文章針對人口老齡化加劇背景下吞咽功能障礙患者膳食需求升級的現狀，系統探討基于功能性碳水化合物的3D食品打印技術創新路徑。傳統糊狀/泥狀膳食形態存在質地均質化導致的感官接受度下降，營養密度不足以及個性化適配性欠缺等關鍵問題。基于增材制造原理的3D食品打印技術，憑借微尺度結構精準調控能力與個性化營養定制優勢，為構建吞咽安全-營養強化-感官愉悅協同的新型膳食體系提供了技術突破口。
1. 食品3D打印技術概述
食品3D打印作為增材制造技術在食品領域的重要分支，通過逐層堆積成型的方式實現復雜結構食品的精準定制，主流技術主要包括：1）熱擠壓式打印，適用于高黏度材料（如面團、奶酪、果蔬泥），通過螺桿或氣壓驅動實現連續擠出；2）噴墨式打印，多用于液態或低黏度原料（如糖漿、巧克力涂層），通過熱發泡或壓電效應生成微滴；3）選擇性激光燒結，以糖粉、蛋白質粉末等為原料，利用激光選擇性熔融層間黏合。其中，熱擠壓3D打印技術是目前在淀粉基吞咽障礙膳食食品開發中應用最廣泛的，主要是由于其具有高打印精度的特點。
食品3D打印的優勢主要體現在：1）個性化定制，可依據營養需求（如低糖、高蛋白）或審美偏好設計食品形態，適用于醫療飲食、老年膳食等領域，在滿足功能需求的同時也賦予其營養需要；2）資源高效利用，通過精準控料減少原料浪費，并支持非傳統食材（如食品副產品）的高值化利用；3）復雜結構制造，突破傳統加工限制，實現多孔、鏤空或多材料復合結構，提升食品質構與功能特性；4）數字化生產，結合人工智能與物聯網技術，推動食品制造向自動化、智能化轉型。
2. 天然淀粉的局限性及改性策略
淀粉作為人體主要食物中的碳水化合物來源，其流變特性與3D打印適配性直接決定了打印精度、結構穩定性和吞咽安全性。作為一種可消費的植物性食品，良好的流變特性對于呈現良好的3D打印效果至關重要。比如：淀粉基凝膠的屈服應力、表觀黏度和流動指數等指標會顯著影響擠出過程。另一方面，3D打印物體的自支撐能力在很大程度上取決于剪切模量。天然淀粉獨特的流變特性，為3D食品打印提供了很高的適用性，然而其也表現出對熱、壓力和剪切敏感以及儲存后回生等問題，導致其應用具有一定的局限性。為了擴大淀粉基油墨的應用范圍，可以通過各種改性技術來改善其性能，包括：物理、化學改性、復合改性等，這可能涉及改變淀粉的分子特性和結構，從而使其更適合3D打印。
圖1 改善淀粉基生物油墨的技術方法
3. 在吞咽障礙食品開發方面的應用進展
基于不同方法改性的淀粉呈現出良好的3D打印性能，滿足了其在淀粉基吞咽障礙食品開發中的應用需求。結合3D打印技術的創新性應用，不僅實現了個性化質構定制，功能性營養食品開發，而且也可以實現仿生食品的創造。目前根據患者的具體吞咽能力（如IDDSI等級），可以設計不同硬度、黏彈性和孔隙率的打印產品。此外，一些研究者結合患者的營養需求，制備了富含蛋白質、膳食纖維或益生元的個性化食品。
4. 技術瓶頸
1）一些未改性或改性不足的淀粉基墨水易發生回生，導致打印產品的結構不穩定，影響長期保存和使用。還有部分淀粉基墨水在高溫或長時間存儲條件下會發生降解或變性，影響產品質量。
2）雖然打印技術不斷進步，但是對于高精度、復雜結構的食品打印，仍面臨打印時間長，能耗高，批次一致性問題。大規模生產過程中，如何保證每批次產品的質構一致性，是當前亟需解決的問題。
3）功能成分添加受限：在墨水中添加高濃度的功能成分（如蛋白質、脂肪），可能會導致流變特性改變，影響打印適性。
4）目前關于淀粉基打印食品的質構參數與吞咽安全性的量化標準尚未統一，影響產品的推廣和應用。此外，部分研究成果雖進入臨床試驗階段，但仍需更多的數據支持和驗證，以確保產品的安全性和有效性。
5. 未來展望
今后在開發3D打印吞咽困難飲食時需關注以下6個方面：
1）應注意提供富含優質蛋白質、脂肪、碳水化合物等宏量營養素和維生素、礦物質等微量營養素以及其它必需營養素的營養強化食品，以滿足老年人的特殊營養需求。
2）應探索新型功能成分的添加方式和控釋技術，提升打印食品的營養密度和功能價值。
3）應開發與食物口腔加工行為相關的3D打印吞咽困難飲食評估系統，以輔助利用3D打印技術快速開發有吸引力的吞咽困難飲食。未來，研究人員、臨床醫生和患者以及人工智能工作者之間的合作，對于使用3D打印開發營養吞咽困難飲食非常重要。通過結合食物特性、醫療數據（如臨床測試、健康記錄等）開發基于個人需求的個性化飲食推薦系統，建立統一的淀粉基打印食品質構參數與吞咽安全性的評價標準，推動研究成果向臨床應用的轉化。
4）利用數字孿生技術，結合計算機模擬和3D打印技術，實現從患者個體數據到個性化食品生產的全鏈條數字化，提升生產效率和精準度。
5）雖然目前已提出一些墨水改性技術，但是結合安全綠色的需求，應更注重綠色改性工藝，推廣環保、低能耗的改性方法，減少對化學試劑的依賴，提高產品的可持續性。
6）通過復雜的3D打印技術，創造出仿生食品的外形和結構，提升患者的飲食體驗。例如，仿真實水果或肉類的外觀和質地，增強患者的食欲和心理舒適感。
6. 結語
淀粉基3D打印墨水通過改性優化和多組分協同，為吞咽障礙食品的個性化設計提供了新的可能性。目前雖仍面臨墨水穩定性、打印精度及營養功能強化等技術挑戰，但隨著智能材料、綠色工藝和數字化技術的不斷發展，淀粉基3D打印技術有望在醫療食品領域發揮更大的作用，為吞咽障礙患者提供更多安全、營養、可口的飲食選擇。未來研究需進一步突破技術瓶頸，推動淀粉基打印食品從實驗室走向臨床應用，為個性化醫療食品的發展提供理論參考。
原文鏈接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=mdHrqfOh4rGCJ3mTkGkkHYJpIyJiuMLzB1Z9BYGnjKqgcMTLPT1mlNBcTNzUOC_mApWAaNEZ2ksdozwzWHIKA1UTeHezwLDCe1W4HxlXCW4yxjMCH4IZQWtjj70i_xevWj142TWYaslIjKEYUOrLJ8-j787wFZSBqh6JLyj4iA8oqHmLrLR--w==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
