Élelmiszer a 3D nyomtatóból - a tápanyag-változás
A NASA egy 3D-s élelmiszer-nyomtató kifejlesztésén dolgozik űrmissziókhoz. A Neuschwanstein kastély marcipánból készült másolatát kinyomtatják a világ legnagyobb sütőipari vásárán. Londonban megnyílik egy felugró étterem, ahol az egyik többfogásos vacsorát kínál a 3D nyomtatóval.
Ezek és hasonló jelentések az elmúlt években felhívták a média figyelmét. A 3D nyomtatóból származó ételek egyre nagyobb érdeklődést mutatnak. Körülbelül tíz éve léteznek tudományos kutatások. Mind a fiatal, mind a bejegyzett vállalatok, beleértve a a cukrászdagyártó Katjes és a Barilla Group számít, kísérletezik az új technológiával. De mit mondanak a fogyasztók a 3D-s élelmiszerek nyomtatásáról? Mi a helyzet az elfogadással és a lehetséges felhasználással? Milyen előnyöket várnak és hol látnak problémákat? És ne felejtsd el: egyáltalán jó ízűek a 3D nyomtatóból származó ételek?
Mely folyamatok vannak és melyek az ételek?
A 3D-s élelmiszer-nyomtatás az ipari 3D-s nyomtatásból származik az 1980-as évek végén. Az alapelv azóta alig változott: Az objektumokat digitálisan modellezik a számítógépen, majd 3D nyomtatóval, azaz additíven, rétegenként gyártják. A fő különbség abban rejlik, hogy az élelmiszereket a nyomtatási folyamat kiindulási anyagaként használják. A 3D nyomtatás során az étel alakja, színe, textúrája és íze tekintetében változtatható.
Különböző gyártási folyamatok léteznek az élelmiszerek 3D nyomtatásához. Godoi és mtsai. (2016) megkülönbözteti ezeket a folyamatokat a kiindulási anyag jellege szerint.
Az extrudálási folyamat során lágy vagy folyékony ételeket, például olvasztott csokoládét, fondantot, tésztatésztát, valamint gyümölcs- és zöldségpürét használnak. A masszát egy extrúziós fúvókán keresztül préselik. Fizikai tulajdonságai miatt az olvasztott csokoládé jelenleg az egyik leggyakrabban használt élelmiszer a 3D-s élelmiszer-nyomtatásban. A nap végén a választás és a textúra határozza meg a méretstabilitást. Ily módon a nyomtatott tárgyak konzisztenciájuk, az azt követő hűtési fázis vagy a hidrogél további felhasználása miatt megtarthatják alakjukat. A digitális modellezésben korábban definiált paraméterek szintén meghatározóan befolyásolják a méretstabilitást.
Például cukrot, kakaóport vagy fűszereket használnak por alapú folyamatokban. A kiindulási anyagot először egy sík, leereszthető munkafelületen osztják szét. A lézer vagy a forró levegő áramlata röviden felmelegíti az egyes rétegekben lévő részecskéket a koordináták mentén, és ily módon biztosítja, hogy azok a megfelelő pontokban összeolvadjanak. Miután az emelvényt egy réteggel leengedte, új poranyagot visznek fel a munkafelületre. Alternatív megoldásként folyékony kötőanyag is használható erre a folyamatra.
Az élelmiszerek összetétele kémiai és fizikai tulajdonságaik, valamint a hőmérsékletállóság és az eltarthatósági különbségek alapján azt is világossá teszi, hogy nem minden élelmiszer alkalmas 3D-s élelmiszerek nyomtatására. Nagy kihívás az alak megőrzése a további feldolgozási lépésekben, például főzés, pörkölés és sütés során.
Hol használják a 3D-s élelmiszerek nyomtatását?
A 3D nyomtatási technológia megmutatja erősségeit, különös tekintettel az egyes termékekre és a kis gyártási mennyiségekre. A bonyolult formák hagyományos gyártási eljárásokkal történő előállítása túl drága, vagy akár lehetetlen. Másrészt a kreativitásnak alig vannak korlátai a 3D nyomtatásban. A felmerült termelési költségek szintén előnyösnek bizonyulhatnak, mert a növekvő összetettség ellenére a gyártási költségek szinte változatlanok maradnak.
Lipton és mtsai. (2015) ezt a "Kisüzemi élelmiszer-előállítás" lehetőséget látja a 3D-s élelmiszer-nyomtatás továbbfejlesztésére. Különösen a pékségek, cukrászdák és éttermek részesülhetnek a geometriai tervezés szabadságában a jövőben, és így magasabb hozzáadott értéket érhetnek el az előállított termékek számára. Az élelmiszeripari vállalatoknak lehetőségük lenne innovatív termékeket használni, hogy felhívják a fogyasztók figyelmét az értékesítés helyén, és izgassák őket a termék, a márka és a vállalat iránt.
Ezért nagy az érdeklődés a 3D-s élelmiszerek nyomtatása iránt - mind a tudomány, mind az ipar részéről. Az olyan start-up vállalkozások, mint a Print2Taste a Freising-től vagy a barcelonai Natural Machines, már fejlesztenek 3D-s élelmiszer-nyomtatókat professzionális használatra. 2015 augusztusában Katjes bemutatta az első élelmiszer-tanúsítvánnyal rendelkező 3D gyümölcsgumi nyomtatót a kiskereskedelem számára. Barilla egy 3D-s tészta nyomtatóval kísérletezik, amelyet az milánói EXPO 2015-en mutattak be. EU-szinten pedig öt ország vesz részt a PERFORMANCE (PERsonalized FOod using Rapid MAnufacturing for the Nutrition of Senior ConsumErs) projektben, amelyben a 3D-s élelmiszer-nyomtatást egy holisztikus és személyre szabott ellátási lánc központi technológiájának tekintik, amely az idős emberek egyéni táplálkozási igényeihez igazodik valamint rágási és nyelési nehézségekkel küzdő emberek.
Wegrzyn és mtsai. (2012) a jövő fogalmát látja, különösen a személyre szabott táplálkozásban. A hangsúly az egyedi táplálkozási szükségleteken alapuló élelmiszer-előállításon van. Lipson & Kurman (2014: 154 f.) Számára a 3D-s élelmiszerek nyomtatása is döntő mértékben hozzájárul a jövőben a személyre szabott táplálkozás fejlesztéséhez és előállításához.
Hogyan tekintik a fogyasztók a 3D-s élelmiszer-nyomtatást?
A 3D-s ételnyomtatás már most is a jövő egyik leggyakrabban említett élelmiszer-trendje (Nestlé Future Forum, 2015; Rützler & Reiter, 2015). Egy első, reprezentatív, 2015-ös tanulmány azt mutatja, hogy a 16–24 évesek 24% -a és a 25–34 évesek 23% -a elkészítené az ételt egy 3D-s élelmiszer-nyomtató segítségével (Reichelt Elektronik, 2015). Sokkal több azonban még nem ismert a fogyasztó szempontjából. Ez meglepő, amennyiben a fogyasztók elfogadása és használata döntő előfeltétele lesz a 3D-s élelmiszer-nyomtatás sikerének a jövőben.
Emiatt a 2016. évi mester szakdolgozat részeként kvalitatív elemzést végeztek a 3D-s élelmiszerek nyomtatásának elfogadásáról és használatáról a fogyasztó szempontjából. 1
13, átlagosan 32 éves korú ember vett részt az irányított interjúkon. A beszélgetésben való részvétel előfeltétele a főzés vagy a sütés öröme volt. Az ötlet azon a feltételezésen alapult, hogy mindenekelőtt azok a fogyasztók, akik élvezik az ételek feldolgozását vagy kreatív elkészítését, érdeklődni fognak a 3D élelmiszerek nyomtatása iránt. Jelenleg nem feltételezhető az élelmiszerek általános megértése vagy ismerete a 3D nyomtatóból. Ezért összehasonlítható tudásbázist kellett létrehozni az irányított interjúk számára. A résztvevők ezért az interjú előtt három videót kaptak, amelyeken bemutatták a 3D-s élelmiszer-nyomtatók különféle lehetséges felhasználási módjait. Az interjút követően részt vettek a 3D nyomtatóból származó gyümölcsgumi érzékszervi értékelésében is (1. ábra). További 32 hallgató vett részt ebben az érzékszervi értékelésben egy előadás keretében, amelynek eredményeként összesen 45 ember vett részt.
Ezen kívül két szakértő állt rendelkezésre egy interjúhoz: prof. Thomas Vilgis, a mainzi Max Planck Polimer Kutató Intézet fizikusa és a molekuláris konyha szakértője, valamint Thomas Bühner, az osnabrücki „la vie” étterem szakácsa és három Michelin-csillagot kapott. Mindkét szakértő személyesen értékelte a 3D-s élelmiszerek nyomtatását technikai hátterük alapján.
Az interjúalanyok fele a felmérés idején már hallott a 3D-s élelmiszer-nyomtatókról. Jelenleg azonban nehéz elképzelniük, hogyan használják a saját háztartásukban. A becslések szerint túl magas vételár és az egyéni hozzáadott érték hiánya az élelmiszer-feldolgozásban ennek fő oka. Ezen a ponton a szakértők egyetértenek abban, hogy a 3D-s élelmiszer-nyomtató használata érdekesebb lesz a speciális embercsoportok számára, de kevésbé az átlagos magánháztartás számára. A 3D-s élelmiszer-nyomtató elsősorban a személyes ajándékok, az egyedi üdvözlet tervezése vagy a cupcakes, sütemények és torták díszítése szempontjából érdekelné az interjúalanyokat. Elképzelhető a gyermekek számára készült egészséges ételek, például gyümölcs- és zöldségpürék, állatfigurák, játékos elkészítése is.
A beszerzési és utólagos költségek, a higiéniai és tisztítási lehetőségek, valamint a nyomtatási eredmények minősége alapvető tényezők a (hipotetikus) vásárlási döntés szempontjából. Ugyanakkor a higiéniai és tisztítási lehetőségeket, valamint a nyomtatási eredmények minőségét tartják valószínűleg a használat legnagyobb problémájának. Az interjúalanyok intuitív működésre vágynak, hogy megkönnyítsék a 3D-s élelmiszerek nyomtatásának kezdetét és garantálják az optimális nyomtatási eredményeket. Ugyanakkor hajlandó intenzívebben foglalkozni az eszközzel és a technológiával is.
A 3D-s élelmiszerek nyomtatásával kapcsolatban kevés aggály merül fel. A kereskedelem előregyártott termékeit kritikusabban tekintik, mint a házon belül elkészített, majd kinyomtatott ételeket. Így a jelenlegi aggályok inkább termékekkel és kevésbé folyamatokkal kapcsolatosak.
Az interjúalanyok számára kidolgoztak egy forgatókönyvet a gasztronómia témához: 3D nyomtatott csokoládé desszert rendelése az étteremben. A desszertet a megkérdezett résztvevők jól fogadják, akiknek szintén sokáig kellene várniuk. Feltűnő az alacsony fizetési hajlandóság, bár ez az ételkészítés innovatív módja. A résztvevők megerősítik azt a hozzáadott értéket is, amely a tapasztalatban ilyen módon megjelenik. Az egyik magyarázat a saját maguk által megkérdezett emberek csoportjában rejlik: A hallgatók jövedelme alacsonyabb, ezért árérzékenyebbek lehetnek. Nagyon pozitív reakciókat kapott az a gondolat, hogy saját 3D-s modelleket kell USB-meghajtóra vinni, vagy előre e-mailben elküldeni az étteremnek. Megfelelő alkalomként születésnapok, esküvők vagy céges ünnepségek jelennek meg.
Az interjúalanyok a következő tíz évben csak kis jelentőséget tulajdonítanak a háztartások 3D-s élelmiszer-nyomtatásának. A gasztronómia és az idősek otthona elképzelhető alkalmazási területnek tekinthető. A szupermarketekben történő termékbemutatókat, a funkciók széles skáláját és különösen az élelmiszer-feldolgozásban végzett munka megkönnyítésével járó hozzáadott értéket nevezik meg a nagyobb terjesztés alapvető tényezőinek. Az értékesítési helyeken klasszikus termékbemutatókkal az élelmiszer-kiskereskedők képesek lennének kibővíteni saját (szolgáltatási) kínálatukat és közvetlenül gyártani egyedi termékeket, vagy megrendelni az ügyfelek számára, hogy megkülönböztessék magukat a helyi versenytársaktól.
A 3D nyomtatóból a gyümölcsgumi polip első benyomása pozitív. A résztvevők 89% -a azt mondja, hogy kedveli a gyümölcsgumi polipot. Hangsúlyozzák a megjelenést és az alakot, valamint a színeket és a színrétegeket. Ízét tekintve a gyümölcsgumit is nagyon jónak értékelik. A résztvevők negatívnak érzékelik a konzisztenciát, és különösen a ragadósságot. A nyomtatás részletességének szintje szintén túl pontatlan. Bár az alak felismerhető, a részletek még hangsúlyosabbak lehetnek.
Következtetés
A hagyományos gyártási folyamatokkal ellentétben a 3D nyomtatás egyedi termékekkel és kis gyártási mennyiségekkel mutatja az erősségeit. A jövőbeli alkalmazási lehetőségekre vonatkozó ötletek jelenleg nem tűnnek korlátozottnak. Mind a fiatal, mind a letelepedett vállalatok már keresnek új üzleti területeket és innovációs lehetőségeket, bár a lehetőségek még mindig nagyon korlátozottak. A fogyasztók alapvetően pozitívan viszonyulnak a 3D-s élelmiszerek nyomtatásához, de továbbra is egyéni hozzáadott értéket keresnek. A 3D-s élelmiszerek nyomtatása a Star Trek híres sokszorosítójáig még mindig nagyon hosszú.
Megjegyzések
1 Élelmiszer a 3D nyomtatóból: Az elfogadás és a felhasználás minőségi elemzése a fogyasztó szemszögéből, Justus Liebig University Gießen, Nutrition Science Institute (Professorship for Food Science), 2016
irodalom
Godoi, F. C., Prakash, S. és Bhandari, B. R. (2016): 3D nyomtatási technológiák az élelmiszer-tervezéshez: Állapot és kilátások. Journal of Food Engineering, 179. (június), 44–54.
Gong, J., Shitara, M., Serizawa, R., Makino, M., Kabir, M.H. és Furukawa, H. (2014): Meso-díszített gélek és ételek 3D nyomtatása. Anyagtudományi Fórum, 783-786 (május), 1250-1254.
Lipson, H. & Kurman, M. (2014): A 3D nyomtatás új világa, Weinheim: Wiley.
Lipton, J. I., Cutler, M., Nigl, F., Cohen, D. és Lipson, H. (2015): Adalékanyagok gyártása az élelmiszeripar számára. Trends in Food Science & Technology, 43 (1), 114–123.
Nestlé Future Forum (2015): Hogy áll Németország 2030? Nestlé Future Study, Frankfurt am Main: német szakkiadó.
Reichelt Elektronik (2015): A németek kétharmada 3D nyomtatókat akar használni. Sajtóközlemény, május 22.
Elérhető: presseportal.de/pm/115736/3028785 [2017.02.28.].
Rützler, H. és Reiter, W. (2015): Food Report 2016, Frankfurt: Zukunftsinstitut.