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科幻小说中的 3D 打印食品，已经成为现实。
作者 | 鱼三隹
编辑| 郑玄
人头攒动的时尚街区内，一家神秘餐厅刚刚开业。
进店需要提前两周预约，在手机 App 中填报好相关信息后，一套健康检测工具将寄到你的家中。接下来，你需要按照说明使用这套检测工具，将收集到的唾液等样本信息上传至餐厅 App。在前往餐厅用餐前，实验室将会对样本进行分析，由此判断出你的日常饮食中缺乏哪些营养元素，并为你建立独属的健康 ID。
两周后，你如期前往餐厅，扫描健康 ID 后，餐桌上的智能菜单自动弹出了与你当下营养状况相匹配的食物。点下「OK」键，餐厅后厨开始工作：灵活的机械臂将食材放入 3D 打印机中重构、打印，十几分钟过去，一份造型精美、独一无二的菜肴制作完成，移动机器人将其送往你的餐桌。
这不是科幻小说中的场景，也不需要 50 年才能实现，而是一家现实餐厅的宣传片。2020 年，日本的初创公司 Open Meals 曾计划结合基因科学与 3D 打印食品技术，推出为顾客量身设计的寿司餐厅「Sushi Singularity」。
Sushi Singularity 的宣传片画面 | Open Meals
尽管如今的 3D 打印仍不能做到像《星际迷航》中的「复制器」一样，瞬间制造出任何物体，但是这项发展了十几年的技术，最近终于开始端上人类的饭桌。
据相关数据显示，全球人口预计在 2050 年超过 98 亿，食品需求将增加 59%~98%，加之随时可能降临的新型病毒、地缘冲突以及气候变化，如何以高效、可持续的方式生产高质量的营养食品成为重要课题。
与此同时，3D 打印食品正逐渐从简单的「造型能力」走向更深处，越来越多的公司、实验室开始将其他材料 3D 打印为基础营养物质，不含动物肉的肉类制品、高蛋白低碳水的主食等新奇食品也开始尝试商业化落地。
到底什么是 3D 食品打印？它又将为人类描绘出怎样具有颠覆性的饮食未来？
01
打印晚餐不再是梦
在《未来吃什么》一书中，作者阿曼达·利特尔教授记录了自己第一次见到 3D 食品打印机时的场景：
这个机器人的形状和大小像一个微波炉，它被编程，可以用三维打印工具制作出可食用的物体。我们凝视着它的玻璃窗，被它即将完成的一个看似简单的任务吸引住了。它正在制作一种双层小吃，如果一切顺利的话，成品将会是一个用牛油果打印的、顶部印有军星图案的敞口三明治。
几年过去，3D 食品打印技术已不满足于如此简单的任务。毫不夸张地说，只要你想，就可以利用 3D 打印技术完成一整顿丰盛的晚餐。从冒着滋滋香气的素食牛排，到填饱肚子的主食，再到精美的饭后甜点，3D 食品打印技术不仅在实验室中颠覆了糖、脂肪、蛋白质这三大基础营养物质的形态，在最近两年的资本市场中也赢得了越来越多的关注。
SugarLab 是一家位于洛杉矶的 3D 打印甜品公司，旨在通过 3D 打印技术实现手工难以达成的创意造型，比如将丰富的巧克力甘纳许包裹进草莓糖衣后做成可爱的草莓形状，为「韩国城系列」打印出包含养乐多形态的糖果，以及受最新一季《怪奇物语》启发而创造出的可食用 RPG 骰子系列等等。今年 10 月，刚刚完成新一轮融资的 SugarLab，估值已经涨到了 1600 万美元。
SugarLab 打印出的可食用骰子 | SugarLab
而随着「人造肉」的接受程度变高，为了开发有巨大潜力的市场，人造肉企业也开始引入 3D 食品打印技术，希望未来可以制造出结构与口感上媲美真肉的产品。
今年 2 月，总部位于巴塞罗那的西班牙生物技术初创公司 Novameat 获得了 640 万美元的 A 轮融资，公司的业务是利用现有的 3D 打印及微挤压技术，制造出牛肉、猪肉、鸡肉的「替代品」。
成立于 2019 年的以色列公司 Redefine Meat 同样于今年成功完成了一笔 1.35 亿美元的融资，迄今为止，其总融资金额已超 1.7 亿美元。11 月 6 日，Redefine Meat 正式宣布与欧洲肉类批发商 Giraudi Meats 建立合作伙伴关系，目前该公司的植物肉系列已经在多个欧洲国家展开销售，预计明年该公司还将会把业务拓展至更多国家。
该领域内的领头企业 Steakholder（前身为 Mea Tech）早在去年 3 月就已 IPO 上市，经过两年多的发展，12 月 16 日 Steakholder 也发布公告称，除了人造肉产品外，公司明年还将推动 3D 食品打印机的商业化进程。
3D 打印技术被用于打印「人造肉」| Redefine Meat
相比国外，国内对于 3D 食品打印的探索稍晚，但在过去两年快速发展。
位于杭州的食品科技公司 MOODLES 成立于 2021 年，其业务是以各种优质的动物蛋白为主要原料，通过 3D 打印技术、分子料理技术来制作出具有米饭、面条等传统主食的形态，却兼具低碳水、高蛋白的健康食品。今年 2 月，MOODLES 完成了数千万元人民币的 Pre-A 轮融资，老牌投资机构 GGV 纪源资本领投。
MOODLES 生产的低碳水、高蛋白面条 | MOODLES
整体来看，据 Allied Market Research 数据显示，2021 年全球 3D 食品打印市场创造了 2.262 亿美元的收入。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。
3D 打印食品市场的小崛起背后，暗含着消费者需求的两个重要转变。
一是疫情以来，越来越多消费者的健康意识觉醒，转而追求更为健康的饮食。MOODLES 的创始人朱沛然曾在接受采访时表示，正是疫情期间在网上看到很多热词是「减脂瘦身」后才发觉大家开始更加关注健康，才想到了高蛋白、低碳水的 3D 打印食品方向。
二是消费者对于 3D 打印出的人造产品排斥感正在降低。2016 年一项针对澳大利亚消费者的调查显示，几乎没有人支持「人造肉」食品。而在今年 globeScan 及 EAT 联合进行的一项全球消费者调查《Grains of Truth2022》中，全球 31 个市场的近 3 万名消费者里，愿意尝试植物替代性饮食的消费者显著增长：婴儿潮一代中有 28%，X 世代中有 37%，千禧一代中有 43%，Z 世代中有 40% 的人表示对新的饮食方式非常感兴趣。
02
食材「变形」计
对于创业公司而言，3D 打印是未来食品制造的理想技术，是一片前景广阔的蓝海。但对于更多普通消费者而言，更重要的是了解 3D 食品打印机的工作原理？造型多变的甜点、几乎不含碳水但口感与传统主食相似的面条、能够控制胆固醇与脂肪含量的肉，这些定制化的奇特食品究竟是怎么来的？以及它们是否安全？
目前，应用最为广泛的 3D 食品打印技术是熔融沉积技术（Fused Deposition Modeling，FDM）。其原理简单来说就是打印机的喷嘴加热原材料使其熔融，加热的同时，食材会随之被挤压到下方的工作平台上，通过层层累积与叠加，最终食材会被「打印」成为具有特定形状的食品。
正如普通的打印机需要「墨水」一样，3D 食品打印机内放置的原材料被称作「食用墨水」。并非所有食材「天生」就能被扔进 3D 打印机内打印，「食用墨水」需要具有流变性（液体的流动方式及其固化的可能），即它首先要能从喷嘴中流出，其次还要能在打印工作台上凝成固态。
食品科技初创公司 MOODLES 的 CEO 朱沛然向极客公园介绍道：「最常见的可直接打印的食材，一般是温变型食材，包括巧克力、奶酪、糖浆等；而普通食材想要成为『食用墨水』，需要经过研磨、筛选、分散以及乳化等工艺，达到一定流变特性后才能进行打印。」
食材成为可供打印的「食用墨水」后，其在 3D 打印机下的「变形」之旅就可以开始了。
不涉及食材的内部结构，仅仅做外观上的变形是门槛较低的一类打印场景，常见于糖果、巧克力、甜点、面食等产品的创意制作过程中。由于 3D 打印食品不需要模具，因此能完成的造型复杂度更高、更灵活。像是意大利面食品牌 Barilla，自 2019 年起就尝试用意大利粉浆为原材料 3D 打印出复杂的面食形状，包括蛤蜊状、海胆状、花瓶状等等。
形状各异的意大利面 | Barilla
而对于 MOODLES 这类目标是生产出「低碳水、高蛋白」等特制食物的公司来说，前期需要进行的准备则更为精细。
在一档名为《创业内幕》的播客里，朱沛然曾分享过产品的研发环节：MOODLES 的产品很大一部分面向的是有糖尿病的老年人群体。制作过程中首先需要营养学的同事利用大数据分析出适合这类群体摄入的脂肪、碳水、蛋白质以及微量元素含量。随后会有食品专业的同事搭配出相应的食材配方，比如在蛋白质部分可以选择鸡胸肉作为动物蛋白，在碳水部分可以针对性选择荞麦这类低 GI 的食材。食材配方确定后，通过分子料理的处理工艺将食材处理成原始浆料，再使用 3D 打印技术打印成型。根据不同消费者的需求，还可以设计不同的 3D 打印机器件，从而制作出不同形态的产品。
「我们这样做打破的只是食材的物理结构，还没有到分子结构，所以对食物的营养的成分没有任何的影响。」朱沛然说道。
用 3D 打印技术制作「人造肉」则不免会涉及到分子结构的层面。已经上市的人造肉公司 Steakholder 的愿景是「在不需要屠宰动物的前提下，开发出打印真肉的技术」。资料显示，该公司收集动物的脂肪及肌肉细胞后，将其分离成「食用墨水」并装入 3D 生物打印机；接下来，这些细胞将被「孵化」，在一段时间内生长为结构化的肉类组织。3D 打印食品技术还可以对人造肉块进行特别定制，比如调整肉中的胆固醇和脂肪以形成肥瘦不一的肉类制品。
正在打印中的「人造肉」| Reuters
在 Steakholder 看来，这些 3D 打印肉类甚至可能比普通肉类还要更安全。毕竟，实验室环境中能尽量降低沙门氏菌与大肠杆菌的滋生风险。
食品安全问题同样是 Moodles 最关心的问题。朱沛然告诉极客公园：「技术层面，我们在原料处理环节，实现全程 4 摄氏度以下低温处理，降低微生物滋生，确保食品安全。同时，我们结合分子料理和 3D 打印技术，可以将复杂生产流程极致简化，从而降低食品添加剂的使用。」
03
「小步」迈向未来
3D 打印食品确实能在控制食物的营养成分、食品安全等方面发挥巨大作用。但凡事都有两面性，相对复杂的生产流程背后，生产效率不高、难以大规模生产等问题，是今天 3D 打印食品进一步推进商业化路上的绊脚石。
有食品行业从业者告诉极客公园：「直接使用 3D 技术打印食物，一般来讲效率会很低，成本也更高，因此应用在食物这类快消品上可能会面临不少困难。」
根据 3D 打印食品制造商 ChocEdge 的说法：「虽然打印时间因打印机和食品而不同，但一个非常简单的六层设计打印需要 7 分钟，更精细的 3D 造型打印每个则需要 45 分钟以上。」这还只是改变食物造型所需的时间，对于需要定制营养物质的特殊 3D 打印食品，想要走向商业化，其面临的效率与成本考验就更大了。
「更稳妥的方式是将 3D 打印技术应用于早期的食品设计，利用该技术的柔性特质提升产品设计的效率。」比如好时巧克力与科技公司 3DS 合作开发了一款名为 CocoJet 的打印机，用于个性化巧克力的设计；百事公司也曾在相关报道中称，通过使用 3D 打印技术，其零食的原型工具开发时间从 4 周缩短到了 48 小时，并将成本削减了约 96%。
Redefine Meat 生产的「New Meat」系列 | Reuters
但对于 Redefine Meat、MOODLES 这类，希望利用 3D 打印技术直接制造食品的公司，则不得不直面成本与效率的问题。
创业者的努力已经取得了一定的成效。Redefine Meat 目前已经拥有了规模数字化制造的专利，其打印速度可以达到每小时生产 10 公斤。
MOODLES 也逐渐摸索出了一套独有的解决方案。朱沛然向极客公园透露：「传统的以材料挤出原理的 3D 打印设备，在生产效率和制造精度上是有明显瓶颈的。为了解决这个问题，我们将用于芯片加工和医疗检测研究领域的流体控制技术应用到食品加工行业。通过对 3D 打印喷嘴的重新设计，在喷嘴内部结构中嵌入三维微流控芯片，从而同时实现了食品的高精度加工与生产效率。」
目前，MOODLES 位于安徽马鞍山的工厂已经投产，未来会走先 ToB 后 ToC 的商业化路线。「未来 ToB 的场景首先是一些合作的连锁餐厅，去供给一些工业标品的米饭面条的这种单品，我们会针对 B 端客户的需求，配置好产品的口感和成本结构。」
诚然，如今的 3D 打印食品尚处于起步阶段，距离更广泛的商业化落地还有许多步要走。但随着产品和技术不断改进，效率和成本继续优化，科幻小说中「打」个三明治当早餐的场景，或许不久的将来就会成为我们日常生活的一部分。
