来源/FDL数食主张
作者/阿戳
在过去的几十年里，无数的高新技术接二连三般诞生，改变着人们生活的同时也创造出一个个奇迹，而3D打印便是其中之一。
它的应用范围从艺术、环境、建筑再覆盖到武器、医药，甚至乎太空，就在今年夏天美国佛罗里达州便成功发射出全球第一支全3D打印火箭。
图源：36氪
自然而然，用3D打印制成食品就更不在话下了。
近年来，3D食品打印在国内外的应用可谓是风生水起。FDL数食主张观察到，目前为止海外已经成功通过3D打印技术推出30多种不同的食品产品，种类囊括了糖果、烘焙食品、零食、果蔬，甚至部分肉制品与奶制品。
图源：FDL数食主张
据市场研究公司MARKETS and MARKETS预测，到2025年全球3D食品打印市场规模将达到4.25亿美元。在2018至2025年间，该市场复合年增长率（CAGR）也将高达54.75%。
而根据市场研究咨询公司Emergen Research的最新分析，预计到2027年全球3D食品打印市场规模将达到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。
说不定，在不久的将来，我们一日三餐都能吃上3D打印出来的食物。
如此，到底什么是3D食品打印呢？它的发展历程又是怎样的？当食品遇上3D打印究竟能碰撞出怎样的火花？能否为人们带来更多全新的可能性？本文，FDL数食主张将和大家一起来聊聊这个强大而有意思的“新奇玩意”。
一、3D食品打印，从上天说起
3D食品打印，即是利用积层制造（又称加法制造）的技术生产出食品的过程。而积层制造，说白了就是通过将物料逐层堆积，不需要造模也能制成一件实物，有助于减少制作工序，缩短制造周期，达到灵活而有效的生产。
大部分人将3D食品打印的起源归于2006年美国宇航局的一个太空食品研究项目，这个项目主要是计划将3D打印这项高新技术应用到宇航员的日常食物中。
可能是受此启发，同年在美国康奈尔大学，一群热衷于3D打印的机械系学生创造出第一台用于打印食物原料的3D打印机Fab@Home，它与RepRap（replicating rapid prototyper）被誉为引发了消费市场3D打印革命的世界上最早两台开源DIY 3D打印机，人们可以运用它印出包括巧克力、饼干面团、起司等食物。
图源：Google
当时，3D打印行业的发展受高成本与封闭性等原因被有所限制，Fab@Home的出现大大提升了3D打印技术的可及性与创新探索水平。
于是乎，从2007至2009年，位于美国加州的一个小型机械实验机构Evil Mad Scientist Laboratories就成功建造出三台DIY 3D打印机CandyFab 4000、5000和6000。据悉，CandyFab系列机器能够使用一种称为选择性热空气烧结和熔化 (SHASAM) 的新工艺，通过将糖粒与热空气一起熔化，从而在低成本下用纯糖打印出食品。
图源：candyfab
而到了2012年，由Choc Edge研发的Choc Creator 3D打印机也正式问世，这是第一台商业性的3D巧克力打印机。
Choc Edge的目标是通过集成最新的3D巧克力打印技术，彻底改变巧克力的创作和消费体验，使消费者能够获得前所未有的个性化、灵活化和自主创作的参与感。自推出Choc Creator 3D后，Choc Edge也一直在努力做出改进与提升，使其尽可能方便更多用户使用，并吸引更多对3D食品打印感兴趣但缺乏技术知识的人。
图源：Google
随着3D食品打印技术的逐步提升，人们开始尝试将它延伸到更多领域。
2013年，Modern Meadow公司首次采用3D打印技术成功生产出人造肉。遗憾的是，由于该企业效益不佳，后来从3D打印人造肉转做人造皮革。自此之后，3D打印肉陷入了一段无人问津的状态，直到2018年，植物肉概念的突然火热才重新将3D打印肉带回大众眼球。
2018年，巴塞罗那创业公司Novameat成功运用3D打印技术制成全球第一款不含肉但有肉口感的蔬菜排。据悉该公司的创始人Giuseppe Scionti是一位组织工程和生物医学专家，在加泰罗尼亚理工大学 (UPC) 工作了十多年，一直研究使用生物打印技术制造不同人体器官组织。
在他的一个项目中，他通过3D打印技术创造出人耳的原型。他很快意识到，如果3D打印机可以很好地模仿人体组织，换言之也能很好地生成一种与动物组织具有相同质地的肉类替代品。目前，Giuseppe Scionti已拥有模仿肉组织自然纹理的微应变专利，他使用的3D打印机也隶属于UPC的技术中心CIM Foundation。
图源：Google
二、当食物遇上3D打印
其实，3D食品打印与3D打印的运作原理是相同的，它会根据已创建并加载到打印设备的数字文件或者由用户通过控制面板设计出的各种具有个性的造型，运用某种柱塞或空气压缩把材料进行挤压，再通过喷头将材料以层层叠加的方式“打印”出来，即上述的积层制造。
只不过，区别于3D打印，它使用的原材料换成了各种经过绞碎、混合或浓缩成浆的食物。
目前，3D食品打印所用到的食材可以从组成成分的角度，大致归纳为五大类：碳水化合物、脂肪、蛋白质、膳食纤维以及功能成分，FDL数食主张选取了以下海内外代表性案例展开介绍：
图源：FDL数食主张
·碳水化合物：Barilla（意大利）
由于复杂形状的手工意大利面制作成本太高，耗时太长，使用传统机器也难以达到完美塑造。
因此，意大利面食品牌Barilla在2019年推出旗下3D食品打印机BluRhapsody。据悉，该机器能以意大利粉浆为原材料3D打印出复杂的面食形状。
BluRhapsody对外宣传了12种3D打印形状，包括蛤蜊状、海胆状、花瓶状等。而渴望个性化餐饮体验的厨师和消费者还能根据自己的喜好定制出更多不同尺寸、形状、颜色或口味的3D打印面食。
图源：Barilla
·脂肪：时印科技（中国）
中国3D食品打印机生产商时印科技旗下“盼打”品牌于2019年推出国内首款自助式3D巧克力打印机。据了解，这款自助式3D打印巧克力设备是世界上打印速度最快的3D巧克力打印机，消费者可以通过微信扫码选择自己喜欢的模型进行现场打印。据“盼打”的制造商杭州时印科技透露，目前已经在全国铺设了500多台设备，覆盖了科技馆、博物馆、游乐园等场所。
图源：盼打
·蛋白质：Redefine Meat（以色列）
以色列公司Redefine Meat推出的3D食品打印制成的“New-Meat”植物肉产品系列，包括6盎司汉堡包、香肠、"羊肉"串、碎牛肉和烤肉等。该系列产品均以植物蛋白为原材料，经3D打印取代细胞培养方法制成，打印速度高达为每小时10公斤。
2022年，Redefine Meat成功获得1.35亿美元融资。迄今为止，其总融资额已超过1.7亿美元。Redefine Meat的New-Meat产品已在以色列、荷兰、德国和英国的120多家餐厅中销售。
图源：Redefine Meat
·膳食纤维：新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)、新加坡科技与设计大学 (SUTD)和Khoo Teck Puat医院(KTPH)
由NTU Singapore、SUTD和KTPH组成的研究团队于2021年开发了一种可以从新鲜或冷冻蔬菜中提取“食品墨水”的新方法，比现有的工艺能更好地保存蔬菜的营养和风味。通常，蔬菜3D打印食品的油墨会由液态或半固态形式的糊状食材制成，然后通过喷嘴挤出进行打印，并逐层组装，但这种方法通常要添加较高比例的食品添加剂以稳定食材并实现更顺畅的打印，往往会降低成品的口味、质地或香气。
而该研究团队的新技术不仅更好地保留了蔬菜的营养，使成品更可口，同时有效促进食用者的膳食吸收，有利于身体健康。
图源：nutritioninsight
·功能成分：REM3DY Healthy（英国）
英国REM3DY Health公司旗下品牌Nourished将多种功能成分作为原料，进行3D食品打印，推出定制化的功能性软糖，旨在引领个性化的3D打印营养。
这款软糖是由七层不同营养成分组成，每一层成分均是由每个消费者根据个人营养需求定制，营养分析后台会帮助消费者有效避免不同成分之间会造成的负面作用。据悉，Nourished提供约40种营养成分选择，包括β-葡聚糖、辅酶Q10、5-HTP、叶酸等。
Nourished在成功打造专为成年人推出的这款功能性软糖后，计划推出儿童营养品。REM3DY Health也在2021年成功筹集1100万美元资金用于项目发展，目前估值为7160万美元。
图源：get-nourished
三、3D食品打印的未来
随着科技的不断进步，3D食品打印技术势必会朝着更加精密、更加智能、更加通用的方向发展，其应用范围与受众人群也将越来越广泛。
伯明翰大学的研究人员在针对食品3D打印范围有关的各种方法和材料发表的一篇论文，当中也评论道：“3D食品打印，是一个能提供娱乐体验、个性化食品及特定营养需求的广阔领域。”
因此，FDL数食主张结合海内外3D食品打印应用的创新案例，为大家总结出以下3个主要趋势方向，希望为食品饮料行业提供更多借鉴的经验和启发。
1、永不停歇：可持续
在2022年的今时今日，可持续这个话题仿佛已经是老生常谈了，连3D食品打印技术也不例外。
据新加坡科技与设计大学研究团队发现，将3D食品打印应用于藻类、植物及昆虫等替代蛋白或替代肉类的产品打造中，不仅能降低温室气体的排放量以及传统饲养的水土使用量，减少对动物的过量捕杀或捕捞，同时也能有效提高产品在味道、质地、外观及营养特性上的模仿度，使消费者更易接受。
·MeaTech
以色列初创公司MeaTech致力于在不需要屠宰动物的前提下，开发出打印真肉的技术。首先，他们会收集动物的脂肪及肌肉细胞，将其分离成生物墨水，并装入3D生物打印机。然后，这些3D打印单元中的细胞将被孵化，在较短的时间内有机生长和成熟为结构化的肉类组织。
通过这个方法，将极大地影响肉类行业的负面影响，减少为屠宰而饲养的动物数量及其伴随的甲烷排放、用水量、土壤污染、为生产放牧地而砍伐森林。
MeaTech认为，3D打印的肉块还可以用3D打印机进行特别定制，包括在肉中增加脂肪颗粒以增强风味，强化额外提供的营养；或降低胆固醇和脂肪以促进饮食健康；或用数字化渲染肉块以保持质量的一致性。另一方面，通过在临床实验室环境中3D打印出肉产品，能最大程度达到清洁要求，降低沙门氏菌和大肠杆菌污染的风险，消除农药、激素和抗生素的需求。
据悉，MeaTech已于2021年3月份成功IPO上市，到目前为止，他们能3D打印出一层薄薄的牛肉。而在今年的7月份，MeaTech的全资子公司Peace of Meat也对外宣布成功通过生物打印建立一个“稳定且独特”的禽类细胞系（avian cell line），且有着明确的升级路径，与真菌蛋白公司Enough合作，将其禽类脂肪和Enough的真菌蛋白相结合来开发混合型肉类替代品。
图源：MeaTech
·Insects Au Gratin
Insects Au Gratin是一个由伦敦南岸大学LSBU（London South Bank University）的Susana Soares、Andrew Forkes和Ken Spears博士参与合作项目，它将3D食品打印技术与探索食虫（食用昆虫作为食物）相结合。所有成品的原料均由干燥过的昆虫研磨成细粉再混合其他食品（如糖霜黄油、巧克力、香料和奶油奶酪）制成。
Susana Soares在接受外部访问时，就提到项目开展的初衷：“随着人口的增长，昆虫将成为解决一些食物问题的重要方法。”联合国粮食及农业组织也强调，到2050年的预测人口将稳定增长至90亿，这将迫使现有农业生态系统的粮食产量增加，从而对环境造成更大的压力。
而昆虫作为一种丰富的营养来源，其蛋白质含量与品质均与传统肉相当，膳食纤维含量则比传统肉高，与谷物相当。据悉，四只蟋蟀提供的钙与一大杯牛奶一样多，一只蜣螂的铁含量甚至比牛排还多。
由于直接将昆虫作为食用，其外观和味道可能会让许多人感到不安，所以3D食品打印应用就能更好地帮助消费者克服“吃昆虫”的传统审美问题，通过改变昆虫食物的呈现方式来提升消费者的接受度。
Ken Spears博士表示：“事实证明，使用昆虫蛋白作为“可打印”食材成功开辟了关于可持续性新原料的应用和问题，我们也将继续利用3D食品打印来鼓励人们考虑更多新的替代蛋白，为不断增长的全球人口创造可持续的食物来源。”
图源：lifegate
除此之外，随着人们对于循环利用的重视，升级回收食物垃圾在未来的可持续道路中也扮演着重要角色。
根据Trendhunter2022年趋势报告显示，食物升级循环已成为来年的重要趋势，其认为，升级回收不是丢弃生产过程中的食物废料，而是将这些废料转化为各种零食、代餐和宠物食品等食品。
而3D食品打印在食物“升级再造”的过程中就能起到巨大的作用。通过将可回收的食物垃圾粉碎与脱水处理后，根据产品需求进行3D食品打印，就能彻底无视食材原本的形态，让那些原本要丢弃的食物以全新的面貌回到人们的餐桌，从而大大降低食物浪费，有效解决粮食短缺的全球问题。
例如，在荷兰的Upprinting Food，这家公司将不需要的面包、水果和蔬菜等食物残渣制成果泥，用作食品3D打印机的“墨水”，然后将成品进行调味，烘焙和脱水成各色艺术小吃，所得到的产品松脆可口，更耐存放。而西班牙公司Natural Machines的 Foodini甚至可以利用3D打印技术将鱼屑制成美味的海鲜菜肴等。
图源：Google
2、私人定制：个性化
在未来，人口将会持续不断地增长，但这并不意味着更多人的饮食或口味会趋向同质化。
相反，随着人们对自身需求的认识逐渐加深，他们会比任何人更了解自己想要什么，需要什么。甚至乎，一个人在不同年龄段所需要的营养或者喜好的口味也会有千变万化。所以，个性化定制将会逐步成为食品饮料行业市场的主流。
在GlobalData的最新调查中表明，全球71%的消费者认为，根据他们个人健康需求定制出的产品更加具有吸引力。而Mintel的调查也显示，70%的美国消费者表示，希望通过自我保健来加强身心健康。“自我保健”的趋势正是意味着消费者正在提高对于自身饮食与营养的所有权和责任意识。
而3D食品打印的强大之处之一就在于：“印”你所想，从成分到食量，都可以量身打印，真正做到“私人定制”，而上文中提到的Nourished功能性软糖就是其中生动的例子。
·Open Meals
日本初创公司Open Meals结合基因组学和3D食品打印技术，推出为顾客量身打造寿司的餐厅概念Sushi Singularity。据悉，每位顾客预约之后，都会收到一份健康检测套，要在用餐前约两周内递交唾液、尿液、排泄物等样本。餐厅对样本进行分析后，判断这名顾客的饮食中缺乏哪些营养元素，然后透过3D食品打印技术制作出独一无二的寿司。
图源：nommagazine
另一方面，3D食品打印还可以针对特殊人群打印出具有特殊需求的食物。
例如，针对人口老龄化问题，老人的身体机能逐渐下降，常伴有牙齿脱落、手脚不灵等状况，这些都会对日常饮食造成一定影响。据不完全统计，我国有60%的老年人存在咀嚼和吞咽困难的问题。
3D食品打印的引入能够将食材提前搅碎制成糊状，打印出的成品能够帮助老人免去咀嚼，入口即化，还可以根据他们的身体需求在食品中添加不同的营养成分作为补充。
3D食品打印的个性定制化除了可以满足消费者的身体需求外，还可以为人们的无穷创意提供落脚点。
·宝丽来
以拍立得闻名的美国宝利来在2021年推出一款3D糖果笔Polaroid CandyPlay3D Pen，旨在让消费者可以根据自己的奇思妙想设计专属于自己的糖果风味与造型。
据了解，该产品是从笔尖出来的糖果，可以轻松体验制作糖果的USB-C充电式设备。烹饪用纸上画的插图和设计可以直接变成糖来吃。目前，产品有草莓、橙子、柠檬、苹果、葡萄、可乐6种风味，可以替换使用从而享受不同颜色和味道。
图源：menkind
3、一键烹饪：真正的未来“厨神”
尽管3D食品打印技术已被广泛应用到不同的产品制作中，但它仍然面临着一个巨大障碍。
那就是3D食品打印后的成品仍然需要经过烹饪加工后再食用。
但在2021年9月份，来自哥伦比亚大学的研究人员创造了一个可以使用激光烹饪食物的3D打印系统，旨在将3D打印技术建立成一个自主的数字个人厨师。
据悉，该系统可以在3D打印食物的同时利用激光进行烹饪。团队使用了鸡肉糜作为模拟测试，通过将其暴露在蓝光和红外光下进行加热。其中，测试研究包括了多种烹饪参数，包括烹饪深度、颜色发展、水分保持以及使用激光烹饪的食物和在炉子上烹饪的肉类之间的味道差异。
一个有趣的发现是，使用激光烹调的肉比炉子上烹调的肉缩小了50%，但同时又保留了两倍的水分含量，且两者味道相似。在实验过程中进行的盲品测试中，更有两名试吃者表示更喜欢用激光烹饪的肉，而不是用炉子烹饪的。
图源：Google
数食主张
毋庸置疑，3D食品打印作为前沿技术，它的出现将会成为未来食品饮料创新的风向标之一，不过其现有的缺点也不能忽略，包括设备耗材成本高、打印时间较长、烹饪技术欠缺等等。
整体而言，3D食品打印其实还处于研究、开发和实际应用的初级阶段，尚未取得太大的商业成功。
想要真正走向消费者的餐桌，还有很漫长的一段路。但是，相信解决这些现有难题都只是时间问题。说不定，就在不久的未来，就会有更多的美味被3D打印出来......
参考资料：
1、3D打印食品：你需要知道的一切都在这里-3D打印资源库
2、3D食品打印方法和材料的概述-白令三维3D打印服务
3、3D食品打印技术，新一轮的厨房革命？-35斗 ，作者：陈玉清
4、食品3D打印技术及行业格局- 南极熊3D打印
5、舌尖上的浪费，被丢弃的千亿生意-FDL数食主张，作者：甜甜绻
6、吃昆虫补蛋白，食品行业如何掘金下一个十亿级市场？-FDL数食主张，作者：Little Zhong
7、“慌糖”的消费者该如何重新爱上“吃糖”？-FDL数食主张，作者：马白果
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