食品3D打印兴起，但依然充满挑战，限制发展的缘由在哪里？

2022-02-23 10:31:34  信息编号：K212459  浏览次数：123

3D 打印可以解锁食品中的定制质地、风味和营养成分，但成本、容量和可打印成分的缺乏目前阻碍了该技术占领市场。

美国俄勒冈州立大学(Oregon State University)教授罗伯特·麦戈林(Robert McGorrin)博士表示：“目前，3D打印食品的价格非常昂贵，而且对于大规模的食品生产来说不划算，成本和缓慢的生产速度是目前需要克服的主要障碍。”

食品3D打印的兴起

食品3D打印技术作为一种新兴的食品加工技术，集成了数字化和食品加工等多种技术，具有个性化、营养、安全、形状多样等优点，能够根据配方和营养成分的不同对食品进行优化，方便快捷制造出可满足不同人群需求的健康食品，如低糖、低盐和高维生素等。

2011年，3D打印技术的应用扩展到食品加工领域。英国研究人员开发出世界上第一台巧克力3D打印机，食物3D打印技术正式走入人们的视野，这也是食品3D打印机的雏形。

之后，西班牙的一家创业公司开发出名为Foodini的3D打印食品机，才完善了食品3D打印机的功能，并正式走向商业化路线。

2016年4月，全球第一家3D打印餐厅Food Ink在荷兰开业，餐厅从家具、餐具、装饰到实物，都由3D打印而成。这家餐厅使用的是3D打印机生产商Byflow开发的便捷式多材料3D打印机，通过它用鹰嘴豆泥、巧克力慕斯，豌豆泥、山羊奶酪或披萨面团为客户制作菜肴。

Colorcon Ventures公司指出，3D打印技术有潜力为消费者创造个性化营养。

前卫、养眼、限时、限量，这下子吊足了众人对“3D打印食品”的胃口，也引得国内外媒体竞相报道。发展至今，目前市面上已经有10多款工业级或桌面级的食品3D打印机，也有非常多的使用场景可以看到。

预计在2027年达到10.154亿美元

食品3D打印领域主要玩家：TNO, Choc Edge, Byflow, 3D Systems, Natural Machines, Barilla, Systems and Materials Research Corporation, Print2taste GmbH, Beehex 和 Candyfab 等。

根据市场研究和咨询公司Emergen Research的最新分析，全球3D食品打印市场规模预计到2027年将达到10.154亿美元，并在预测期内实现强劲的两位数复合年增长率(CAGR)。

图源：Emergen Research 图源：Emergen Research

推动市场增长的一些关键因素包括：与传统或工业生产过程相比，在使用3D打印时不会浪费食物，设计自由，无需工具，减少生产最终产品的时间，减少或降低库存以及在相同的准备工作中产生多种质构。

3D食品打印作为一种新颖的产品，在其进入市场初期就逐渐受到关注，由于能够根据口味，设计或特定要求定制食品，因此在最近的不断增长的消费者群体中，3D食品打印正迅速变得越来越受青睐。

与智能食品打印机相比，批量生产的工业食品需要添加额外的配料才能提供理想的营养价值，且安装成本较高。

另外，3D打印食品实际上是提高了消费者的营养水平，卫生且方便地在舒适的家庭厨房中打印新鲜、健康的食物。此外，使用3D食品打印机可以以最少的时间和精力提供最大的透明度。

3D食品打印技术的进步也导致了更高性价比的食品打印机的开发和生产，并且这些打印机正在被广泛地应用于餐厅，并有望在家用厨房得到进一步的推广。由于对特殊食物和饮食的迫切需求，或者由于医疗条件限制患者和个人的定制食物，预计医院的使用将继续增加。

3D打印机的原理

3D打印机的工作流程是，先读取电脑里预先做好的模型文件，然后让机械臂带动喷嘴运动，按照模型的样子，将喷嘴吐出的耗材由下至上层层垒高，直到全部完成。

食品打印机的材料仓和喷嘴合为一体，通过一边挤压、一边移动的方式进行“打印”。

首先，将食物绞碎、混合、浓缩成浆，制作成可食用的打印材料，将它装入到注射器中；材料会被加热成可成形的形状。

然后，根据创建并加载到打印机的数字文件或者由用户通过控制面板设计具有个性的造型，按下开启键，机器就会用某种柱塞或空气压缩机把熔化的食材进行挤压，通过喷头将它们层层叠加的方式“打印”出来。

使用的材料，包括各种食物，如蔬菜泥、面糊、饼干、奶酪和糖果，果冻、糖霜、巧克力和水果泥。其中巧克力为典型的可打印食材，并且国内外都做到了产业化生产。

此外，烘焙店也可以看到食品3D打印的踪迹，面包师往往会借助3D打印来制作可食用的蛋糕装饰品 。

与此同时，随着国内外植物人造肉的流行，3D打印人造肉也顺势而起。当前可以用来3D打印的蛋白类食品材料有豆类蛋白、菌蛋白、植物基人造肉等。

站在食品技术革命的风口浪尖

到目前为止，3D打印食品的研发过程一直充满挑战，因为与塑料和类似材料不同，食品的特性并不总是“线性”的，例如，微小的温度波动可以完全改变食品材料的流动方式。

Beehex公司提出的一种通用食品制造机器 (UFF)，该多功能系统可以将植物和培养肉脱水成粉末状食物，将它们储存在密封盒中以延长保质期（5 年以上），并在需要时使用盒中储存的食物通过3D打印制造食品。

哥伦比亚大学的研究人员表示，他们已经制作了一片芝士蛋糕，它具有“精致的内部结构”，并且会散发出波浪般的味道。此外，Redefine Meat 公司正试图通过 3D 打印用植物纤维再现牛排的结构、风味和质地。

2020 年，新加坡科技与设计大学的研究人员开发了 3D 打印乳制品成分。

限制发展的缘由在哪里？

然而，由于食品制造厂通常需要大规模运行以维持可承受的成本，因此仍然存在许多障碍。

目前，用于食品应用的 3D 打印机需要“相当大”的技术进步来克服成本和制造速度方面带来的困扰。

McGorrin 教授表示，与传统食品制造工艺相比，3D 打印的主要问题是生产速度、体积和制造成本以及设备成本。

他还强调，3D 打印机需要进行例行清洁和消毒，以确保未加工食品成分的残留堆积。这可能会破坏设备和生产线，导致微生物生长和食品安全风险。

“零食等食品需要以较低或可承受的成本零售，才能具有竞争力。3D打印只适用于零售成本非常高的昂贵食品。”他说，“例如，小批量的特殊产品——如定制的3D打印巧克力，甚至可以3D打印出蒙娜丽莎巧克力。”

其他的一些“个性化”“高端”应用，例如，Beehex公司2017年就已与 NASA 签订合同，开发太空披萨3D打印机；美国国防部也在研究制造 3D 打印营养棒，作为满足士兵在不同条件下需求的口粮。

显然，3D打印的成本将使其比传统食品制造方法缺乏竞争力，若以吃饱吃好作为目标，食品3D打印从业者们还任重道远。