摘要：食品3D打印技術是一種新興的數(shù)字化生產(chǎn)技術，通過3D打印可以設計并生產(chǎn)營養(yǎng)價值更高、感官品質更佳的新型食品。肉類是人類飲食結構中很重要的一部分，為人類提供各種營養(yǎng)素?；谌忸惣庸さ?D打印技術擁有很大的市場需求，具有很好的開發(fā)價值。本文簡單介紹了食品3D打印機的結構和原理，詳細論述了肉糜和培養(yǎng)肉的3D打印工藝，并介紹了影響肉糜和培養(yǎng)肉兩種肉制品3D打印工藝的關鍵參數(shù)以及后處理對產(chǎn)品品質的影響，展望了肉類3D打印技術的發(fā)展前景及趨勢，并對4D和5D打印的概念和應用進行了闡述，以期為食品的多維打印提供參考。

　　關鍵詞：肉類原料；3D打印技術；水膠體；后處理；培養(yǎng)肉

　　3D打印技術簡稱3D打印，是快速成型技術的一種，又稱增材制造技術。3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造三維物體的技術。隨著該技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)已被廣泛應用在航空航天、制藥、軍事、建筑、服裝、電子及食品領域。2007年，康奈爾大學首次在食品領域使用了3D打印技術，為3D打印在食品領域的應用打開了大門。目前，研究人員已開發(fā)出了基于面團、巧克力、奶酪、肉凝膠、可食昆蟲、馬鈴薯等原料的3D打印食品。

　　3D打印相對于傳統(tǒng)加工具有潛在優(yōu)勢，在個性化餐飲生產(chǎn)和定制食品設計方面受到了全球的高度關注。很多老人及兒童有咀嚼和吞咽問題，主要通過“糊狀食物”來獲取營養(yǎng)，這種糊狀食物不僅外觀吸引力低，還會降低食欲。采用3D打印可為老年人及兒童提供柔軟且新穎的食品，同時可通過改變糊狀食品的營養(yǎng)結構（如脂肪、蛋白、纖維素、維生素、植物化學素等）來提供均衡營養(yǎng)。軍用及航空領域也可以在惡劣的條件下（戰(zhàn)場或太空）使用不同類型的食品成分，通過3D打印技術在特定的包裝中按需制作各種食品。另一方面，加快食品科技創(chuàng)新是食品工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的根本出路。3D打印作為一種加工方式受到了食品工業(yè)的廣泛關注。3D打印可取代多步驟生產(chǎn)過程，降低成本、提高效率、減少對環(huán)境的污染。3D打印技術現(xiàn)已應用在多種食物的生產(chǎn)過程中，為食品的工業(yè)生產(chǎn)提供了更多的參考和選擇。

　　肉類是人類日常飲食中重要的組成部分，可以提供人體必需的營養(yǎng)與熱量。肉類的蛋白質含量豐富，且是優(yōu)質蛋白，其必需氨基酸比例接近人體需要，易于消化吸收。此外肉類還能補充VA、VB1、VB2、尼克酸、無機鹽等營養(yǎng)成分。肉類不僅營養(yǎng)豐富，經(jīng)常吃肉還可使大腦靈活、提高免疫力、緩解疲勞和助增肌肉。所以，將肉類原料引入3D打印領域可以滿足更多人的需求，也為食品3D打印領域拓寬了原料范圍。本文簡介了食品3D打印機的結構和原理、肉糜和培養(yǎng)肉的3D打印工藝，詳細介紹了影響兩種打印工藝的關鍵參數(shù)以及后處理對產(chǎn)品品質的影響，最后展望了肉類3D打印的發(fā)展趨勢和技術升級方向，為肉類的3D打印提供參考。

　　1  食品3D打印機

　　食品3D打印機是一種能夠快速打印原型產(chǎn)品的機器。食品3D打印機系統(tǒng)主要是由計算機、3D打印控制系統(tǒng)、物料進給系統(tǒng)、驅動路徑電機系統(tǒng)、噴嘴電機系統(tǒng)及打印平臺這幾部分組成。食品3D打印機工作原理主要是以計算機輔助設計數(shù)學模型為基礎設計三維模型，然后通過三維軟件建立立體模型，隨后將建立的立體模型輸入到3D打印機系統(tǒng)內(nèi)，在3D打印機中設定操作參數(shù)，此時3D打印機將通過控制系統(tǒng)分別驅動打印頭擠出機電機和坐標電機，最后結合物料加工特性將物料按照設定的圖形打印在平臺上，3D打印機系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1  食品3D打印機結構圖

　　雖然如今食品3D打印機已經(jīng)得到廣泛開發(fā)且打印機種類較多，但其分類上的區(qū)別主要在于驅動路徑和打印方式兩個方面。食品3D打印的驅動路徑需通過坐標系實現(xiàn)，現(xiàn)應用的坐標系類型主要有圖2所示的笛卡爾坐標、三角坐標、極坐標和平面關節(jié)坐標4種形式。不同坐標形式3D打印機的明顯差別在于打印速度和打印精度兩方面。在選擇打印機的時候，需綜合考慮打印速度和打印精度的影響，選擇合適的坐標形式打印機。此外，食品3D打印機的最根本的區(qū)別就是打印方式，打印方式?jīng)Q定了打印機可打印的原材料類型?，F(xiàn)階段食品3D打印機的打印方式主要有4種，分別是選擇性燒結（激光燒結/熱風燒結）、擠出打印（熱熔擠出/室溫擠出/凝膠擠出）、黏結劑噴射和噴墨打印，其中應用最為廣泛的方法是熱熔擠出、室溫擠出和凝膠擠出，其擠出原理如圖3所示?；谖锪蠑D出的打印方式已經(jīng)在食品加工過程中被廣泛的應用，如熱熔擠出打印巧克力豆或巧克力粉等、室溫擠出打印土豆泥、餅干和肉醬等、凝膠擠出打印瓊脂和糖果等。

　　2  肉類原料在3D打印技術中的應用

　　經(jīng)過近些年的發(fā)展，3D食品打印技術已經(jīng)較為成熟，其在巧克力、果蔬、昆蟲蛋白及肉類領域都有較豐富的應用開發(fā)，其中技術難度最大的當屬于本身不具有打印性能的肉類和果蔬。肉類的打印可分為兩類，一類是以肉糜為原料的3D打印，另一類是人造培養(yǎng)肉的3D打印。肉糜在打印時受機械性能、參數(shù)設定、理化因素、流變學特性、感官性能等因素約束，使其不具備可打印性。因此，打印時需要借助穩(wěn)定劑、增稠劑、鹽和微生物谷氨酰胺轉胺酶（microbial transglutaminase，MTGase）等使肉類獲得可以打印的流變性質。Dick等研究了黃原膠和瓜爾豆膠單獨添加和復合添加對3D打印熟豬肉醬流變學、質構和微觀結構的影響，并發(fā)現(xiàn)加入水膠體的肉醬獲得了很好的流變性能、支撐力和打印性能。Wang Lin等開發(fā)了一種基于魚糜凝膠系統(tǒng)的新型3D打印食品，這也為肉類從不可打印到具備打印性提供了支持。此外，Liu等將3D打印技術與纖維狀肉類材料相結合，開發(fā)了多款可以使用纖維肉作為打印材料的3D食品打印機。該新型食品打印機改善了存儲容量、物料特性和物料類型的限制，大大提高了作業(yè)效率和生產(chǎn)率。以上研究結果表明肉糜在借助添加劑后是可以進行3D打印的。不過肉糜的3D打印受其自身特性的限制，打印方式主要還是基于擠壓，因為它在剪切力的作用下很容易從噴嘴中擠出，離開噴嘴后又能使其凝固，且凝固后依然可以保持打印結構不坍塌。圖4是肉糜成功進行3D打印的產(chǎn)品圖。

　　培養(yǎng)肉的3D打印既不同于肉糜的3D打印，也不同于單獨培養(yǎng)肉類，因為它既支持打印細胞生長增殖所需支架內(nèi)部的肌肉細胞和脂肪細胞，也支持打印細胞外基質的細胞。Gershlak等打印了一種具有細胞相容性的植物組織作為預血管化支架，并利用3D打印技術將人內(nèi)皮細胞打印在其內(nèi)表面，將心肌細胞黏附在植物支架的外表面進行組織培養(yǎng)，結果發(fā)現(xiàn)21d后細胞功能正常。這說明3D打印技術可將細胞按照需求精確地打印在支架平臺的不同位置來培養(yǎng)具有高度結構的肉。細胞和生物材料組成的生物墨水是打印過程的一個重要方面，因為它可以制造支架結構，在支架結構中肌肉纖維最終形成肉。在打印過程之后，通常使用提供營養(yǎng)運輸?shù)纳锓磻魇谷忸愡M一步成熟。相比之下，單獨培養(yǎng)的肉（沒有3D打?。┦峭ㄟ^增殖肌肉細胞并將它們附著在支架或載體上，然后轉移到帶有生長介質的合適的生物反應器中來生產(chǎn)的。這種方法不能像3D打印一樣生產(chǎn)像牛排這樣高度精密結構的肉。肉類打印已經(jīng)克服了本身不可打印和打印機不適配的問題。肉類的打印現(xiàn)已具備打印條件、滿足打印要求，不過高質量的打印技術依然需要去探索開發(fā)。接下來將從肉糜的3D打印工藝和培養(yǎng)肉的3D打印工藝兩方面來論述3D打印在肉品中的應用。

　　2.1  肉糜的3D打印工藝

　　肉糜的3D打印可使肉類食品營養(yǎng)更加均衡，外觀更加豐富，可增加消費者的食欲和食物本身的吸引力。但是到目前為止，肉糜3D打印的研究報道還較少。肉糜的3D打印首先是要選擇打印所需的各種肉類原料，如豬肉、牛肉和魚肉等，然后將肉塊中不易攪碎的結締組織和影響打印效果的脂肪剔除，剔除后將肉分成小塊置于絞肉機進行精細粉碎，隨后在粉碎好的肉糜中加入適合的添加劑使肉糜具有打印所需的流變和膠凝特性，最后將調(diào)制好的肉糜放入3D打印機的物料盒中進行3D打印。3D打印工藝最關鍵的問題就是增加肉糜的打印性和設置恰當?shù)拇蛴?shù)。圖5總結了肉糜3D打印的典型工藝流程。

　　2.1.1  配方設計及前處理

　　3D打印技術可以滿足不同消費者對肉類的需求，能夠根據(jù)個人喜好、營養(yǎng)需求和感官質量角度來設計打印配方。Lipton等將火雞肉泥和芹菜漿一起打印，用于豐富營養(yǎng)結構，所得打印產(chǎn)品既有火雞肉和芹菜的風味又有兩種原料豐富的營養(yǎng)成分。Dong Xiuping等以日本尖吻對蝦魚糜為3D打印材料，以MTGase為添加劑制作肉糜并進行3D打印，得到的打印產(chǎn)品形狀更豐富，食用更方便。Dick等以熟豬肉為打印原料，并在肉糊中添加了黃原膠和瓜爾豆膠的水膠體混合物來增強打印特性，從而為吞咽困難的人群打印易食食品。綜上，能夠根據(jù)個人需求和喜好調(diào)整打印配方是3D打印的優(yōu)勢。選定要打印的肉類之后，瘦肉原料需要剔除脂肪和不易攪碎的結締組織再進行分塊攪碎，單純的脂肪和培養(yǎng)肉塊則可以直接分成小塊攪碎，小肉塊攪碎時應多次通過絞肉機使其更均勻、顆粒更小。作為一種纖維材料，生肉需要被精細地粉碎成粒度可控的糊狀，以便通過噴嘴將其擠壓到微米級。粉碎程度將取決于要打印的產(chǎn)品的類型及其質地特性，顆粒過大可能會堵塞打印機噴嘴。之所以剔除結締組織和脂肪，一方面是為了避免結締組織粉碎不完全阻塞噴嘴；另一方面則是為了打印產(chǎn)品的美觀。

　　2.1.2  添加劑的應用

　　肉類本身是不具備打印性的，需要借助水膠體或輔助添加劑來滿足打印所需要的流變屬性和凝膠強度并獲得能夠同時支撐沉積過程和沉積后結構的能力。3D打印肉類在打印之前需要將肉攪碎成均勻的肉糜，而肉糜在加工過程中容易發(fā)生變色、微生物增殖和氧化反應等使肉質劣化。為了使肉的感官品質更佳，可在肉糜中科學合理地添加護色劑、發(fā)色劑、抗氧化劑、多價螯合劑和抑菌劑等來保障產(chǎn)品的品質，如添加硝酸鹽、亞硝酸鹽、抗壞血酸、磷酸鹽、山梨酸等。此外，肉與果蔬等打印材料不同，肉的絞碎有助于提取可溶性蛋白質，這些蛋白質與水、鹽和脂肪相互作用，形成乳狀物狀的可打印糊狀物。在肉糜中加入NaCl或磷酸鹽可以提取肌原纖維蛋白，肌原纖維蛋白在穩(wěn)定肉糜方面起著重要作用。Dick等在對牛肉進行3D打印時使用了1.5%（質量分數(shù)）的NaCl來穩(wěn)定肉糜，但由于未使用磷酸鹽，所以加大了NaCl的使用量。Wang Lin等研究了添加NaCl對3D打印用魚糜凝膠的流變特性、凝膠強度、持水性能、水分分布和微觀結構的影響，結果發(fā)現(xiàn)，加入NaCl有利于漿料及時從噴嘴流出，從而獲得黏性后沉積，以保持其形狀。鹽類的大量使用雖然可以對肉醬的穩(wěn)定起到一定作用，但也會對消費者的身體造成負擔，所以肉類3D打印的工藝也開始朝著減鹽的方向發(fā)展。MTGase是一種?；D移酶，能誘導肌球蛋白重鏈上賴氨酸殘基的ε-氨基和肌球蛋白重鏈上的谷氨酰胺殘基的γ-羧酰胺基團之間形成非二硫共價鍵，催化蛋白質多肽發(fā)生分子內(nèi)和分子間的共價交聯(lián)，提高肉糜的乳化性、乳化穩(wěn)定性、保水性、凝膠能力和打印性，從而可以部分替代鹽類。MTGase不僅可將碎肉黏接在一起，還可將非肉蛋白交聯(lián)到肉類蛋白上，明顯改善肉制品的口感、風味、組織結構和營養(yǎng)。Dong Xiuping等曾以日本尖吻對蝦魚糜為打印原料，以MTGase為添加劑進行3D打印。MTGase有效地改善了魚糜凝膠的3D打印性能、黏彈性、力學性能和微觀結構。Lipton等也曾將MTGase用于火雞的3D打印以提高打印性能。這說明鹽類和MTGase都可以與肉蛋白結合來穩(wěn)定肉糜從而提高打印性，但對于打印而言，MTGase與肉蛋白之間的共價交聯(lián)作用要優(yōu)于鹽和蛋白之間的鹽溶作用，所以MTGase可以代替部分鹽類的使用，為肉糜提供更好的乳化性、乳化穩(wěn)定性、保水性、凝膠能力和打印性。

　　在肉糜中加入鹽和MTGase等后，肉糜的流變性能、凝膠性能也還有待提高。肉糜還可以通過添加水膠體來提高打印性。水膠體又被叫作膠凝劑、穩(wěn)定劑和增稠劑，可以很好地提高肉醬的流變性和打印性。水膠體雖然種類繁多，但目前肉類3D打印用到的水膠體還較少。Tahergorabi等在魚糜中使用了海藻酸鈉和明膠作為水膠體來提高魚糜的穩(wěn)定性及凝膠性。Dick等在牛肉醬中加入了0.5%的瓜爾膠實現(xiàn)了瘦肉和脂肪的分層打印，還將黃原膠和瓜爾豆膠以單獨添加（質量分數(shù)0.36%）和復合添加（1∶1、7∶3、3∶7）的方式為吞咽困難的人群打印豬肉產(chǎn)品。以上實驗說明在肉醬中添加不同的食品親水膠體可以通過不同的結合機制來改善肉糜的流變和機械性能，從而提高其打印性和后處理活性。

　　2.2  培養(yǎng)肉的3D打印工藝

　　培養(yǎng)肉是在生物反應器中使用組織工程技術生產(chǎn)的肉，其外觀與傳統(tǒng)肉類相似。培養(yǎng)肉已經(jīng)成為全球食品工業(yè)的一項突破性技術，被認為是在不久的將來緩解嚴重的環(huán)境污染、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、全球公共健康和動物福利問題的潛在解決方案。盡管培養(yǎng)肉有望補充甚至取代傳統(tǒng)肉類，但在早期階段仍有許多技術問題需要解決。目前，培養(yǎng)肉產(chǎn)品口感過于松散，不能產(chǎn)生真正咀嚼的感覺。因此，迫切需要3D打印來重塑人造肉的結構，逼真地復制真肉緊湊而富有彈性的結構。培養(yǎng)肉的3D打印首先要選擇并獲取可以定向分化為各種肉類細胞的干細胞，然后利用3D打印機將細胞按照定制化的程序精準地打印在可食用的支撐結構中，最后在充滿營養(yǎng)的生物反應器內(nèi)將細胞原料培養(yǎng)成工程肉，其打印工藝如圖6所示。

　　2.2.1  原料細胞的預處理

　　培養(yǎng)肉所需的原材料主要是細胞、營養(yǎng)液和可食用支架。培養(yǎng)肉的細胞組成主要是脂肪細胞、肌細胞、內(nèi)皮細胞，所以只需要選擇能夠分化成上述細胞的干細胞即可。肌肉衛(wèi)星細胞和脂肪來源的干細胞是培養(yǎng)肉類應用的重要細胞來源。從活體中分離的肌肉衛(wèi)星細胞使用特定的細胞表面標記進行純化，可以轉化為肌纖維。同樣，從骨髓和脂肪組織中獲得的干細胞可以分化為成骨、軟骨或脂細胞系。選擇好培養(yǎng)肉所需的細胞原料后，還需要注意的就是可食用支架了。用于培養(yǎng)肉發(fā)育的肌肉衛(wèi)星細胞和其他主要細胞都是貼壁細胞，所以需要支架用于細胞黏附。用于培養(yǎng)生產(chǎn)的支架必須具有生物活性、細胞相容性、較大的表面積、可靈活收縮和最大限度的營養(yǎng)物質擴散和溶劑循環(huán)特性，以支持組織成熟，并且被消化/分離后可以食用而不顯示毒性和過敏反應。Narayanan等使用纖維素、海藻酸鹽和殼聚糖等制成了多孔材料并將材料在溫度或pH變化最小的情況下進行表面修飾，最后制成了用于培養(yǎng)肉培養(yǎng)的可食用支架。這說明選用結構特性合適的多糖和穩(wěn)定劑可以制成可食用支架，不過在制備技術上還需要大量的探索。

　　2.2.2  培養(yǎng)肉的3D打印

　　3D生物打印是一項基于組織工程的新技術，目前仍處于食品應用開發(fā)階段，目標是通過打印培養(yǎng)的干細胞來獲得生肉組織。3D生物打印的打印方式主要分為噴墨3D打印、微擠壓3D打印和激光輔助3D打印。噴墨3D打印是使用熱力、壓電力或電磁力以連續(xù)的方式分配生物墨滴；微擠壓3D打印是利用機械或氣動通過噴嘴連續(xù)分配生物墨水；激光輔助3D打印則是通過含有生物墨水的“色帶”引導激光脈沖，生物墨水和細胞懸浮在色帶的底部，當被激光脈沖蒸發(fā)時，會產(chǎn)生一個高壓氣泡，最終將離散的液滴推進到恰好位于色帶上方的接收基板上，不同3D生物打印具體原理如圖7所示。通過3D生物打印工藝可以精確地調(diào)節(jié)細胞比例、細胞位置，甚至特定類型的細胞密度。為了實現(xiàn)3D生物打印的培養(yǎng)肉，培養(yǎng)過程需要可食用材料的生物仿生支架來支持細胞的存活和生長。3D噴墨打印機按照軟件程序預設好的三維模型將細胞沉積到打印好的支撐結構中，然后融合并形成工程肉，并在生物反應器中對組織進行低頻刺激，以使肉類纖維成熟。3D生物打印有望在不影響肉質和肉樣輪廓的情況下實現(xiàn)培養(yǎng)肉的打印。最新的3D打印技術已經(jīng)能夠制造靈活的人造血管，并對人造肉的顆粒和韌性進行局部控制以更好地模擬真肉。

圖7  3D生物打印不同打印方式示意圖

　　影響肉類3 D打印的關鍵參數(shù)較多，打印墨水的自身性質就具有很高的參數(shù)要求，如打印材料的流變學性質、凝膠強度、熱凝固溫度等都會影響打印質量。肉糜作為打印墨水其黏度特性一般都隨剪切速率（0.1～100.0 s-1）的增加而降低，是具有剪切變稀行為的假塑性流體。對于肉糜來說，黏度越高，其交聯(lián)結構形成的越好，后沉積效果越好，但黏度過大，也會破壞凝膠形成的能力，降低打印準確性。除黏度之外，儲能模量（彈性或類固體特性）、損耗模量（黏性或類流體特性）以及損耗角正切也是影響打印的關鍵流變參數(shù)，可用來確定鹽、酶、水膠體的最佳添加量以及最佳加工溫度范圍。當儲能模量與損耗模量相當或儲能模量大時，即損耗角正切值不高于1時打印材料會表現(xiàn)出類似固體的行為，具有較好的自支撐能力，有利于打印。Dick等通過流變儀對豬油進行了溫度梯度實驗，發(fā)現(xiàn)當豬油溫度低于27.9℃時，其損耗角正切不高于1，此時的豬油有較強的自支撐能力。除流變性質外，凝膠強度也是魚糜類打印墨水極其重要的功能特性。鹽類和MTGase會使蛋白膨脹，從而增加蛋白質分子間的相互作用，增加魚糜的凝膠強度，凝膠強度的增加也增加了墨水的自支撐能力，從而提高打印質量。此外，最值得注意的一點就是添加了MTGase的墨水凝膠在打印后應在最佳熱凝固溫度和時間（40℃、60min）下熱處理，魚糜會被催化形成更多的共價鍵，進一步形成更強的凝膠。

　　3D肉類打印不僅受打印材料自身的理化性質影響，還受噴嘴溫度、噴嘴直徑、噴嘴高度、噴嘴移動速度、擠壓速率、填充百分比等工藝參數(shù)的影響。肉類打印不同于其他打印材料，肉糜本身屬于易腐食品，在打印過程中需要控制其打印溫度，應在整個進料系統(tǒng)、料斗、噴嘴和平臺本身以不間斷的方式進行溫度控制來抑制微生物的生長。培養(yǎng)肉的打印同樣要控制打印溫度來保持原料細胞的活性和完整性。此外，噴嘴的溫度還會影響配方的流動性，升高溫度會降低流體黏度；在噴嘴直徑方面，Wang Lin等在研究3D打印魚糜凝膠的打印變量中發(fā)現(xiàn)，噴嘴直徑越小，最終結構的尺寸分辨率和打印質量越高，然而過小的噴嘴尺寸（0.8mm和1.5mm）則會造成擠壓材料的長度和寬度不一致，導致模型質量不佳。最佳的噴嘴高度建議為噴嘴直徑的長度，當噴嘴高度大于最佳噴嘴高度時，可能會導致肉膏流的拖曳。噴嘴速度和擠壓速率要配合設置參數(shù)，參數(shù)設置不當也會造成肉膏流上的拖曳、欠沉積和過沉積，噴嘴速度同樣決定打印頭的移動速度，需要通過初步試驗或計算最佳噴嘴速度來調(diào)整。不同的填充百分比將影響打印結構內(nèi)部的沉積材料的總量，從而影響最終3D打印肉糜產(chǎn)品中的空隙率和后處理條件。例如，空隙率將決定特定程度熟肉的烹調(diào)條件，因為由于結構中保留的孔隙率越多，在烹調(diào)過程中發(fā)生的傳熱就越少，從而影響水分和脂肪的釋放，影響熟肉產(chǎn)品的質構。綜上可知，關鍵參數(shù)中的每一個參數(shù)都以單獨和/或組合的方式影響打印成品的精度和質量。一般說來，在3D打印肉類的過程中調(diào)整上述對幾何精度至關重要的參數(shù)時，還應考慮經(jīng)濟因素。例如，較低的打印速度和噴嘴直徑，以及較高的填充百分比，可能會導致較高的精度，但會延長打印時間，增加時間成本。

　　2.4  肉類3D打印的后處理

　　無論是肉糜還是培養(yǎng)肉的3D打印完成后都需要進一步的熱處理，如蒸、煮、煎、炸。后處理的方式主要取決于個人喜好和成品的性質。我們需要考慮打印產(chǎn)品承受烹飪操作的能力以及其是否會因為烹飪損失/收縮而失去3D打印的復雜設計和感官品質。Dick等研究了不同填充物密度（50%、75%、100%）和脂肪含量（結構內(nèi)0、1、2、3個脂肪層）對豬油3D印花肉制品熟制過程中后期物理變化和質構的影響。從生的和熟的樣品中收集數(shù)據(jù)，以確定烹飪損失、收縮率、保濕性、脂肪保留率、硬度、咀嚼性和凝聚力。結果發(fā)現(xiàn)其結構保持完整，填充物密度對保濕性、硬度和咀嚼性呈正相關，對收縮性和黏聚性呈負相關，脂肪含量與蒸煮損失、收縮性、黏聚性呈正相關，與脂肪保濕性、硬度、咀嚼性呈負相關。這說明后處理是影響打印肉品質的關鍵因素之一，產(chǎn)品必須考慮不同的后處理方式帶來的感官品質損失。為了降低或防止后加工帶來的食物品質的劣化，要選擇理化性能和流變性能穩(wěn)定的原料。

　　3  3D打印肉的發(fā)展前景及趨勢

　　現(xiàn)階段肉類打印一般都是單噴嘴和雙噴嘴擠出打印，這種打印方式僅限于原材料種類較少的打印。無論是肉類打印還是其他食品原料都應該探索更多的打印方式，打印出更多結構組成和均衡營養(yǎng)的食品，也應該開發(fā)更多的輔助技術去增加打印材料的可打印性。如將多種果蔬、輔助營養(yǎng)劑和肉類采用多噴嘴打印方式一同打印，增加營養(yǎng)攝入的均衡性，避免因兒童挑食造成的營養(yǎng)不良。

　　3.2  個性化打印

　　肉類打印的顏色較為單一，為了更好地吸引消費者，未來可開發(fā)多噴嘴打印方式將肉類和果蔬等一同打印增加其色彩豐富度，調(diào)動消費者食欲和購買欲。Zhao Haiming等考慮到3D食品打印的制作限制，提出了一種新的制作個性化可食用圖案的框架，采用數(shù)據(jù)驅動的方法對輸入圖像進行抽象處理；并提出了一種新的打印路徑優(yōu)化方法，用于生成3D食品打印的可打印路徑。這種方式主要根據(jù)調(diào)整打印噴嘴的大小來提高圖像打印質量。此研究還采用了基于深度優(yōu)先搜索的方法對打印圖案進行優(yōu)化提高了打印速度，將3D打印、食品定制和計算機圖形學相結合來制作個性化可食用圖案，如肖像照片、藝術素描等。

　　3.3  肉類加工廢棄物的再利用

　　目前肉類屠宰企業(yè)在屠宰和分割過程中往往產(chǎn)生很多碎肉和脂肪，這些碎瘦肉和脂肪的品質很好，市場價格低廉，但沒有得到有效的利用。此外肉類加工過程也會產(chǎn)生很多可食用的邊角料廢肉和內(nèi)臟，3D打印可以賦予這些碎肉、內(nèi)臟和脂肪新的呈現(xiàn)形式，如重組牛排、重組肉餅和多彩肝泥等。

　　3.4  3D打印肉與其他打印技術的結合

　　靜電紡絲能夠生產(chǎn)直徑在10～1000nm之間的薄固體聚合物鏈，它可以用于生物活性食品包裝。靜電紡絲可以生產(chǎn)大小和結構可控的食品原料，從而生產(chǎn)出更健康的食品（低脂肪和低鹽），它還能夠在多尺度下將非傳統(tǒng)食品原料塑造成吸引人的可食用結構。靜電紡絲和食品打印的集成可以提供一種可能的一體化解決方案來制造具有個性化營養(yǎng)的食品，即從材料中提取纖維或子成分，封裝營養(yǎng)物質，控制其分配體積，并構建營養(yǎng)物質可控釋放的食品結構。這種方式可以為口感愉悅的食品（例如肉類中的肌肉纖維）提供結構和質地。不過目前面臨的挑戰(zhàn)是在食品打印平臺上集成和操縱靜電紡絲過程。

　　微膠囊可以將礦物質、維生素、香料和精油包裝在另一種材料中，以屏蔽活性成分與周圍環(huán)境的影響。作為微膠囊的一種，電流體霧化已經(jīng)被納入生物打印機的設計中，以生產(chǎn)用于生物活性藥物輸送系統(tǒng)的雙壁微球。將這種技術集成到食品打印中可以通過使用多打印頭系統(tǒng)來實現(xiàn)，其中至少一個打印頭在制成的食品中產(chǎn)生和分配微膠囊。這將幫助易碎和敏感的材料在加工和包裝條件下存留下來，延長活性成分的保質期，并形成風味和顏色掩蔽，只有在消費者觸發(fā)時才會釋放。該方法簡化了目前功能性食品的生產(chǎn)工藝，提高了功能成分的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了調(diào)味品和營養(yǎng)素的控制釋放。

　　靜電紡絲和微膠囊的應用包括了提取纖維和封裝營養(yǎng)，從而為打印提供了額外的材料來源。這兩項技術還可以通過多打印頭平臺直接集成到食品3D打印過程中，以控制纖維和營養(yǎng)分配。這可能是一種潛在的按需制造食品的方式。

　　4  4D、5D打印技術

　　4D打印是最近被創(chuàng)造的術語，它起初是在3D打印的基礎上加了時間的概念而定義。但后來有了新的定義：一個3D打印結構被暴露于預定刺激下（如熱、水、光、pH值等），其功能、形狀、性能可隨時間發(fā)生變化。4D打印的打印材料一般為形狀記憶聚合物、形狀記憶合金、形狀記憶水凝膠等具有形狀記憶功能的材料。形狀記憶水凝膠是一種聚合物的自我適應性大分子互連網(wǎng)絡，其功能是捕獲和釋放水（提供刺激），通過收縮和膨脹促進結構的轉變。麻省理工學院研究人員開發(fā)了一種明膠薄片，它們在水中浸泡時會變成3D形狀。Gazal等生產(chǎn)了一種4D健康食品，其中組合了兩種3D打印凝膠——花青素-馬鈴薯淀粉凝膠和檸檬汁凝膠，花青素-馬鈴薯淀粉凝膠在噴灑不同的pH值溶液時改變顏色。Guo Jinhua等整合了納米級有機瓊脂糖纖維的凝膠油墨，并利用其熱可逆的變形能力，使打印的鯨魚和章魚造型更加生動。實質上食品3D打印也可以被認為是4D打印，因為成品在消費之前可能需要經(jīng)過烹飪或處理，而且在設計產(chǎn)品時需要考慮打印后的形狀和尺寸變化。

　　5D打印的術語是從機械領域發(fā)展而來的。5D打印可以被定義為五軸3D打印機，不是常規(guī)3D打印中使用的三軸打印機。五軸3D打印機從多個方向（x、y、z旋轉和平移運動）構建對象，從而產(chǎn)生比常規(guī)3D打印更堅固的部件。

　　5  結 語

　　本文主要介紹了肉糜和培養(yǎng)肉的3D打印工藝，有助于進一步將3D打印技術融入到肉品加工領域。綜合本文可知，肉糜的3D打印與培養(yǎng)肉的3D打印不同，肉糜的打印需要與鹽、MTGase和水膠體結合獲得打印所需的流變性能和凝膠性能以進行打印，而培養(yǎng)肉的打印則是將細胞定量且精準的沉積到可食用支架結構中進而融合成工程肉并在生物反應器中使肉類纖維成熟。兩種打印的原理雖然不同，但打印的精度和質量均由噴嘴溫度、噴嘴直徑、噴嘴高度、噴嘴移動速度、擠壓速率和填充百分比等工藝參數(shù)以單獨和/或組合的方式?jīng)Q定。無論是肉糜還是培養(yǎng)肉的打印產(chǎn)品都需要選擇對感官品質影響最小的后加工方式處理。目前，基于肉類原料的3D打印研究相對較少，但未來的發(fā)展?jié)摿薮??？梢岳?D打印技術合理地按需加工單一或多種肉類，也可以搭配果蔬形成組合原料，為特殊人群制定個性化營養(yǎng)食品。當然也期待真正的4D打印早日用于肉類原料，讓形狀記憶類打印材料賦予打印產(chǎn)品第二次“生命”。