近年來，3D打印機已開始擺脫使用塑料細絲(si) 、金屬粉末等打印領域，現在也被用於(yu) 由可食用材料以及利用全新食材打印產(chan) 品，比如3D打印肉類、3D打印肯德基、3D打印牛奶甜點等，既有助於(yu) 利用食用材料，便捷地製作非傳(chuan) 統食品，也能為(wei) 消費者帶去更健康、更符合其個(ge) 性化需求的產(chan) 品。

數字製造（尤其是3D打印）方麵的最新進展使得能夠使用塑料、金屬和其他原材料自由地製造3D結構和設備。迄今為(wei) 止，3D打印結構已展示了廣泛的應用，包括傳(chuan) 感、組織工程和生理血管建模。3D打印的最新前沿集中於(yu) 可食用材料的直接打印。其實，3D打印對巧克力行業(ye) 產(chan) 生影響也就不足為(wei) 奇了。過去幾年來，多家公司一直在嚐試3D打印巧克力，3D打印為(wei) 行業(ye) 帶來創意和創新。據了解，大多數巧克力3D打印機都使用CAD文件，就像普通的3D打印機一樣。巧克力3D打印機通過擠出機頭移動並鋪設熔化的巧克力，其形狀為(wei) 所需的形狀，之後巧克力冷卻並變成固體(ti) 。

不過，巧克力3D打印機目前還不適合大規模生產(chan) ，其主要問題是溫度。巧克力須加熱到足以融化，同時須冷卻和幹燥以保持其形狀。溫度不適宜的話，導致3D打印巧克力由於(yu) 溫度和重力而失去其形狀。還有3D打印巧克力的過程非常耗時，這是由於(yu) 溫度造成的。來自新加坡科技與(yu) 設計大學(STDU)的研究人員首次使用直接墨水書(shu) 寫(xie) (DIW)3D打印機直接在液相中打印巧克力基墨水，從(cong) 而無需溫度控製即可建模複雜的3D形狀。研究人員將此方法稱為(wei) 基於(yu) 巧克力的墨水3D打印(Ci3DP)。

▲Ci3DP

3D食品打印允許打印具有定製營養(yang) 成分的食品，原則上可以根據生物特征和基因組信息對營養(yang) 進行優(you) 化。與(yu) 其他3D打印技術類似，3D食品打印依賴於(yu) 基於(yu) CAD數據和2D層順序沉積的逐層製造。可以通過食物的基本成分（如碳水化合物，蛋白質和脂肪）的協調組合來定製食物油墨。對於(yu) 3D食品打印，已經證明了不同的3D打印技術，選擇性激光燒結(SLS)、噴墨打印、熱熔擠出和粘合劑噴射。其中，擠出是3D食品打印中最流行的方法。在擠壓過程中，材料（液態、半固態或固態）通過噴嘴以製造3D對象。共有三種擠出技術：冷、熱熔和凝膠成型擠出。冷擠壓在室溫下進行而沒有相變。熱熔擠出主要基於(yu) 類似於(yu) 熔融沉積建模(FDM)的機製：（1）加熱以使墨水流出噴嘴;（2）冷卻以固化床中的熔融巧克力。凝膠形成擠出涉及液體(ti) 材料擠出後的相變。基於(yu) 擠出的技術在打印物體(ti) 的穩定性和自支撐性能方麵存在局限性。然而，由於(yu) 其簡單性，擠出已被用於(yu) 印刷不同類型的食物。

巧克力是由糖和可可粉組成的細小固體(ti) 顆粒，在連續的脂肪相中形成的複合乳狀液，是人們(men) 普遍喜愛的食品。作為(wei) 一種材料，巧克力在室溫（20至25°C）下為(wei) 固體(ti) ，並在人的口和唾液（37°C）中融化。巧克力的融化特性和質地取決(jue) 於(yu) 可可粉和其他成分的類型和比例，以及混合和加工它們(men) 的方法。在加工過程中混合，精煉和精煉各成分，以便在回火之前獲得合適的巧克力粘度。巧克力通常用於(yu) 3D食品打印的展示，因為(wei) 它可以通過熱熔擠出進行圖案化，並在室溫下變為(wei) 固體(ti) 。

在之前的研究人員進行的實驗中，將巧克力融化並在31至36°C的溫度下分配。由於(yu) 熔融巧克力的流變特性對溫度敏感，因此需要注意溫度。巧克力的熱熔擠出在簡單性和可及性方麵具有優(you) 勢，而其印刷機製也存在固有的缺點，需要在狹窄的工作溫度範圍內(nei) 進行控製，狹窄的工作溫度範圍可能具有很高的局限性和靈活性。而冷擠壓僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 工作溫度下印刷油墨的流變性，不需要控製溫度，並且整個(ge) 打印可以在室溫下進行。但是由於(yu) 缺乏具有適當流變性的油墨，在2020年之前，沒有對通過冷擠壓的巧克力基材料進行3D建模進行深入研究。

而使用Ci3DP方法，將容易獲得的巧克力產(chan) 品（如糖漿和糊狀物）與(yu) 可可粉混合，以改變墨水的流變性。具有高濃度可可粉的巧克力基油墨具有高粘度的剪切稀化特性。油墨還具有類似牙膏的特性，在靜止時不會(hui) 流動。

▲巧克力基墨水3D打印（Ci3DP）的概念涉及將液態巧克力產(chan) 品與(yu) 食用添加劑混合，並在室溫下通過直接墨水書(shu) 寫(xie) （DIW）3D打印機進行打印。配製的墨水可輕鬆通過注射器和噴嘴擠出，並在擠出後形成自支撐層以保持印刷結構。

Ci3DP的簡單性和靈活性為(wei) 製造複雜的基於(yu) 巧克力的產(chan) 品提供了巨大的潛力，而無需進行溫度控製。為(wei) 進一步證明這種方法的靈活性，通過使用多種類型的墨水，將相同的方法擴展到製造具有不同質地的巧克力。一塊巧克力可以被製成具有半固體(ti) 外殼並同時填充液體(ti) （如下圖）。

多材料食品Ci3DP。（a）室溫下多種食物材料的DIW涉及的步驟示意圖。步驟的順序允許打印帶有內(nei) 部填充物的巧克力。（b）包含液體(ti) 巧克力糖漿作為(wei) 填充物的錐形外殼的3D結構。（c）突出顯示從(cong) 3D打印外殼流出的液態巧克力糖漿的光學圖像。比例尺= 1 cm。

Ci3DP能夠用多種材料製作定製食物，這些材料具有定製的質地和優(you) 化的營養(yang) 成分。這種新方法還擴展了行業(ye) 在3D食品打印中的能力，對溫度敏感的食品的冷擠壓。

通過直接墨水打印方法製作的牛奶基甜品

本文來源：Rahul Karyappa et al, Chocolate-based Ink Three-dimensional Printing (Ci3DP), Scientific Reports (2019). DOI: 10.1038/s41598-019-50583-5