植物基纳米纤维素在食品3D 打印中的应用

徐 博，马 涛，户昕娜，卢舒瑜，宋 弋*

（1 中国农业大学食品科学与营养工程学院 北京100083 2 国家果蔬加工工程技术研究中心 北京100193 3 农业农村部果蔬加工重点实验室 北京 100193）

3D 打印是一种基于计算机辅助设计建立数字模型，运用可黏合材料，通过逐层添加物料的方式堆积制造三维物体的加工制造技术[1]，因其快速成型、高度定制、工艺简单的优点而在医学[2]、生命科学[3]、食品[4]、建筑[5]、纺织[6]等领域得到广泛应用，被视为能够引发技术革命的下一代前沿科技。在食品领域，3D 打印技术由于逐层添加食物原料的加工方式，也被称为食品分层制造技术，可以用于生产传统制造方法难以实现的复杂结构，降低生产成本，扩大食品原料的使用范围，有助于节约时间成本，增强产品竞争力和针对需求实现个性化定制调控[7]。

纤维素是自然界储量最为丰富、分布最为广泛的天然有机高分子材料，其作为细胞壁的主要组成成分存在于所有植物中，是最易获取的绿色可再生资源之一[8]。将纤维素通过机械处理结合化学分解法得到的具有纳米尺度的纤维素材料称为纳米纤维素，纳米纤维素的理化特性因纳米尺寸效应发生改变，其比表面积、机械性能、结晶度等特性相对纤维素更为出色[9-11]，是一种高性能的可再生纳米材料[12]。此外，用于生产纳米纤维素的植物原料来源广泛、易得[13]，还可以充分利用秸秆等传统意义上的农业废弃资源，实现农副产物高效利用[14]。

植物基纳米纤维素因优良的力学性能和流变学特性而适用于3D 打印技术，可提高材料强度，增强可打印性，使更多原料可作为3D 打印墨水使用。来源于植物的特点使其满足食品领域对原料安全性的要求，可广泛结合其它可食用或食品级材料，因此在食品3D 打印领域具有良好的发展潜力和广阔的应用前景。目前相关领域尚处于起步阶段，有待深入研究。本文综述植物基纳米纤维素材料结合3D 打印技术在食品领域的应用现状，并对未来发展方向进行展望。

1 植物基纳米纤维素

纤维素由D-葡萄糖基通过β-1，4-糖苷键链接而成，葡萄糖基在相互链接后仍保存了大量羟基，羟基通过分子间和分子内氢键作用影响纤维素的结晶程度，在纤维素中形成大量纳米级的结晶区和无定形区[15]。以纤维素为原料，通过不同提取方法可制得两种具有不同形貌的纳米纤维素，分别被称为纤维素纳米纤维（Cellulose nanofibril，CNF）和纤维素纳米晶（Cellulose nanocrystal，CNC）。

1.1 纤维素纳米纤维和纤维素纳米晶

通过剧烈的机械作用将植物纤维素原纤化，得到的纳米尺度纤维素被称为纤维素纳米纤维（图1）。CNF 呈细长的丝状，同时包括纤维素的结晶区和无定形区，根据美国纸张与造纸工业技术协会（Technical association of the pulp and paper industry，TAPPI）的定义，其宽度通常为5～30 nm，长径比大于50。由于CNF 较高的长径比，其柔韧性好，易纠缠形成网状结构；CNF 包含纤维素的无定形区，其结晶度相对较低[16]。通过化学方法除去纤维素无定形区，得到的纳米尺度纤维素晶体被称为纤维素纳米晶（图1）。CNC 呈棒状或纺锤状，仅包含纤维素的结晶区，根据TAPPI 的推荐定义，其宽度一般位于3～10 nm 区间，长径比高于5。CNC 由于仅包含纤维素的结晶区，长径比相对CNF 较低，柔韧性较差，而具有很高的强度和杨氏模量[17]。相较于天然纤维素，这2 种纳米纤维素都表现出更为优异的性能，虽然具体的结构尺寸有所差异，但都具有高比表面积[18]、表面易改性、良好的机械性能[19]以及生物安全性等特点[20]。

图1 植物基纳米纤维素的制备[21]Fig. 1 Preparation of plant-based nanocellulose[21]

1.2 植物基纳米纤维素的功能特性

纳米纤维素丰富的功能特性使其广泛适用于细胞组织培养、生物医学工程、先进装备制造在内等众多领域，考虑到其与食品3D 打印技术的相适应性，对其机械强度、表面基团、流变学特性以及生物安全性相关的部分特性进行介绍。

1.2.1 机械强度 纤维素本身具有良好的机械强度，由其制备的纳米纤维素同样具备优良的机械性能，并且可作为增强材料使用。CNC 由去除无定形区后的纤维素结晶区构成，结构高度有序，自身刚度高，其单位密度弹性模量能达到钢铁的4～5倍[22]。将少量CNC 添加至其它聚合物中，即可显著提高混合物的力学强度和杨氏模量[23]。CNF 虽未具备高度有序的结构，但其仍包含有大量纤维素结晶区，能表现出较好的力学性能，其强度是其它纤维素复合材料的3～15 倍[24]。将CNF 添加入其它聚合物构建的体系中，结构强度能够得到有效提高[25-26]。

1.2.2 表面基团 由于纳米纤维素表面携带大量亲水羟基，这些羟基的存在能够被多种不同的取代基或小分子物质所利用，作为表面改性的结构化平台，赋予纳米纤维素更多优异的功能性质[27]。在制备纳米纤维素过程中的化学处理是对纳米纤维素改性的最常见方式。在制备CNF 预处理阶段使用2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基（2，2，6，6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy，TEMPO）对其氧化，通过机械处理后可得表面被羧基、醛基修饰的CNF，其形态和结晶度不会产生变化[28]。CNC 则常用酸水解法制备，这会在其表面修饰带负电荷的基团，例如使用硫酸水解制备的CNC 表面会带有磺基[29]，使用TEMPO 氧化CNC 也会使其表面携带羧基[30]。此外，物理吸附[31]、羟基酯化[32]、接枝其它聚合物[33]等方式也是常见的纳米纤维素改性手段。

1.2.3 流变学特性 研究流体在外力作用下产生的变形和流动行为的力学被称为流变学，常用于描述高分子材料微观结构的复杂性质。水中的纳米纤维素可通过氢键作用结合周围水分子，提高体系黏度，使悬浮液黏度与其浓度呈正相关；在静态或低剪切速率条件下纳米纤维素排列无序，高剪切速率下则易沿流动方向产生相对滑动，使其黏度降低，因此纳米纤维素的稳态黏度随剪切速率的升高而降低，既呈剪切稀化现象[34-35]。随着浓度的继续增加，纳米纤维素分子间相互连接形成空间网状结构，限制水分子运动形成水凝胶，此时流体的存储模量高于损耗模量，表现出类似固体的性质[36]。因此纳米纤维素可作为增稠剂或胶凝剂改良其它材料流变性能，提高复合物物黏度或形成半固体凝胶。

1.2.4 生物安全性 天然纤维素广泛存在于食品中，微米尺度的纤维素及其衍生物也在食品加工中作为乳化剂和增稠剂使用，二者都得到了美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）一般公认安全（Generally regarded as safe，GRAS）认证[37]。考虑到纳米尺度材料在生命系统中可能表现出与同类非纳米材料不同的性质，有必要对其生物安全性进行充分研究[38]。目前关于纳米纤维素安全性的研究已从模拟消化道吸收、体外毒性以及对营养物质吸收影响等多方面展开，尚处于起步阶段，多以体外细胞试验为主，考虑到纤维素来源不同、表面修饰基团不同以及细胞种类之间的差异，尚无法得出确切结论。目前在体外研究中还没有发现纳米纤维素导致的严重细胞或遗传物质损伤[39-41]，而纳米纤维素的种类差异和修饰基团可能会引发炎症反应[42-44]。此外，已有研究发现纳米纤维素能够影响包括脂肪和葡萄糖在内的体内吸收效果，这可能有助于治疗肥胖病[45-46]。目前多数研究对纳米纤维素的安全性持乐观态度[47-48]，总体上认为纳米纤维素没有细胞毒性，其在胃肠道中的吸收可忽略不计[45]，而在此方面仍需要进行深入研究，以期得到明确的安全性评价。

2 植物基纳米纤维素与食品3D 打印的适配性

应用于食品3D 打印中的原料，需要综合考虑原料的物理化学特性、加工方式对其品质的影响，选择与原料相适应的具体打印条[49]。目前基于挤出的3D 打印技术在食品相关领域应用最为广泛，使用纳米纤维素可以构建出符合挤出技术对原料性质要求体系，从而作为打印墨水使用。

2.1 基于挤出的3D 打印技术

基于挤出的3D 打印技术主要包括熔融沉积成型（Fused deposition modeling，FDM）和直接挤出打印（Direct ink writing，DIW）2 种（图2）。FDM 是通过计算机程序控制喷头运动，将固体或半固体原料经过加热融化为液体挤出后，沉积在打印平台或打印截面上，通过层层堆积的方式完成整个打印操作[50]。DIW 则是在熔融沉积成型方式的上去掉了加热融化这一步骤，原料依靠自身黏性实现连接，这对物料流变特性提出了较高要求，需满足原料能够在打印过程中流畅挤出，既具有剪切稀化特性，同时还要求挤出后的材料能够维持原有的形状不发生流动[51]。FDM 和DIW 法的优点在于工艺简单、成本相对较低以及可用材料广泛，但必须考虑物料流过喷嘴后固化或凝胶化的速度，这会影响打印后的形状保真度以及打印层后续的自支持能力，绝大多数传统食品原料和相关材料仅依靠其自身的物理特性，难以实现较高的打印分辨率，需添加其它原料辅助实现[52]。

图2 基于挤出的3D 打印技术[53]Fig. 2 Extrusion-based 3D printing[53]

2.2 植物基纳米纤维素构建的3D 打印墨水

纳米纤维素优良的机械性能可以为物料提供结构强度，同时考虑到其较好生物安全性，在食品领域具有广泛的应用前景。因此，纳米纤维素能够作为3D 打印墨水的主要成分或增强性能的辅助成分。以其为基础可构建水凝胶、乳液等分散体系，能够应用于基于挤出的食品3D 打印技术。

2.2.1 水凝胶 水凝胶是以聚合物结构为主体框架，内部由水相填充构成的复合体系，其具备剪切稀化特性，是应用于挤出成型的理想打印原料[54]。CNF 相对较大的长径比和其自身的半结晶结构较容易形成相互缠绕的网状结构，有利于形成机械性能稳定的凝胶结构[55]。然而，纯CNF 墨水中纤维基本无法产生交联，其结构无法承受较大的机械力，3D 打印性能很差，一般通过化学交联手段增强CNF 的可打印性或结合其它增稠剂制备复配凝胶[56]。Torres-Rendon 等[57]将TEMPO 氧化改性的CNF 水凝胶加工成中空圆筒状结构，确认了用CNF 凝胶制造复杂形状的可行性。Mietner 等[58]使用不同金属离子交联TEMPO 氧化改性的CNF 制备凝胶，对凝胶的流变学性能和打印性能测试后认为使用二价金属阳离子交联CNF 制备的凝胶具备作为3D 打印墨水的潜力。

除以CNF 为基础制备凝胶3D 打印外，CNF的加入也可增强其它聚合物形成的凝胶的打印性能。Baniasadi 等[59]使用TEMPO 氧化的CNF 增强木瓜种子黏液的打印特性，CNF 的存在能够显著增强木瓜种子黏液凝胶的自支撑性，在适宜的比例范围下能够打印出分辨率良好的网格状立体结构，且冷冻干燥后仍能维持（图3a）。使用未改性CNF 与壳聚糖制备的水凝胶同样能应用于3D 打印，Tamo 等[60]制备的凝胶墨水未经任何化学改性或添加化学交联剂，仅依靠其自身的理化性质实现凝胶的形成且展现出良好的打印效果（图3b）。其中CNF 主要提供凝胶的可打印性和良好的打印分辨率，同时壳聚糖良好的生物相容性未因此受到影响。CNF 还可以用于修饰其它聚合物，改善打印性能较差物质的流变特性。Chen 等[61]将TEMPO 氧化的CNF 原位聚合到水性聚氨酯上，降低了凝胶中聚氨酯颗粒的尺寸并改善凝胶的流变特性，聚合CNF 的水性聚氨酯和CNF 混合制备的凝胶仅需2.7%～7.4%添加量即可达到良好的3D打印效果，显著低于单独使用水性聚氨酯制备打印墨水所需的质量分数（图3c）。

图3 3D 打印CNF 水凝胶[59-61]Fig. 3 3D printing CNF hydrogels[59-61]

CNC 水凝胶在3D 打印领域也得到了广泛应用，Siqueira 等[62]发现CNC 水凝胶在6%质量分数以上就会表现出明显的类似固体性质，在8%质量分数以上就能够出现明显的剪切稀化现象，这是其具备3D 打印潜力的良好证明。不同于CNF，CNC 相对较低的长径比不易发生缠绕，而在3D打印时会出现由打印过程诱导的颗粒取向变化，具体表现为CNC 颗粒沿打印方向排布，打印后材料在沿打印方向上的刚性也显著增强。Hausmann等[63]在此基础上深入分析了较高浓度的CNC 凝胶墨水在3D 打印过程中颗粒排布方式的变化规律，当施加的剪切应力能够克服材料的屈服应力时，在纯剪切流条件下就会出现CNC 粒子对齐现象，通过对具体打印参数调节可控制粒子沿打印方向的排布程度，实现根据需求对特定方向上机械强度的定制，这种充分利用3D 打印技术制备的各向异性水凝胶具有较好的实用价值（图4a）。

图4 3D 打印CNC 水凝胶[63-64]Fig. 4 3D printing CNC hydrogels[63-64]

考虑到单独应用CNC 制备凝胶进行3D 打印需要较高浓度，先前的研究[64]使用CNC 分别与高/低甲氧基果胶复配制备水凝胶，CNC 的加入能够替代低甲氧基果胶成胶所需的钙离子，调节高甲氧基果胶成胶时对蔗糖浓度以及pH 值的要求，复配凝胶同样呈现了良好的打印效果（图4b）。Baniasadi 等[65]使用CNC 与黄原胶复合制备具有良好挤出效果及结构稳定性的打印墨水，复合凝胶的可打印性主要由CNC 提供，CNC 含量的增加能够显著增强框架结构的强度。打印后的结构具有良好的形状保真度和优良的分辨率，将其冷冻干燥后能够得到孔隙率高达70%以上的多孔框架，在组织工程等诸多领域都展现出了应用潜力。

2.2.2 乳液 由2 种互不相溶的液体相构建的乳液分散系在食品领域十分常见，纳米纤维素自身的高机械强度和亲水性可大量存在于水相中，增强乳液的黏度，增强乳液的力学性能，提高乳液的可打印性。Huan 等[66]利用CNF、海藻酸钠、聚乳酸制备了内相体积分数在10%～50%的多相乳液，得到的乳液具有良好的打印效果以及打印保真度，能够作为3D 打印墨水使用，同时打印成品干燥后收缩幅度很小，重新润湿后能恢复到原有的形状（图5a）。CNF 的添加对乳液具备可打印性起关键作用，其存在于连续相中，能够提升乳液的弹性模量，改善乳液的流变特性。

图5 3D 打印纳米纤维素乳液[66，71-72]Fig. 5 3D printing nanocellulose emulsions[66，71-72]

使用传统的小分子表面活性剂稳定乳液时，表面活性剂添加量会随内相体积增加而显著增加，且体系热力学稳定性差，易发生破乳现象。然而，当体系中具有互不相融的两相和胶体颗粒时，胶体颗粒分散到互不相融两相的界面上时体系的能量最低，通过此原理构造的乳液被称为Pickering 乳液，能够有效防止乳液内相析出和液滴合并，显著增强乳液的稳定性[67]。大量的胶体粒子还可在连续相中形成交联，乳液黏度和稳定性得到进一步增强[68]。纳米纤维素可作为胶体颗粒稳定于油水两相界面上，以此稳定乳液。Souza 等[69]将CNF 用作不同油相的Pickering 乳液稳定剂，通过对表面覆盖度的测定，证实了CNF 能够在油滴周围形成网络结构，由此稳定乳液，且形成的乳液具有类似固体的假塑性和剪切稀化特点，这为将CNF 稳定的乳液应用于3D 打印提供了可能。

在乳液体系中，分散相以液滴形式分散于连续相中，当分散相的体积分数升高时，液滴间的距离逐渐缩短，当分散相的体积分数达到74%以上时的乳液被称为高内相乳液，此时密集的液滴会挤压产生形变，形状由较为分散时的球形转变为相互挤压导致的多面体形状，此时紧密的内部结构会使乳液的黏度和杨氏模量升高，乳液呈现出近似于固体的性质，表现为类似凝胶的自支撑性[70]。Miao 等[71]对未表面改性的CNC 稳定的高内相（油相体积分数80%）以及中等内相（油相体积分数60%）Pickering 乳液的流变性能进行了深入研究，发现在中等内相乳液中，乳液性能主要由范德华力和氢键主导；高内相乳液中，性能则取决于内相的致密程度，因此高内相乳液具有更高的刚度、黏度以及储存稳定性。此外，较高的CNC 添加量能够使其充分覆盖两相界面，有助于提高乳液的黏度和杨氏模量，这证实了利用CNC 稳定的高内相乳液具备良好的力学性质，能够在3D 打印技术应用（图5b）。先前的研究[72]成功通过高速离心法使制备了未改性CNC 稳定的高内相Pickering 乳液，得到的乳液内相高达80%并能够成功用于3D 打印，同时对乳液的pH 值和离子强度条件进行了优化，为纳米纤维素稳定的高内相乳液打印高分辨率和高形状保真度的物体提供了理论依据（图5c）。

3 植物基纳米纤维素在食品3D 打印领域应用

目前将纳米纤维素结合3D 打印技术应用到食品产业中，主要包括下列4 种形式。除直接将其作为食品添加剂用于3D 打印食品中外，在食品包装材料、食品新鲜度指示器、功能物质载体等相关食品领域的应用研究也已开展。

3.1 食品添加剂

纳米纤维素可改善传统食品的3D 打印性能，传统配方饼干能够应用3D 打印技术加工，而由于脂肪含量较高，饼干的形态结构在后续处理会产生明显变化，严重影响饼干的观感。Lille 等[73]用CNF 分别与淀粉、脱脂乳粉、半脱脂乳粉混合物作为3D 打印食品中的功能营养成分潜力进行研究，以期得到一种高纤维、高蛋白、低脂肪的3D 打印饼干配方。直接使用CNF 凝胶进行打印效果相对较差，添加淀粉或脱脂乳粉后打印质量虽得以改善，但仍会出现针头堵塞情况，使用CNF 和半脱脂乳粉混合进行打印，出丝连贯且能得到最优的打印效果（图6a）。大多数泥糊状食品黏度较低，需流变改良剂辅助才能作为3D 打印墨水使用，而常见的胶原蛋白类和淀粉类添加剂会改变食品的营养特性和风味。Armstrong 等[74]使用CNC 替代传统流变改良剂添加入苹果酱、菠菜泥以及番茄泥中赋予其可打印性，这些高含水量（88%以上）的泥糊状食品在加入CNC 后具备了3D 打印能力，可用于生产各种复杂形状，冷冻干燥后形状也能够得到较好保留（图6b）。此外Shoseyov 等[75]在其申报的国际专利中声称已开发出一种利用3D 打印技术生产低热量的营养食品方法及配方，配方中的可食用非热量成分由纳米纤维素提供，能够通过打印制备汉堡、鸡块、披萨、蛋糕、意大利面、糖果等种类丰富的食品。

图6 纳米纤维素3D 打印食品添加剂[73-74]Fig. 6 Nanocellulose 3D printing food additives[73-74]

3.2 食品包装材料

3D 打印在食品包材研发设计领域具有重要作用，能够显著降低设计验证过程中的成本和风险，精确快速实现复杂结构的包材制造[76]。使用3D打印技术制备的常规包材机械性能有所下降，而添加纳米纤维素能够提高打印包材的性能。聚乳酸是一种可用于食品包装的生物材料，Ambone 等[77]对比了压缩成型和3D 打印两种方式制备薄膜的机械性能，发现3D 打印聚乳酸薄膜的强度模量显著下降，而通过添加CNF 的方式，能够使3D 打印制备的薄膜具备和压缩成型薄膜相同的机械性能（图7a）。

图7 纳米纤维素3D 打印食品包装[77-78]Fig. 7 Nanocellulose 3D printing food packaging[77-78]

果蔬类农产品在储运过程中极易受到机械损伤，严重影响产品品质和运输效率，目前大多数果蔬减震缓冲包装以发泡塑料为主，难以回收降解，环境友好性差。利用纳米纤维素机械性能好、可生物降解、安全性高的优点，可由此开发用于新鲜果蔬食品的减震缓冲包装材料。Zhou 等[78]开发了一种具备良好的生物降解性，同时具备缓冲和抗菌功效的气凝胶食品包装，使用同轴3D 打印技术将具有广谱抗菌性的纳米银粒子包裹在内层实现控制其添加量，外壳则由羧甲基纳米纤维素为主要基体构建。此气凝胶具有良好的缓冲和回弹能力，在食品减振缓冲包装领域展现出巨大的应用潜力，并且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌展示出明显的抑菌作用（图7b）。

3.3 食品新鲜度指示器

新鲜度作为食品品质的重要指标，对其进行实时监测能够满足消费者对高品质食品的需求，可通过检测分析食品中由于微生物繁殖产生的代谢产物或与之发生反应，随后显示出颜色变化，反映食品质量。新鲜度指示器的检测分析功能主要通过指示剂实现，需要其它材料作为载体，且载体的吸湿性能直接影响指示剂的灵敏程度，这对载体的亲水性提出了较高要求[79]。纳米纤维素良好的亲水性以及安全性可作为新鲜度指示剂的载体。Lu 等[80]使用甘蔗渣提取TEMPO 氧化改性的CNF 制备水凝胶作为pH 值和二氧化碳指示剂的载体，能够响应鸡胸肉微生物生长和气温变化程度，水凝胶较高的弹性模量说明其可通过3D 打印技术加工成不同的形状，用以适应不同的包装方式（图8a）。

图8 纳米纤维素基3D 打印食品新鲜度指示器[80-81]Fig. 8 Nanocellulose-based 3D printing food freshness indicators[80-81]

3D 打印技术除赋予其特定形状结构外，还可以实现对过于敏感的化学物质保护以及可控释放。1-甲基环丙烯具有良好的保鲜性能且无毒性，虽可用于果蔬保鲜，但其易挥发且稳定性差，简单将其与指示剂混合可能会互相产生干扰。Zhou 等[81]利用同轴3D 打印技术，将含有1-甲基环丙烯的壳聚糖包裹于不易受环境因素干扰的内层，外层以CNF 为基础负载pH 值指示剂花青素，实现了保鲜与新鲜度检测功能的一体化。具有保鲜功能的1-甲基环丙烯成功表现出缓释行为，能够有效延长荔枝的保质期，同时其能够根据荔枝的新鲜程度变化产生颜色响应，实现反映新鲜度变化的功能（图8b）。

3.4 功能物质载体

不同人群对功能性物质的种类和需求程度存在特异性，通过3D 打印能够根据需求实现功能性物质组成和含量的个性化定制，有助于开发新型功能食品。以纳米纤维素构建的凝胶或乳液体系为基础能够作为部分营养物质的有效负载形式，改善生物利用度[82-83]。

纳米纤维素制备的乳液及以此为模板的功能活性物质载体系统最为常见。Urbánková 等[84]使用CNC 和酪蛋白酸钠结合制备了稳定的Pickering乳液，酯化除去水相得到含十六烷和橄榄油的油凝胶，二者均为脂溶性营养物质的常见载体（图9a）。虾青素是一种人体内不能合成的天然类胡萝卜素，对光照、温度等环境条件敏感。Li 等[85]使用TEMPO 氧化的CNF 稳定的Pickering 乳液负载溶解于葵花子油中的虾青素，能够在高温下有效保护虾青素并表现出良好的储存稳定性，使其在体外消化过程中也表现出较高的生物利用度（图9b）。

图9 纳米纤维素负载功能物质[84-85，87]Fig. 9 Nanocellulose load functional substances[84-85，87]

基于纳米纤维素的凝胶同样能作为负载传递功能活性物质的载体。Olmos-Juste 等[86]使用CNF和海藻酸钠为原料的水凝胶进行流变学表征，在制得能用于3D 打印的墨水后负载姜黄素并测试其体外释放效果，证实了CNF 的添加对姜黄素稳定性及释放效率至关重要。在此基础上，其团队继续对CNF 和海藻酸钠复配凝胶负载功能物质的能力进行探究，复配凝胶能够有效负载亲水性和疏水性小分子物质，3D 打印后采取不同干燥方式得到孔隙度各异的固体材料，可实现对功能物质释放速率的调节（图9c）[87]。

4 总结与展望

3D 打印颠覆了传统食品加工成型技术，为食品行业高质量发展提供新技术模式，是目前食品领域的研究热点之一。植物基纳米纤维素绿色天然、储量丰富、性能优越，作为新食品原料在新兴功能食品以及智能食品包装领域具有良好的应用前景和广阔的发展空间。在未来的应用中可重点突出纳米纤维素的特色优势，包括但不限于直接借助纳米纤维素表面基团负载功能物质，借助3D打印实现对特定环境条件下释放速率的控制，实现功能物质的高效利用；结合现有在食品包装和新鲜度检测的相关应用，使用纳米纤维素3D 打印包装实现负载环境响应物质检测食品新鲜度、缓释保鲜剂延长保质期的目的，实现食品包装的智能化、功能化。

使用植物基纳米纤维素高效结合3D 打印这一面向未来的加工技术，并充分利用纳米纤维素的功能特点发挥3D 打印的技术优势，可为食品行业的发展和产业升级提供技术驱动力。