獼猴桃，蔬菜中豆類的蛋白質含量最豐富。Pant等使用新鮮蔬菜為吞咽困難的患者制作3D打印食物[6]。將購買來的豌豆、胡蘿卜和白菜去皮、清洗，水煮后將水抽干，然后放入加工機器中徹底攪拌至糊狀，進行篩分，再測得蔬菜泥的水分含量，最后添加一定濃度的黏合劑制成打印所需的油墨。在打印過程中，pH值、壓力和較高的剪切速率對蛋白質打印也有影響，電荷濃度的改變、過高的壓力和較快的剪切速率均會導致非牛頓行為，從而影響打印效果[13]。

2.1.3 粉末狀原料 粉末狀原料對于其粒徑分布、密度、濕潤性和營養價值都有一定的要求。水果和蔬菜都屬于天然食品材料，水分是果蔬中最豐富的成分，西瓜、草莓、西紅柿的含水量可達90%以上，香蕉、馬鈴薯的含水量在80%以下，水分含量是最具影響3D食品打印的因素，對于水分含量高的果蔬原料，在不破壞其他營養成分的情況下，可以將其制成凍干粉，進行3D食品打印[14]。在面食類打印產品中，為了提高產品的營養價值，會加入大量蔬菜顆粒。Silva等將花椰菜粉加入淀粉面團中，提高面食的營養價值，然后將其用于3D打印制作食品[15]。

在利用水果和蔬菜作為材料進行3D食品打印時，要選擇新鮮的果蔬，而果蔬具有季節性和生物多樣性的重要特征，因此要根據氣候和環境條件選擇合適的果蔬。

2.2 食品種類

2.2.1 休閑食品 休閑食品主要是指人們閑暇、休息時所吃的食品。在3D食品打印方面，有人將水果和蔬菜混合，生產即食飲料，制成冷凍飲品[16]。將幾種水果和蔬菜與牛奶、酸奶、果汁等混合，最后加工制成漿狀[17]，在這個混合加工過程中，不僅考慮整體的營養含量也考慮到感官特性，尤其是在顏色和味道方面。Severini等采用3D打印的方法，根據營養含量，選擇水果和蔬菜，均衡配比，獲得“可打印的冰沙”[16]。英國的一家公司研發出一款使用分子球化工藝的“水果打印機”，原料采用果汁和海藻酸，打印前將兩者混合，制成混合物后滴加在氯化鈣溶液中，果汁混合液被裹上1層薄膜，再進行打印。雖然打印出來的產品不是真正意義上的水果，但和水果具有一樣的口感[17]。Derossi等以水果為基礎制作了一款水果零食，專為3～10歲的兒童提供[18]。Keerthana等利用3D食品打印技術，用蘑菇作為食品原料開發出一種富含纖維的零食[19]。張慜等將草莓與青檸檬、青檸檬與芒果、草莓與橙汁兩兩混合制成凝膠類濃縮果漿，采用雙噴頭打印機打印出不同的空間形狀和數量的夾心點心，使食品的味道更豐富，外觀效果更好[20]。隨著3D食品打印技術的不斷進步，糕點、餅干、巧克力等被成功打印，給休閑食品帶來更加多元化和個性化的發展(圖1)。

2.2.2 航空食品 隨著科學技術的進步以及空間技術的發展，宇航員將在太空中停留越來越長的時間。在太空停留期間，宇航員食品的供應也很重要，攜帶食品的保質期要夠長，還要盡量保持新鮮。3D打印技術使用簡便，打開了航空食品的新局面。3D打印機中的材料盒可以存放蛋白質、微量元素和調味劑等營養成分，可保存30年也不會出現食材變質和浪費的現象，從而為宇航員提供保質期更長久的食物[22]；且3D食品打印機不需要繁重的加工工藝，操作簡單、快捷，宇航員可以隨時自制新鮮的食物，在食用后也不會產生食品包裝垃圾[23]。除主食以外，果蔬是攝入營養成分最重要的食材，富含碳水化合物、維生素和微量元素等營養素，在進行3D食品打印時可以根據宇航員的口味和營養需求隨意搭配，為宇航員提供一個濃縮的廚房[24-25]。

2.2.3 其他 對于水果和蔬菜為原料的食品打印，為了使食材處于蔬菜泥或水果泥的狀態，需要添加一些物質使食材的水狀膠質濃度得到調整。還有一些重組食品，需要根據兒童和老年人的實際情況，如食品的硬度、韌度和脆度還有所需營養成分的要求，制作出符合特定需求的食品。章云等以米粉、桂圓和蕎麥粉為主要原料進行3D食品打印，原料低糖、低脂肪，桂圓中還含有大量對人體有益的營養元素，制作出的食品營養又健康[26]。張慜等以凍干玫瑰花和草莓碎屑為原料開發含益生菌的3D打印食品，在創新食品的同時增加食品的功能性[27]。吞咽障礙是老年人常見的現象，從老年人的正常營養供應和飲食吞咽安全2個角度出發，張慜等使用雙色馬鈴薯泥/紫薯泥進行3D打印，成品易于吞咽，質地柔軟且具有較好的爽滑性[28]。Lipyon等成功打印土耳其肉餅，打印出的肉餅形狀保持良好的立方體，內部的凝膠芹菜夾心也無露餡情況[29]。Phuhongsung等對大豆蛋白、南瓜和甜菜根的混合物進行了3D打印，研究出在不同pH值下食品的顏色、質地和風味變化，為生產新的健康3D打印食品提供了一個方向(圖2)[30]。

3 果蔬食品3D打印特性的影響因素

3.1 流變學特性

在食品打印過程中，材料的流變特性對于食品材料的印刷適性、不同打印層的結合以及支撐沉積層至關重要。在3D打印過程中，理想的食品原料要有合適的屈服應力、彈性模量和動態機械損耗切線值來保持打印形狀，還要具有相對較低的稠度指數和流動性指數，方便擠出[2]。動態機械損耗切線值小于1表示主要是彈性行為，大于1表示主要是黏性行為，較高的動態機械損耗切線值代表原料更多的類似流體；具有剪切減薄特性的假塑性流體是擠出型印刷的理想材料，低的流動特性指數表示較強的剪切稀化現象，施加剪切應力，黏度降低，因此容易被擠出[31]。

凝膠和淀粉等物質的添加可以改變材料的流變性，使其能夠成功打印。Liu等在馬鈴薯泥(MP)中添加不同濃度的馬鈴薯淀粉(PS)，然后進行打印，用混合流變儀測量流變特性，發現不含PS的MP混合物黏度低，得到的印刷品發生變形，且分辨率差；而添加2%PS的MP，損耗切線值隨之增加，具有適當的剪切應力和彈性模量，制備的印刷體表面光滑，有良好的分辨率[31-32]。Yang等以檸檬汁作為3D打印原料，研究馬鈴薯淀粉對檸檬汁凝膠的流變性能和力學性能的影響，發現檸檬凝膠的表觀黏度隨剪切速率增高而降低，說明檸檬凝膠為假塑性流體，剪切變稀，有利于擠出[21]?？梢?，淀粉含量高會使原料黏度較高；較小的損耗角正切值使漿液表現出較差的流動性，導致擠壓困難。當馬鈴薯淀粉含量添加到15%時，印刷體的表面紋理平滑，無壓縮變形。

3.2 微觀結構

3D食品打印過程中可能會發生材料的橫截面沉積，會影響3D打印結構本身的微觀結構和紋理?？紫堵屎蜌饪卓倲凳潜碚魑⒂^結構的2個最基本指標。與傳統工藝食品相比，3D打印食品的氣孔明顯較大，這可能是由打印速度與擠壓速率不平衡、食品配方在擠壓系統中被壓縮而造成的。打印材料粒徑的變化會引起流動性能的變化，材料的粒徑減小，表觀黏度和彈性模量提高，打印性能變好，孔隙分布就會變均勻，表面變光滑，微觀結構變有序[33]。

Derossi等發現，3D打印對微觀結構有明顯影響，如氣孔的尺寸、數量和形狀；還觀察到印刷運動的驅動受到氣孔位置的影響，對硬度、咀嚼性和黏結性都有顯著影響，材料微觀結構的差異會影響力學性能，印刷體的硬度、咀嚼性和黏度高于傳統食品[34]。Dankar等將馬鈴薯泥和4種添加劑混合，用掃描電子顯微鏡觀察不同樣品的微觀結構，發現含有卵磷脂的樣品與原本的樣品相似，有棉紗狀結構，產品表面光滑，氣孔細??；含海藻酸鹽的樣品引起了更多的折疊；而添加瓊脂和甘油的樣品產生了網狀結構，這種結構更加緊密[35]。因此，在樣品中加入瓊脂或海藻酸鹽可以使印刷體具有良好的穩定性。

3.3 水分狀態

大多數果蔬含水量高、黏度低，因此打印過程中會受到一定的限制。3D打印食品過程中采用低場核磁共振技術觀察樣品中水分子的運動特征，得到的曲線有3個峰，代表樣品中水分的3種狀態，即結合水、吸附水和自由水[36]，水的分布與材料的結構和流變性能密切相關。Liu等以馬鈴薯泥為材料，先測得不同配方MP的3D打印行為和流變性能，分析氫質子弛豫時間和相應的峰面積，再進行主成分分析，建立線性模型來預測馬鈴薯泥的流變參數，通過Fisher判別分析間接預測馬鈴薯泥的打印適應性[37]。楊帆對不同馬鈴薯淀粉含量的芒果濃漿凝膠體系中的水分狀態分布情況進行分析，發現隨著馬鈴薯淀粉含量的增加，樣品的凝膠強度逐漸增強，持水能力提高，因為馬鈴薯淀粉結合水分子的能力較強，可以提高印刷體的穩定性和支撐力[38]。Yang等分析不同淀粉添加量對檸檬凝膠流變性能的影響，并進行核磁共振分析，發現不同淀粉的樣品水分分布不同，當樣品中的水狀態主要是自由水和半結合水時，樣品具有一定的流動性和成型性，有利于擠出，同時保持打印后產品結構的穩定性[39]。

3.4 質構特性

食品的質構特性包括硬度、黏附性、彈性和內聚力等，食品的質地屬性與感官屬性有關，3D打印食品的最終產品為即食產品，質構特性對消費者的接受度方面有著重要影響。TPA質地分析又稱“二次咀嚼測試”，是通過儀器模仿人的咀嚼動作，將黏附性、咀嚼度和硬度等參數指標建立標準化的測量方法，其中硬度是試樣第1次壓縮到一定程度時所需的力，彈性是指試樣壓縮變形后再恢復的程度[26]，黏附性反映接觸面的附著能力，內聚力反映試樣內部組織的黏聚能力。Shi等分析添加蜂蠟油凝膠對馬鈴薯淀粉-蛋白質體系3D打印的影響，采用質構分析儀測定油凝膠的硬度、彈性和咀嚼性，發現蜂蠟用量為5%時，打印過程中因材料的硬度較低而發生坍塌；25%蜂蠟凝膠硬度高，常溫下不易打印擠出；蜂蠟用量在5%～25%之間時，油凝膠都有較好的硬度、黏附性和彈性，具有良好的結構支撐性能和擠出性能[40]。Yang等在研究檸檬汁凝膠食品3D打印材料并優化打印參數的同時，對檸檬汁凝膠進行質構分析[21]。在添加適量的淀粉后，檸檬汁凝膠的硬度、彈性、黏結性都有所提高，有利于擠出，使得打印產品的結構更加緊密，穩定性更強。

3.5 粒度大小

原料在進行3D打印操作之前，要對其進行加工處理，處理之后材料的粒度也是影響打印效果的因素之一。蔬菜和水果衍生物根據其固有的微觀結構顆粒的大小，表現出的流變性能具有獨特性。當采用干粉狀原料用于食品油墨配方制造時，決定分散粉末體積分數的重要參數就是顆粒大小，使其具有優越的打印性能。原料粒徑范圍不同對3D打印性能的影響也有所不同。Feng等分析粒徑分布對胡蘿卜果肉中類胡蘿卜素的釋放、理化性質和3D打印特性的影響，該試驗中胡蘿卜果肉粒徑范圍為500～1 000 μm，打印成品的穩定性、表觀黏度、流變特性和質構特性等隨著粒徑的減小均有所提高；漿狀原料的粒徑越小，其打印性能越好，孔徑分布越均勻，微觀結構越有序[33]。Lee等選用凍干菠菜粉作為原料，根據粉末的粒度來表征粉末的微觀結構，探究其對食品油墨打印性能的影響，材料混合物屬于分散體系，分散體系的流變性能依賴于顆粒的溶脹性，該試驗菠菜粉的粒徑范圍為50～400 μm，隨著粒徑的增大，凍干菠菜粉的孔隙率增大，儲存模量和損失模量增大，顯著影響了混合物的流變特性和打印性能[10]。

3.6 打印工藝

工藝參數如噴頭直徑、絲徑、擠出速率、噴頭移動速率和噴頭高度等，對打印產品的影響同樣至關重要。噴嘴高度是擠出噴頭尖端與頂層之間的距離。噴頭直徑是打印噴頭的直徑，直接決定打印后樣品的精度和表面的粗糙度。擠出速率和噴嘴移動速度同時影響3D打印，會改變單位時間內單位長度的基礎量。Yang等開發出基于檸檬汁凝膠系統的打印食品結構，分析打印參數對產品質量的影響，發現減小噴嘴直徑物體的分辨率會提高[21]。楊帆以芒果濃漿凝膠體系為原料對打印工藝參數進行優化研究，發現常溫下原料自身的黏度使得原料不具備可打印性，適當提高溫度可使原料更易于被擠壓，從而提高可打印性，樣品在30 ℃時具有最理想的黏彈性，打印產品的效果最佳[38]。Derossi等開發出一款3D打印水果零食，并發現使用高擠出速率時，印刷層的直徑會增加，而極低的擠出速率導致擠出壓力降低，導致打印的線條不一致[18]。

工藝參數要根據物料的具體情況作出適當調整。噴嘴直徑并非越小越好，物料的粒徑及均勻性、樣品的表觀黏度都是影響噴嘴直徑的因素；打印高度可以采用數學建模的方法計算出最佳的理論值；適當改變打印溫度有利于提高產品成型的質量等。

4 3D打印果蔬食品的問題

4.1 原料特性

最初3D打印技術應用中大多都是非食品材料，如金屬、陶瓷和合成高分子材料，通常是在有機溶劑和一些較極端的條件下進行的，但是這些都不符合國家食品安全標準[41]。因此，應用于食品打印原料首先要符合食品安全標準，這是3D打印在食品領域應用的挑戰之一[42]。Dankar等認為，可用于食品打印的相關原料應具備打印性、適用性、后續加工性等3個特性[43]。

果蔬屬于不可打印材料，其本身存在打印缺陷。如果蔬含水量較高，制成漿狀后流動性較強，在流變性能上不符合3D打印的要求；水果和蔬菜在加工過程中會引起褐變和氧化反應，從而影響原料的營養和感官特性；果蔬纖維含量高，在制漿后會有殘留顆粒，容易堵塞打印噴嘴。因此，使用果蔬原料進行3D打印時，需要通過添加其他物質來改變其特性進而完成打印。

4.2 前處理

4.2.1 搗碎或均質化 果蔬作為食品打印原料時，需要將其制成糊漿狀，這是主要單元操作之一。果蔬的纖維含量高，所以在搗碎制漿過程中會有殘留物，這些殘留物會堵塞噴嘴影響打印的進行[39]。因此，果蔬原料在制漿后再進行均質或過篩，顆粒的大小也會影響流變性能和打印性能，從而影響打印效果，均質過篩可以去除大顆粒殘留物，以避免堵塞情況的發生。Severini等使用分散機得到的漿料顆粒又小又均勻，是良好的打印材料[16]。

4.2.2 添加增稠劑和添加劑 果蔬作為原料進行3D食品打印的難度主要在于果蔬的水分含量高，原料在制成糊漿狀后，需要具有一定的黏彈性，即降低材料的水分含量，提高材料的質量比重來改善原料的流變性，增加黏度來滿足打印條件。改善果蔬材料流變性最常用的方法是添加增稠劑和添加劑，如淀粉、果膠、黃原膠、瓊脂等。淀粉已經作為增稠劑應用于馬鈴薯泥、濃縮草莓汁、檸檬汁、藍莓花青素粉末等；膠體應用于濃縮果汁、蔬菜粉、馬鈴薯泥等。Yang等發現，檸檬汁凝膠的流變性會根據不同的淀粉有不同的變化，馬鈴薯粉會使凝膠結合水的流動性增強；小麥淀粉會增加黏度[21]。Vancauwenberghe等用果膠溶液制作生物油墨，利用3D技術打印創新食品，與植物組織類似[44]。Cohen等添加水膠體在果蔬中用來改善材料的性能，最終得到形狀滿意的打印產品[45]。

4.2.3 添加抗氧化劑 選擇合適的水果和蔬菜后，進行破碎、壓榨處理，去除果皮和果核。一些果蔬在去除果皮后，果肉與空氣接觸會發生氧化和褐變現象；一些打印后的食品不能立即食用，需要后續的加工處理，在半成品保存過程中也可能發生褐變現象，影響食品的品質，為了防止這些反應的發生，可添加抗褐變劑保持原料的原有色彩?？箟难岷蜋幟仕崾浅Ｓ玫目寡趸瘎?，具體使用要根據原料的理化性質來選擇。Derossi等以香蕉為主要原料進行食品打印時，使用檸檬酸和抗壞血酸來抑制褐變反應[18]。

4.3 后處理技術

一些食品打印后不能立即食用，需要適當的后處理方法。打印產品的形狀穩定性可以通過物料的持水性預測，用于3D打印產品后處理的干燥方法有冷凍干燥、烘箱干燥和微波真空干燥[46]。Yang等采用微波真空干燥的方法對芒果汁3D打印凝膠進行后處理，比較不同干燥時間對產物風味、水分分布和質構的影響，發現芒果汁凝膠在微波真空干燥4 min下，凝膠體系致密，硬度最高、黏性最好，可以保持良好的穩定性，樣品形狀的精度也有所提高[47]。楊帆用儲存時間較長的即食的芒果濃漿凝膠進行打印，打印成品的形狀穩定性隨儲存時間的延長而降低，導致精確度降低。因此，對于儲藏期較長的即食類的芒果濃漿凝膠材料，建議儲存期為20 d以內[38]。張慜等利用濃縮果漿預后處理改善3D打印效果[48]?？刂品椒ㄓ?種：一是添加中性鹽，降低體系的水分活度，延長成品的保質期；二是添加馬鈴薯粉和紅薯粉，并進行蒸煮，最終得到可以即食的成品；三是冷凍干燥，將打印好的樣品再粉碎，重復打??；四是在表面涂膜，減小與空氣的接觸面積。

5 3D打印果蔬食品的機遇與展望

5.1 休閑食品的多元化發展

休閑食品是以糧油、果蔬、水產或特色農產品等為原料，經過加工而制成的非正餐食品，有色鮮味美、營養豐富、食用方便等特點，深受人們的喜愛。隨著食品加工技術的發展，休閑食品的加工工藝變得越來越多樣化，低溫真空油浴技術、烘烤技術和微波技術等現代技術層出不窮。水果和蔬菜也可以作為原料制作出豐富多樣的休閑食品[49]。3D打印技術在食品領域的應用，為休閑食品的加工工藝又提供了一種新的途徑，在口味和視覺上個性化制作，創新出與傳統休閑食品不同的產品，讓休閑食品變得更加多元化，進而提高對消費者的吸引力[50]。

5.2 膳食營養的個性化定制

碳水化合物、脂類、蛋白質、維生素、水和無機鹽是人體所需的六大營養素，人體每天通過合理膳食來獲取這些營養。個性化膳食是根據不同年齡段、不同身體需求和個人喜好定制的個性化營養配方[51]。通過使用3D打印技術，可以根據個人需要的營養成分的比例配制原料，制定合理的膳食食譜。對于糖尿病患者，可以上傳血糖數據，通過軟件計算得到每一餐的營養食譜，再發送到3D打印機進行打印制作[19]；對于吞咽和咀嚼有困難的老年人群，可以將食品原料液化制成凝膠狀再進行打印，成品不僅保持了食品本身的味道，也解決了咀嚼困難的問題，同時還能預防營養不均衡的問題[52]；對于有些挑食的小朋友而言，為了保證每天營養攝入均衡，可以通過3D打印將食物打印成形狀各異的食品，吸引小朋友的注意，提高其食欲，并促進其成長發育[53]。隨著3D打印技術的日趨成熟，通過改善果蔬原料的特性，根據人們的個性化需求，設計出新型的營養果蔬3D打印食品。

5.3 功能性食品的結構化拓展

功能性食品是指為需要調整身體某些功能的特定人群開發和制造的特殊營養食品。3D打印食品可以根據人們的需求來開發食品。張慜等利用玫瑰花粉和高糖水果開發含有益生菌的3D打印食品，玫瑰花可以抗氧化、延緩衰老等功效，高糖水果中的低聚糖作為益生元可以提高益生菌的存活率，進一步增加食品的功能性[27]。張慜等通過添加一種功能性糖改善高纖維面團體系成型及3D精確打印性能的方法，其主要成分為碳水化合物，含有豐富的膳食纖維，為人們提供能量[54]。功能性食品可以為人體提供營養，滿足饑餓，還可以減少營養不良的發生，改善人們的身心健康[55]。隨著人們健康意識的增強，功能性食品的需求會大幅度提高，利用3D打印技術研制功能性食品具有發展前景。

6 總結

果蔬中含有大量人體日常所需的營養物質，研究果蔬3D打印食品具有良好的發展前景。目前，以果蔬為原料的3D食品打印研究較少，由于果蔬原料自身的一些因素限制，應用尚未成熟。本研究對果蔬食品3D打印的方法、研究現狀、影響因素、原料特性和打印工藝進行總結，有助于3D打印技術在食品領域的應用，并促進休閑食品多元化、膳食營養個性化及功能食品結構化發展。