随着生活水平的提高,传统的食品制造方法已经难以满足人们对于食品外观个性化设计的需求。而食品3D打印技术作为一种集合了数字处理、计算机、数控和材料等多种现代技术的食品加工手段,可以对食品外观进行个性化定制。但目前的3D打印技术侧重于使用单一材料制造静态结构,不能满足一些动态结构的需求,4D打印技术的出现解决了这一问题。4D打印是指3D打印物在特定的刺激下,其理化属性（如形状、颜色）或功能能够随时间发生变化。虽然4D打印技术在其他领域已经进行了广泛的研究,但食品领域的研究还处于非常匮乏的阶段。因此,本文以紫薯泥（PSPP）和土豆泥（MP）作为薯泥体系的代表,旨在开发出能自发发生形状和颜色变化的4D打印食品。这一研究将有助于展现食品3D打印技术个性化定制的优势,也为4D打印技术在食品领域的应用提供了一个新思路。首先,初步探究了基于4D打印用途的薯泥物料特性和打印特性之间的关系,并确定出打印特性较佳的基础薯泥配方用于后续研究。结果表明,所有的薯泥都表现出剪切稀化特性和剪切恢复特性;且随着紫薯粉和马铃薯雪花粉添加量的增加,PSPP和MP的表观粘度、储能模型（G’）、流动应力（τf）、硬度和胶着性均增大,弛豫时间减小。表观粘度和τf与薯泥的挤出性有关,G’和τf与薯泥打印结构的形状维持能力有关;表观粘度和τf过大,不利于薯泥挤出成型,G’和τf过小,不利于薯泥打印结构形状的维持;对于PSPP,30%～40%的紫薯粉添加量制备成的PSPP具有适当的表观粘度、G’和τf,打印线条良好,打印精度高,打印结构的形状保真度高;对于MP,25%～30%的马铃薯雪花粉制备成的MP具有良好的打印精度和形状保真度。综合考虑后,30%的紫薯粉和马铃薯雪花粉添加量被确定分别用于PSPP和MP的4D打印自发变形和自发变色研究。其次,基于第一阶段确定的基础薯泥配方,利用3D打印技术构建了打印样品/纸双层结构,以微波脱水作为刺激条件,研究了微波功率、物料组成、内部填充参数对4D打印定向变形的影响。研究结果表明:增大微波功率能提高打印样品的脱水速度和变形速度、缩短变形时间、降低打印样品的变形程度;食盐含量的增加能显著增加打印样品的介电损耗因子（ε"）,提高打印样品的脱水速率,缩短变形时间,降低打印样品的变形程度;黄油含量的增加虽然降低了打印样品的ε",但对打印样品的脱水速率没有显著的影响,但同样也会降低打印样品的变形程度;其他条件一致时,除了高黄油含量（4%～8%）,其他情况下,打印MP的最终变形程度都显著高于打印PSPP的最终变形程度;此外,调节填充率和填充角度能控制打印样品的变形程度和变形方向。基于此,通过模型设计和填充参数的调节,实现了复杂模型形状的变化。最后,在第一阶段确定的基础薯泥配方的基础上,在MP中加入柠檬酸或小苏打,并研究了3D打印的MP（含酸或碱）/PSPP双层结构在p H诱导下自发进行的4D打印变色行为。结果表明:MP/PSPP双层结构中,由于酸离子或碱离子浓度差和花青素浓度差的存在,随着时间的变化,PSPP层的花青素会逐渐迁移到MP层,使酸性MP由白色渐变成红色,使接近中性的MP由白色渐变成紫色,使碱性MP由浅灰色渐变成绿色;且颜色强度的变化与酸或碱含量呈正相关;而MP层的酸离子或碱离子也会逐渐迁移到PSPP层,使PSPP由紫色变成红色或绿色。此外,还通过设计打印模型和控制不同物料的分布,利用双喷头打印机实现了多材料（三种及以上）3D打印,且该打印食品会随着时间变化呈现出多种颜色。