未来家庭厨房里的私人厨师将会是一台3D打印机。此打印机与网络相连，等待接收电子邮件或短信指令，为你做一顿美食。
谈到3D打印食物，公众的反应通常是惊奇并掺杂些许抵触情绪。食材由3D打印机烹饪成特定形状，对这一过程，公众感觉有点儿怪异。这当然有趣，但更多的还是异想天开。
食品打印技术还是成功地刺激了人们的猎奇心理。在华盛顿一家酒店外，我正艰难地将笨重的Fab@Home打印机挪向出租车站，目睹这一过程的出租车站管理员向我走来，但他并非如我所愿帮我叫车，而是想一探3D打印机的究竟。
“我在电视上见过这个！”他兴奋地指着打印机大声说道，“你就是那个做食品打印的家伙吗？”我十分确定地告诉他“是的”，我们就是他在电视节目中看到的人和打印机。之后他开始对打印机细致打量，甚至帮我叫来出租车后还兴致勃勃地继续说：“那期节目是我和妻子一起看的，节目播出后，她就想着拥有一台3D打印机，并且已经在设想愤怒小鸟饼干的打印方案。我姐夫也非常想给自己打印些西兰花……”
之后几天，我参加了主题为“酒店业的未来”的酒店高管会议，并发表了关于食品打印机的演讲。一整天里，高管们都在听演讲。他们礼貌地坐着，偶尔记记笔记。十分难耐时，演讲者和与会者去休息间，吃点儿美食或给咖啡续杯放松一下。最终，听够吃好后，我的演讲—食品打印机登场了。
我将Fab@Home打印机放到桌子上，加入饼干面团，开始演示打印任务。几分钟后，台下听众开始伸长脖子看。接着，人们都站了起来。之后人群开始向演讲台移动，我有点儿疑惑，也有点儿担心，因而不得不中止了演讲。
我的听众分散开来，凑成团，包围了食品打印机。这些酒店业高管们都暂时忘记了自己的身份，好奇地围绕在打印机周围，研究打印机的打印头是如何前后运动，又是如何将饼干面团打印成各种形状的。由于大家都围绕在打印机周围不肯离去，我不得不直接跳入讨论环节。
大家回到座位开始头脑风暴。一名销售主管说，他的团队应该为顾客度身定制并在酒店前台提供新鲜的3D打印食物。另一名主管则表示，她的酒店将在客房服务套餐中为顾客提供主题为3D点心的小吃，或者根据顾客独特的膳食需求，为顾客量身定制点心。
这些宣传经历告诉我，不论身份地位，大家都对食物制作很感兴趣。但3D食品打印技术尚处于萌芽阶段，只有少数冒险家和学术机构在进行实验。但是，就像微波炉和自动咖啡机一样，食品打印机市场前景广阔。
数字烹饪：一场烹饪革命
商用3D食品打印机目前还没有面向市场，但如果时间快进几年，我们将很可能在家用电器市场发现琳琅满目的食品打印机，如“科纳科皮亚”，或“自动聚宝盆”—专为家庭设计的四款食品打印机，它们分别是数字巧克力机、数字加工器、机器人厨师和专业搅拌器。
以“科纳科皮亚”为例，马塞洛·科埃略和杰米·英根伯领导的团队创造了“科纳科皮亚”概念。通过在其官方网站上传未来原型的超炫图片，“科纳科皮亚”概念得以推出。食品打印机“科纳科皮亚”系列自上线以来，由于形象逼真，立刻在网络上受到了广泛关注。公众很难确定这些设计概念图片是不是真的食品打印机，或者只是巧妙地呈现出了设计概念。最终，这一疑惑得到了解答，食品爱好者们了解到“科纳科皮亚”原型还不能转化为商品（3D打印狂热者和愿意采用新技术制作美食的美食家们更多的是失望）。
“科纳科皮亚”设计概念旨在引领烹饪界变革。其官网指出：“数字媒体技术曾推动社会各领域的发展变革。但烹饪界的改革仅仅局限于对上百年来一直使用的陈旧烹饪工具的细微改动。”因此每款“科纳科皮亚”概念打印机都将带来一种烹饪方式的变革。但让设计团队感到棘手的是，数字媒体技术在烹饪界的普及度相对不足。科埃略和英根伯同时在网站上提到：概念打印机可以提供一种新的烹饪方式，通过改变烹饪的方式，在原始食材中加入添加剂，最终将食物加工成美观的纹理和形状，但又保持美味。
图8–1?数字巧克力机是一款食品打印机，可为顾客制作巧克力
图片来源：Marcelo Coelho
公众对“科纳科皮亚”食品打印机原型抱有强烈的感性诉求和审美情趣，证明烹饪和饮食领域具有无限的改革潜力。食品打印机也将提供新的创意机会。传统烹饪器械，如切割刀具和烘烤模具，因精准度低，不能加工出复杂多变的形状。但依据科埃略和英根伯的说法，数字烹饪技术却可以烹饪出传统烹饪技术无法企及的口味和形状。
如果食品打印机成功问世，每一台食品打印机都需配备触摸屏、内置记忆卡和网络连接设备，方便使用者记录和上传食材配方、食材质量、营养含量和食材口味等数据。备受公众关注的数字巧克力机原型可以让用户体验更快捷的巧克力设计与制作过程，品尝到各种口味的巧克力糖果。根据设计，只需将食材加入巧克力机传送带上的食盒即可。站在消费者的角度，我还希望该打印机可以装配一键上传功能，方便我更快捷地与亲朋好友分享巧克力点心的创作心得。
第二款“科纳科皮亚”设计概念的原型是家用“数字加工器”，一款个人的3D食品打印机。“科纳科皮亚”官网将其描述为“可由一批冷藏和存储个人口味食材的储存罐开启的打印机”。在“数字加工器”中，消费者可以使用配方储存、食材混合、层状加工等功能，烹饪出其他传统烹饪无法比拟的食材形状和口味。
“数字加工器”的图片显示其形状如微波炉一般大小，为其特别配制的银质光泽食材储存罐，高贵地架于金属套环中，仿佛在召唤“威廉·索诺玛”鸡尾酒摇酒器来与之配对。“数字加工器”的工作过程由计算机操控：食材由储存罐流入混和瓶，然后经由挤压头，最后制成做工精美、可储存的复合美食。
“科纳科皮亚”概念的最后两个成员是机器人厨师和专业搅拌器。机器人厨师将革新单一固态食材（如牛排、鱼和水果）的加工过程。专业搅拌器拥有三层独立旋转传送带，使用者可以进行更细致的食材混合过程，从而体验食材细微的不同所带来的多层次口味感受。
我希望将来呈现在消费者面前的食品打印机实体可以像“科纳科皮亚”概念机一样，简单易操作。食品打印机或数字烹饪开拓出烹饪的新领域，为工作繁忙者提供快捷的食物制作程序。食品打印机、数字食谱和相关的食品存储罐让厨师创造出更新颖、营养并美味的食品，开拓了新的烹饪市场。
图8–2?数字烹饪加工机的设计概念原型
图片来源：Marcelo Coelho and Amit Zoran
但是，数字烹饪现在仍处于概念阶段。家用电器知名厂商和家电销售商尚未推出商用级数字打印机产品。所以当今的大多数食品打印机只出现在研究实验室，在那里，学生、科学家和工程师在尽量解决不相关的工程或设计挑战时意外地找到了打印食品的方式。
淀粉类食品的确是科学家和工程师理想的实验素材，它价格便宜、种类繁多且无毒。大量方便易得的食材，可以进行随意搭配，从而帮助研究人员逼真地模拟昂贵稀有素材的材料特性。
我和我的学生们同样是在Fab@Home打印机的工程实验中意外涉足食品打印领域。我的一名研究生在工程设计实验时意外发现，蛋糕面粉是工程设计原型和打印参数调控的理想材料。蛋糕面粉可溶于水，便于清洗，甚至可以偷偷用舌头舔掉。因此，蛋糕面粉迅速成为业内3D打印实验的原料替代品。
并非只有我和我的学生们涉足3D食品打印。数年前，Fab@Home打印机问世时，我们就希望有人能制造3D打印机，用来打印塑料零件、玩具或其他家庭用品。没想到的是，Fab@Home打印机的使用者写信给我们，分享了食品打印的经历。诺伊·沙尔是肯塔基州路易斯维尔的高中生。在我们于2006年公开征集Fab@Home打印机的设计时，诺伊·沙尔就是最早的一批体验者之一。她的父亲莫尔和她一起成功组装了Fab@Home打印机，接着他们又做了一些定制化的改动，增加了一个热巧克力打印头。
图8–3?诺伊·沙尔赢得2006年高中科学展览第一名的参赛品：打印巧克力
随后的几周里，诺伊·沙尔反复试验不同温度和打印头尺寸对实验结果的影响，通过不懈努力成功打印出肯塔基州形状的巧克力，并最终赢得了高中科学展览比赛的第一名。
打印汉堡包、肉饼和番茄酱
即使打印最简单的面粉，也需要调动整个计算机控制系统。和生活中的大多数休闲活动一样，3D食品打印远比看上去复杂。要打印食品需满足以下几个条件：首先是正确使用机械力，其次是精心设计数字“食谱”，最后是调整合适的食材进料顺序。食材必须软，可以从打印头流出；食材也要硬，可以维持打印后的形状。另外，还要考虑各种食材的固有特性、不同耐热性和多样烹饪方式等影响因素。
汉堡包的传统制作工艺并不复杂。在面包中间依次夹入烤肉、洋葱圈和西红柿片，再挤入番茄酱，一个美味的汉堡包就做成了。但对3D打印来说，这个简单的汉堡包制作过程就变得复杂了，面临着多材料食品工程的挑战。通过3D打印制作的美味新鲜的汉堡包一旦成功，将会成为烹饪工程的一大壮举。
把生碎肉打印成肉饼形状并不难，在上面加一层番茄酱也轻而易举。甚至将生面团烘烤打印成面包至多费费功夫也能实现。
食品打印的难点在于天然新鲜食材的打印。打印新鲜可口的西红柿、洋葱和生菜往往会把你引入工业化的食品生产加工范畴。3D打印新鲜的热汉堡将是工程学的一次壮举，其难度等同于打印复杂器官。因此，现阶段研究学者和美食家还只能设计和打印简单的软食物。
基本的食品打印过程是这样的：正如所有3D打印产品一样，尽管现在还没有研发出类似“食品CAD”的商业软件，食品混合物还是要先被编写成设计文档。食品打印爱好者从网上下载食品设计文档，或者通过工程设计软件自己从头开始创建设计文档。
RepRap（一个3D打印机原型）或者MakerBot广受欢迎的复制打印机等市场上常用的打印机都可以用来打印意大利面一样的塑料条。用来打印食品的打印机必须装有特殊装备，这样才能处理食用原料。设计图源代码公开的3D打印机是满足当前食品打印定制需求的理想工具。
大多数人将塑料打印机改装成食品打印机的做法是：在印刷臂上安装注射器。有些打印机还用自动活塞，用来为食品注射器施加压力。保持压力稳定的办法是每次打印时都校正自动活塞，以保证合适的力度。人类厨师懂得控制烹饪中的力道。但是，食品打印机却不懂得控制力度。
作为商业消费打印机的领航者之一，MakerBot的“复制器”如果在原有基础上再安装一个类似于“挤压机”的部件，就能够改装成食品打印机。挤压机位于3D打印机的内部。塑料夹牢牢地把打印头固定在原处，使用者可以用一个旋盖重新把生鲜食品加载到打印头中。
通过与之相连的空气压缩机所产生的压力，打印头把食材挤出。一台挤压机能够承受高达100磅/平方英寸的压强，这个压强足够给一个自行车轮胎打气了。但公司网站警告使用者“不要超过100磅/平方英寸”。他们没有具体解释这样做可能导致的后果，但是我能想象到花生酱、巧克力酱或其他黏性的东西发生爆炸，喷得厨房满墙都是的场景。
不同的食物配方需要施加不同的压强。有时室温也会影响食品混合物通过打印头的流速。打印头的大小和直径很关键，太小会导致挤压速度过慢，太大则打印出的食物表面粗糙。
即使打印头大小合适、食材流速正常，一些生鲜食材在注射器中也不稳定。有时油会结成块状，或者食品混合物中的水会渗透到注射器的底部，导致打印出来的食品变形，和预期的形状相差甚远。
最让人困惑的是3D食品打印的烹饪方式。人们经常对3D食品打印的过程产生误解，认为打印头可以直接喷出炸好的鸡胸肉或者烤好的面包，其实不然。现在的3D食品打印技术还不能煎、烤或炸需打印的食材，但烘焙饼干还是有可能的。打印机可以通过打印头下的加热平台烘焙饼干。饼干一被打印出来，加热平台就马上烘焙生的饼干。
食品打印关键在分辨率
3D打印的食品形状是否完整和外观是否诱人，关键在于分辨率。过去人们将分辨率和食物联系在一起时，往往强调他们对饮食精细程度的坚持。但是在3D食品打印的新时代，专门谈论分辨率时，他们在说打印成品形状的完好程度。曾经的熟练铁匠、现华盛顿索尔海姆增材制造实验室学生布兰登·鲍曼表示，做曲奇饼干的生面团是3D打印的理想食材。“因为曲奇饼干在烘烤时可以保持高分辨率，足以打印出齿轮上的每一个齿。”布兰登说。而且和做巧克力或花生酱饼干的生面团不同，做曲奇饼干的生面团在烤箱里可以承受高压而不破裂。
布兰登是在做组织工程学研究项目时发现食品打印的方法的。他的研究涉及应用3D打印技术帮助重度烧伤患者被破坏的身体组织快速地重新生长，布兰登最初的研究目标是打印出可生物降解的组织框架，使其形状能够加速新皮肤的生长，随后其自动溶解，留下新皮肤独自生长。
图8–4?高分辨率且美味的3D打印曲奇饼干
图片来源：Jason Bowman, University of Washington
由于人造组织的生物打印技术是一个新的研究领域，研究者只能自己探索打印的原材料。布兰登选择的是蟹壳粉，并混合了其他成分，以获得较好的黏稠度。“我花了1/4个冬天捉螃蟹取壳、烘干、磨粉并制成糊状物。”布兰登说。在普吉特海湾的冰水里捕捉螃蟹，尤其是在西雅图漫长黑暗的冬天里，不仅难熬，而且冰冷刺骨。
布兰登发现，由于打印机的问题和蟹粉糊的质地，他很快就浪费了很多辛苦得来的蟹壳粉。蟹粉糊被打印出来以后，一离开打印头就散掉了，无法保持形状。随着宝贵的蟹壳粉很快被用尽，布兰登意识到根据糊状物材料的性质，或许应该采用其他实验途径。
他需要找出一种和蟹壳粉的质地和反应都相似的试验材料。最终，他想到了这种食盐、面粉、糖、黄油和水的混合物，也就是用来做曲奇的生面团。“我确定如果我可以打印成形的曲奇饼干，那么我也可以打印出帮助烧伤患者皮肤再生的组织框架。”布兰登在电话中向我解释。
“曲奇面团的优点在于它价格便宜且易于获得。”布兰登说道，“我做面包师的朋友都认为这是一个奇怪的研究思路，但对我来说，每天在结束一整天漫长的实验工作后能够吃到曲奇饼干，这是一件不错的事。”布兰登组装了一个定制的食品打印机—一台装有MakerBot公司Frostruder（功能模块）的RepRap Prusa打印机，还配有医用鲁尔锁紧头和打印头。
下面是布兰登打印高分辨率3D曲奇饼干的配方：
1杯面粉
1/2杯砂糖
充分混合
1条黄油棒
1/2杯蜂蜜
1茶匙香草
1/4~1/2茶匙盐（可选）
用带有绿色鲁尔锁紧头的50毫升的注射器打印10~15次
用177摄氏度的温度烘烤7~12分钟
打印机通过打印头下的加热平台“烘焙”曲奇。曲奇一被打印出来，加热平台就自动烘焙生曲奇。我喜欢称这种烘焙为“联机烹饪”。
即使一次简单的曲奇饼干打印也是一项复杂的工程程序。布兰登描述了他遇到的挑战。“任何苏打粉或发酵粉都会迅速膨胀。过程中水将会使打印的曲奇瘫软、散开。”当然也有审美的因素。“在易于打印、保持高烘烤分辨率和维持口感三者之间找到平衡点，是最大的技术难题。”布兰登说。
打印的饼干里面竟然有图案
吃千层面最奇妙的感受在于它内部丰富的构造：各式不同的奶酪、蘑菇、内部黏稠的意大利面，以及烘烤后表面上那层硬硬的意大利面。但多食材的打印仍处于起步阶段。
数年前，当时在康奈尔大学的弗朗茨·尼戈用两种不同颜色的饼干面团打印出了多食材饼干。弗朗茨当时已是一位熟练的面包师，他来自以精细烘烤为傲的奥地利。事实上，他的祖母就因为甜点做得好而远近闻名，即使在糕点美食家云集的奥地利，他的祖母依然称得上是一位出色的面包师。
弗朗茨的目标就是证明3D打印技术可以用来制造拥有复杂内部结构的物体。弗朗茨的设计方案是想打印出内部藏有惊喜的饼干。最终，就像布兰登一样，他也发现了饼干面团是理想的食材。
图8–5?内部含有字母“C”的3D打印曲奇
图片来源：Jeffrey Lipton and Franz Nigl
这种惊喜可能是当饼干被咬开后，意外出现的内部图案。弗朗茨创建了一个设计文档，并且用两个不同的打印头在Fab@Home打印机上建立了一个实验测试平台，一个含有巧克力饼干面团，另一个含有香草饼干面团。第一批从打印头挤压出来的巧克力香草饼干看起来很不错，表明CAD文档起了作用。但在烘烤饼干时，生饼干在烤箱中迅速变形，融化成没有固定形状的小块。弗朗茨打印出来的饼干味道很好，但看起来像灰色的煤块。更糟糕的是，内部的“惊喜”一团糟，棕白交错，一片模糊。弗朗茨历经了执着的探索，甚至还做了一些附加研究，探索巧克力和香草从打印头中挤出时，是否会表现出以前从未发现的出人意料的材料特性。随后，弗朗茨准备再次尝试。他记得小时候，祖母曾为他做过一种外表松脆的饼干。于是他向在奥地利的家人打电话咨询，在一番解释后，他得到了最接近祖母当年所做的那种饼干的做法。
信心满满的弗朗茨·尼戈准备好了巧克力香草饼干面团，加载了打印机。CAD文档和Fab@Home打印机完美地完成了挤压和向加热平台传输的工作。接下来挑战来了，烘烤过程中生饼干能否维持内部和外部原有形状呢？令人焦虑的28分钟后，饼干被拉出烤箱。同第一次实验一样，饼干非常的美味，但不同的是，这次的饼干外形并没有走样。古老的家庭配方发挥了作用。
接下来是更大的挑战：饼干内部的“惊喜”也能保持形状吗？饼干冷却后，弗朗茨迫不及待地咬开饼干，并查看饼干的纵截面。成功了！正如设计案预计的那样，咬开之后的饼干内部完美地呈现着巧克力字母“C”。
具有内部定制图形的饼干的潜在商业市场巨大，打印好的饼干可以充当信息传递器。或许在饼干内部打印一个新的口令可以帮助IT部门将总部定期更改的密码告知顾客。
疯狂科学家公司：他们成功了
并不是所有低成本的食品打印机都使用打印头。一家小型创新公司—“疯狂科学家”的创始人勒诺·爱德曼和温德尔·奥斯卡伊发明了CandyFab，一种用热风机把粗糖融化成岩石般错综复杂形状的3D打印机。这种设计的目标是创造一种利用低成本、可循环食材的低成本食品打印机。
他们的设计灵感来源于采用激光或光源锁定动力聚合物或金属的工业级3D打印机。CandyFab用热风机融化糖，或者用它的创造者所说的“选择性热风烧结融化”手段融化粗糖。CandyFab制造的产品有着粗糙的石头一样的外表，可能这就是技术专家所谓的低分辨率形态。CandyFab应用了开源代码和商用软件。
爱德曼和奥斯卡伊用普通的家用设备创造了CandyFab。其中，熔融糖的热风器是价值10美金的空气加热器件，被温德尔在网上描述为“吹风机内加热原件的小妹妹”。他们将加热原件和冷却风扇连到一起，以易于打印过程中的温度调控。接下来将整个装置连接到一个由两个惠普绘图机改装的机械系统。机身是由普通木箱制成的，上面蒙着家用缝纫机缝制的厚帆布。
图8–6?加热原件熔融糖形成3D形状，不需要附加装配过程
图片来源：Windell H. Oskay, www.evilmadscientist.com
我最感兴趣的是CandyFab的测试过程。为了测试加热枪移动的精准性，爱德曼和奥斯卡伊在加热枪下放了一片面包。当加热枪慢慢地在面包片上写出全世界的软件研发者创建新的应用时都会写出的“你好，世界”时，爱德曼和奥斯卡伊知道他们成功了。
自身量化饮食：你再也不用担心糖尿病和肥胖症了
在饮食、健康和医疗不断被数据驱动的时代，精确的食品打印机是理想的输出设备。低成本传感器、在线评估工具、低成本DNA测试系统和极大改善的医疗诊断测试，引领了健康保健的新时代，即自身量化时代或者“数字自省”时代。对于那些计算、记录或分析他们所摄取的一切物质的人来说，3D打印机中的食材储存罐是很好的食品运载工具。
我们的身体是日渐复杂的数据的采集源。自身量化爱好者会在身上装配数据追踪器，用来记录步行距离、心跳、体重、燃烧卡路里和睡眠质量等数值。在即将到来的生物数据计量时代，伴随着私人医疗保健和家用数控食品打印机的出现，将是怎样一种情景！
未来，医用3D食品打印机也将顺理成章地被用来打印麦片卷和活性增强糖果。当然，应用领域并不局限于此。厨房用的3D打印机将会依据使用者的医疗状况，每小时进行更新。它会利用内置的智能数控系统，依据使用者每日不同的需求量为其量身打印食物。
在人类发展史中，自身生物计量监控尚处初级阶段。人们目前只会简单记录心跳、呼吸速率、舌头表面形态或者排泄物的形态和气味等数据，但现今先进的医疗技术已经使医疗机构以外的人们能够追踪、监控甚至预测身体状况，其他领域也因为不断增长的可获取的数据、计算能力和互联网而发生转变。人们可以预测并管理一周的睡眠质量和周末的低落情绪之间的联系。
我和一位老朋友在旧金山湾一起吃早餐时，第一次接触到了“自身量化”的概念。当时，她的另一个朋友也加入了我们，她正在打造一款人们可以上传和分析身体数据的网络应用程序。当我满足地喝着咖啡、嚼着培根时，我发现这位西海岸的朋友正在喝无咖啡因的绿茶、吃蛋白卷。
我们的话题围绕着她的网站展开，那是一个人们可以记录、追踪并讨论自身生物量化数据的网站。网站使用者可以在网站上记录他们的心跳、他们当天摄入的食物和锻炼的等级。一些使用者还会上传更新血糖值，也有人会进行线上自身精神状况评估，并且记录服用的药物。
在讨论中，我意识到食品打印机将是数字时代完美的食品制造技术。糖尿病患者可以上传血糖数据，然后用软件计算出他们下一餐的营养均衡食谱，并将食谱发送给厨房里的3D食品打印机。注重饮食健康的用户可以用已经嵌入的预先选定的营养素打印土司早餐。
用户可以使用数控食品打印按照特定配比调整食谱中的营养成分比例，如人们可以依据自身生物统计数据及某一天的活动量使用联网的3D食品打印机调整食物摄入。同时，食品打印机能够帮助我们这个超重的社会远离批量生产的品种单一、保质期很长的加工食品，取而代之的是新鲜打印的食物。
专业的3D打印机厨师必须严格遵守纪律。比如，读取生物测量数据后，3D打印机会拒绝给一个早晨没有去慢跑的电视迷提供比萨，取而代之的是新鲜的沙拉和全麦面包。
软件大亨和数学天才史蒂芬·沃尔弗拉姆是一名专业的资深私人数据收集者。他在公司网页的微博中写道：“我对数字感兴趣很久了，很久以前就开始收集，我原以为有很多人在做这项工作，实际上没有多少人做，所以我现在很可能建立了一个世界上最大的个人信息数据库。”
几十年来，沃尔弗拉姆详细地记录自己的日常习惯，如每天敲击键盘的次数、走过的台阶数、睡觉的时间和打电话的时间。他写道：“为了认识自我，我设置系统每天自动给我发送邮件记录前一天的数据信息。”
沃尔弗拉姆是数据分析先锋。然而，随着越来越多的人热衷于分析自身数据，沃尔弗拉姆的习惯很快会成为常态。自身量化运动正快速发展。从某种程度上来说，这是一门关于DNA分析、传感器和分析工具的技术。同时它又体现了人与自己身体的关系。
生物统计数据和精确数控的多食材食物生产将开辟健康新领域。3D打印机配备上满足身体需要的食材盒以后，能实时读取来自身体感应器的无线信号。此时3D打印机将集私人厨师和营养师角色于一身，在你打开房门的同时，为你打印出美味的食物。此外，打印机能够读取车载GPS数据，它能够判断出你是否在堵车或者加班。
打印的食品不仅仅是加工食品
打印出的食物即使营养健康，人们也会产生质疑并有抵触情绪。3D打印食品是加工食品，和生物打印、组织工程和粒子加速器一样，食品打印可以被看作对自然界的直接挑战。
加工食品因加剧了现代社会肥胖症、癌症和心脏病等屡遭责备（事实上也确实如此）。发展中国家的加工食品批评家指出，从遥远地方进口的批量生产的加工食品代替了传统的更加环保营养的食品生产。反式脂肪酸、精加工谷物、高盐和高果糖玉米糖浆不利于身体健康和保持身材。
批量生产的加工食品有时被称为“流行食品”，它们容易发生大规模细菌污染。已经有数百名顾客因在快餐连锁店食用细菌污染的肉而生病。一种典型的加工食品通常会添加几十种人造原料，以改善食品的质地和颜色，延长保质期，使食品吃起来更甜或者味道更好。
加工食品的最大缺点是它口感远远不及自然食物。诚然，薯片味道相当不错，但是7月份在新泽西路边卖的从树上刚摘的梨与副食品商店中出售的批量生产的梨相比，两者的口感相差甚远。
难怪提到3D打印食品，公众大多打个冷战或者笑了起来。其实，这是意料之中的。美国流行杂志《读者文摘》中的一篇文章清楚地描述了加工食品的缺点：
遗憾的是，大多数加工食品含有甜味剂、盐、人造香料、人造脂肪、色素、改变质地的化学制品和防腐剂。但问题不仅是加工食品都添加了什么，还有失去了什么。加工食品通常缺失了保护心脏的天然营养素，如可溶纤维、抗氧化素和有益的脂肪。含有添加剂并失去了营养素的加工食品对我们的身体来说就是一场灾难。
加工食品的危害不是新鲜事。20世纪早期，大量患者涌入密歇根州巴特尔克里克由凯洛格兄弟创建的巴特尔克里克疗养院进行治疗。很讽刺的是，凯洛格兄弟出售著名的加工食品凯洛格麦片粥早点，并以此致富。巴特尔克里克疗养院当时使用的是解决健康问题的根本方法，患者食用低脂肪、低蛋白食物，并进行大量的运动。凯洛格兄弟建议他们的病人：“要想病愈，像黑猩猩一样吃吧。”
图8–7?芹菜和扇贝打印过程
图片来源：Daniel Cohen and Chef Dave Arnold, French Culinary Institute, New York
事实上，单从饮食角度讲，凯洛格兄弟倡导像黑猩猩一样饮食是正确的。但是，与黑猩猩不同，人类不能以从周围环境中找到的生食物为主食。黑猩猩每天花几小时咀嚼食物以从中获得身体所需的营养物质。
与很多人的观点相反，加工食品是现代人健康长寿并享受悠闲时光的主要原因。《赞美快餐》一书的作者雷切尔·劳丹在一篇文章中对她所称的“烹饪卢德运动”提出质疑。工业化食品大大改善了人类的健康。食品加工、保存和运输技术使得营养不良的状况有了好转，人们有时间从事其他活动。
劳丹写道：“机器烹饪反对者从来就不曾有过辉煌，他们的信仰不是基于历史而是基于童话。”食品技术使我们获得了解放和健康。比如冰箱这种新技术延长了食物的储存时间，农业肥料使庄稼长势更好。
劳丹还介绍了加工食品常被忽略的优点：“烹饪现代主义证明了人们想要的是可以保存的新式且方便的工业化食品、价格实惠便民的优质食物。加工食品使得人类长得更高、更壮、寿命更长。”
图8–8?3D打印的炸扇贝
图片来源：Daniel Cohen and Chef Dave Arnold, French Culinary Institute, New York
腌制、硬化、装罐和真空包装等保存技术使得加工食品既有营养又便于运输和储存。现在，人们能够享受千里之外的食品。而且加工食品不容易腐烂，能够运输到很远的地方。以前只有贵族才能享用到的美食，如今也在大众中普及。
数字烹饪或者食品打印会像其他食品保鲜技术一样给人类健康和社会带来益处。生物统计数据和计算能力会带来新的成分组合和食品形状，食品打印会带来新一代健康、新鲜、美味且实惠的加工食品。
从加工食品到合成食品
如果对加工食品还有争议，完全合成食品怎么样呢？我提到的“合成食品”是一种广义的概念，指可食用的营养又美味的食品，但这些食品不是由大众认为的天然的或者能够认出的基本原料制作出来的。
有两种方法可以3D打印合成食品，相对简单的一种是：将食材糊如大蒜干贝混合，然后3D打印成新形状。第二种较现代的途径是：将基本化学材料糊混合，用数字食谱将原食材3D打印成“真实食物”的复制品。
如果你拆解过激光打印机，你可能会记得墨水只有三种基色—蓝绿色、紫红色和黄色，却可以打印出彩虹的七种颜色。按照精确比例将几种基色混合，激光打印机就可以打印出外观漂亮的彩色文件。把基色打印的概念用于食材打印，一个丰富多彩的美食世界的大门就打开了。仅使用几种基本的原料，未来的食品打印机就可以用不同的排列方法组合成原食材，为人们提供无数新的多样化的食品种类。
图8–9?用于食品打印实验的基本食物成分
图片来源：Cohen, Lipton, Cutler, Coulter, Vesco, Cornell University
也许有一天，我们将打印出我们熟悉的营养材料合成制作的美食，比如带有土豆泥和西兰花的烤鲑鱼。我们还可以打印合成鱼肉和牛肉，可以减轻过量捕鱼和养牛对环境造成的破坏。打印的合成食品还可以保障士兵在恶劣环境下的食品供给，为难民提供便携不变质的食品。
我们的地球正面临着人口增长和对肉类需求增加的挑战。目前，地球上有两大食物资源是相对充足的：昆虫和水藻。在很多国家人们都烤蚂蚱和蛹，但西方人不喜欢吃昆虫。
两位来自荷兰大学的昆虫学教授马塞尔·迪克和阿诺德·范胡斯极力宣扬将昆虫作为食物。在《华尔街日报》的一篇文章中，他们提到吃“六腿美食”的益处。
昆虫是高蛋白、低脂肪、富含维生素B和铁、锌等矿物质的理想食材。与牲畜相比，昆虫容易饲养、数量多且排泄物少。在已知动物种类中，80％为六腿昆虫，其中1 000多种可食。至于味道，人们常用“有坚果味”形容。
荷兰某些饭店已将昆虫（通常是蝗虫和甲虫幼虫）列入菜单中，但尚未被食客广泛接受。人们或许永远不会愿意吃一条完整的刚烤好的甲虫，但如果你将昆虫肢解，再将它们撒入彩色凝胶中，就可以打印成美味的肉团状。
当丹尼尔·科恩还是个研究生时，他曾在毕业论文中探索合成食品的生产过程，将其描述为“自下而上的食物设计方法”。科恩的角色是培训工程师，而不是厨师。为了开始合成食品3D打印的探索之旅，他的第一站是到街对面著名的康奈尔大学酒店管理学院为课题组雇用厨艺精湛的学生。
科恩的目的是用尽可能少的食材打印出尽可能多种类的食品。这是一个优化的问题，要用少量的原材料形成最大数量的组合。与此相反，酒店学校的学生有不同的观点，他们对这项挑战很感兴趣，因为这与他们的人造食物增强剂课程
有关。
科恩和他的酒店学生团队有条理地开始将基本食物原料混合成尽可能多种类的混合物。他们按照味道、颜色、人造纤维、营养添加物和变形因子打印混合物。他们加入不等量的种类不同的凝胶和树胶。像查理巧克力工厂的欧伦比人一样，学生们不分昼夜地做着食品打印实验。每天科恩都会向我展示他们的新成果，如与牛奶类似但外形是软立方体，或者吃起来像香蕉的棕色蘑菇。
从食物工程的角度看，这个课题无疑是巨大的成功。但从烹饪学的角度看，它却是巨大的失败。打印出的合成食品是味道还不错的可食用品，但它们太奇怪了。没有人（甚至包括课题组内的研究人员）愿意试吃打印食品，更不必说在杂货店购买，或者在饭店享用了。
图8–10?3D打印的章鱼形玉米面包
图片来源：Jeffrey Lipton, Cornell University
科恩的食品工程证明，食品加工既是一门艺术也是一门科学。消费者无法预测合成食品会以怎样的形式出现在市场上，但至少要以消费者可以识别的形式出现。比如，草莓味的糖果必须是红色，合成蛋白打印的人工鸡肉的形状必须看起来像鸡、有鸡肉的味道和鸡肉的触感。最终出现在烹饪市场的3D打印合成食品必须有仿真的形状，比如看起来像一盘美味的寿司或一只烤鸭。
打印高仿真度的合成食品并非易事，打印水果或蔬菜更困难。打印新鲜天然食品的挑战难度类似于医学研究人员打印活体组织的难度，打印天然食物的复杂化学物质以及设计和构成超越了我们现有科学水平的其他材料组成。
3D打印杀手级应用程序
3D食品打印将改变我们的饮食方式和保健习惯。当数字厨房像个人计算机一样被广泛接受时，或许我们的冰箱里就可以看到盛有冰冻黑巧克力糊和香草鸡肉的食材储存罐。面点爱好者也可以下载蛋糕食谱，打印出制作复杂程度足以与知名大厨所做糕点媲美的美味油酥糕点。家用食品打印机将允许用户设定食物质地和酥脆度，或者写一个食物咬开后才可以看到的“信息”。远隔两地的情侣和家人可以分享同一个蛋糕食谱，并且通过网络摄像头一起打印和品尝美味的糕点。
图8–11?花朵形状的玉米卷面，油炸味道更佳
图片来源：Jeffrey Lipton and Chef Dave Arnold
我不知道将来是否每家都会拥有3D打印机，但如果让我打赌某种3D打印技术将成为家用电器的主流，我愿意购买家用食品打印机。食品打印机让我回想起个人计算机的发展历程。无聊的视频游戏促使很多人买了家用计算机。3D食品打印或许将成为另一个“个人计算机”，无聊的活动最终会成为杀手级应用程序。
