综述：果蔬3D打印策略概述：机理、改性、挑战与未来趋势
《Food Research International》：Overview of strategies for 3D printing of fruit and vegetables: Mechanism, modification, challenges and future trends
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时间：2025年11月05日
来源：Food Research International 8
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本综述系统阐述了果蔬材料在3D/4D食品打印领域的前沿进展，重点探讨了通过脱水、亲水胶体添加及淀粉改性等预处理手段提升材料打印适性（Printability）的机理，分析了流变特性（如屈服应力τ、流动指数n）、打印参数（如喷嘴几何形状、沉积速度）及后处理技术对产品品质的影响，并指出了在规模化生产、营养保留及多材料集成等领域面临的挑战与未来趋势。
引言
三维（3D）食品打印，亦称食品增材制造（Food Additive Manufacturing），是一种基于计算机辅助设计打印路径的技术。该技术通过将食品材料逐层沉积，构建出复杂的立体结构。最初应用于塑料、金属等合成材料的3D打印技术，如今正革命性地改变着果蔬类食品的定制化生产模式，尤其适用于制备具有个性化营养谱的食品。然而，由于天然果蔬基质流变性质不稳定、加工过程中营养素易降解、微生物污染风险以及高膳食纤维含量导致的喷嘴堵塞等问题，其打印适性面临严峻挑战。
果蔬的特性
果蔬作为人类膳食的重要组成部分，富含碳水化合物、维生素、矿物质、抗氧化剂及其他生物活性物质。然而，果蔬原料因其高水分含量、低粘度等特性，大多属于典型的非可打印材料。其主要缺陷包括：（1）流变性能差：高水分含量导致其难以维持打印后的结构形状；（2）加工过程中营养素易损失；（3）微生物繁殖带来的安全风险；（4）高纤维含量易引起喷嘴堵塞。因此，需要通过预处理和添加剂的引入来改善其打印性能。
流变特性
果蔬基打印墨水可被视为由果蔬颗粒分散在连续亲水胶体基质中所形成的复合体系。其流变性能由分散相（如果蔬颗粒）、连续相（如胶体网络结构）以及两相间的相互作用共同决定。关键流变参数如屈服应力（τ）、流动行为指数（n）和稠度系数（k）直接影响墨水的挤出行为和打印产品的尺寸精度。理想的打印墨水需具备良好的自支撑能力和适当的触变性，以确保沉积后结构的稳定性。
打印设备选择
在食品打印领域，多种3D打印技术已被应用，包括选择性激光烧结/热风烧结、热熔挤出/室温挤出、粘结剂喷射和喷墨打印等。其中，基于挤出的打印方法应用最为广泛。挤出过程是一个数字控制的机器人构建过程，喷嘴几何形状、挤出压力、沉积速度和层高等参数均显著影响最终产品的精度和质量。未来设备发展将侧重于提升对不同粘度、质构原料的兼容性，例如设计能自动调节挤出压力和速度的智能喷嘴，以减少堵塞和挤出不均现象。
果蔬基3D打印产品的后处理
打印完成后，样品表面可能存在缺陷，后处理操作有助于提高样品精度并维持形状稳定性。常见的后处理方法包括去除支撑结构、抛光、清洗等。对于果蔬基产品，后处理还需考虑特定品类的要求，例如通过温和干燥或热处理来保持营养和质构。后处理技术的优化将进一步拓展3D打印产品向4D打印（即在环境刺激下发生形状、颜色或风味等属性变化）的延伸应用。
果蔬基食品3D打印的趋势
随着人们对高钠、高脂、高糖、低果蔬摄入等膳食结构问题的日益关注，增加果蔬食品摄入量已成为改善公共健康的重要策略。利用3D打印技术，可以设计出满足不同人群营养需求的个性化食品，例如为糖尿病患者定制高膳食纤维、低糖的果蔬打印食品，或为儿童制作富含多种维生素和矿物质、外形可爱的定制化食品。多材料、多喷嘴打印技术的应用将实现多种果蔬材料与其他营养成分的同步打印，创造出营养与质构更多样的食品结构。
果蔬基3D打印产品的食品安全与监管要求
食品安全与监管是果蔬3D打印技术能否广泛应用的关键。目前的研究多集中于打印制备工艺，缺乏全面的安全性评估。未来需建立针对打印原料、加工过程及终产品的安全标准与风险评估体系，并完善相关法规，以保障消费者健康并促进行业规范发展。
未来的挑战与机遇
尽管果蔬材料在食品3D打印研究中已得到大量应用，该领域仍处于发展初期，仅有少数果蔬品种被成功用作打印材料。未来研究需重点关注：（1）提升低打印适性果蔬材料的加工适应性；（2）减少加工过程中的营养损失；（3）开发高效、安全的多材料集成技术；（4）解决规模化生产中的技术瓶颈；（5）建立健全的法规标准体系。随着技术进步和市场需求的增长，3D打印果蔬食品有望从实验室走向日常餐桌，为健康膳食提供创新解决方案。
结论
3D打印技术已成功应用于果蔬基食品的多样化制造。本文综述了用于3D打印的果蔬材料，依据营养差异对其进行了分类，总结了打印前的预处理方法及用于改善打印性能的添加剂（如亲水胶体、淀粉、蛋白质等），并探讨了打印参数、后处理技术及未来发展趋势。尽管在规模化生产、营养保留等方面仍存在挑战，但通过持续的研究与技术优化，果蔬材料在3D/4D食品打印领域具有广阔的应用前景。
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