Rewolucja w przemyśle spożywczym

Druk 3D polega na nakładaniu na siebie kolejnych warstw tworzywa, które generują jednolitą strukturę. Standardowa drukarka 3D składa się z trzech bloków: komputera, umożliwiającego interakcję między użytkownikiem a drukarką, oprogramowania oraz silników, pozwalających na pracę drukarki. Do produkcji jedzenia za pomocą takiego sprzętu można używać zarówno tradycyjnych, jak i niekonwencjonalnych materiałów. Mogą być one w postaci stałej, ciekłej lub kultur bakterii, jednak aby nadawały się jako tusz do drukarek, muszą mieć odpowiednie właściwości fizykochemiczne. Materiał spożywczy podczas osadzania warstw musi być płynny, a jednocześnie – gwarantować wysoką wytrzymałość mechaniczną już wydrukowanych warstw przez długi czas. Wymaganie to spełniają hydrokoloidy, które podczas drukowania tworzą wielkocząsteczkowe sieci żelowe, a w stanie spoczynku – tężeją i zachowują nadany kształt.

Składniki do druku żywności można podzielić na trzy kategorie: materiały, nadające się do druku, tradycyjne materiały spożywcze, nienadające się do druku oraz składniki alternatywne. Pierwsze mogą być bezpośrednio wytłaczane ze strzykawki bez dodatku środków, poprawiających płynność. Należą do nich np. ciasto, ser, czekolada lub masło, a także proszki, takie jak cukier lub skrobia. Do tradycyjnych, niedrukowalnych materiałów spożywczych zalicza się: mięso, ryż, warzywa i owoce. Muszą być do nich dodawane substancje, poprawiające płynność i lepkość, aby nadawały się do procesu wytłaczania. Takimi substancjami są np. skrobia, pektyna, żelatyna lub alginian. Z kolei alternatywne składniki obejmują nowe źródła funkcjonalnych i bioaktywnych związków. Są to np. białka i włókna, wyizolowane z owadów, alg, mikroorganizmów oraz pozostałości z procesów rolniczych i spożywczych. To właśnie alternatywne źródła pożywienia sprawiają, że druk 3D stał się obiektem zainteresowania w przemyśle spożywczym.

Alternatywne źródła pożywienia a druk 3D

Obecny wzrastający trend demograficzny na świecie sugeruje, że pożywienia w konwencjonalnej i znanej do tej pory formie może zabraknąć. Możliwe zatem, że w niedalekiej przyszłości ludzkość będzie musiała korzystać z alternatywnych źródeł żywności, której podstawę mogą stanowić mikroalgi. Są one rezerwuarem wielu składników odżywczych, takich jak kwasy tłuszczowe, białka oraz mikroelementy. Dużym wyzwaniem są jednak przyzwyczajenia związane z odżywianiem – mikroalgi znacząco zmieniają zapach, smak oraz strukturę potraw. Właśnie w kwestii odczuć sensorycznych druk 3D oferuje wiele możliwości. Za jego pomocą można wytworzyć żywność o dowolnych kształtach i teksturach, przypominających te, do których przyzwyczajone jest społeczeństwo.

Dzięki technologii druku 3D możliwa jest również szybsza i wydajniejsza produkcja żywności dla osób o specjalnych potrzebach, np. chorujących na celiakię. Opracowana została metoda, pozwalająca na wytworzenie za pomocą druku 3D zbożowych przekąsek, niezawierających glutenu, z dodatkowymi składnikami odżywczymi, pozyskiwanymi z mikroalg. Ciasto przygotowano z mieszaniny mąki ryżowej i kukurydzianej, z dodatkiem soli, skrobi kukurydzianej, oliwy z oliwek, wody oraz dwóch gatunków mikroalg: Chlorella vulgaris i spiruliny. Zależnie od stężenia zawartości mikroalg ciasto wykazywało różne zachowanie podczas procesu drukowania. Dla 5% zawartości nie zaobserwowano niepożądanej reakcji, natomiast już dla 10% występowały błędy, takie jak złe ułożenie warstw lub braki w niektórych miejscach formy. W przypadku 15% zawartości obu mikroalg ciasto było dobrze procesowalne, ale wykazywało zwiększoną lepkość, co powodowało zbyt duże jego zużycie. Ciasto z zawartością 30% było już całkowicie niezdatne do druku, ze względu na zbyt dużą zawartość polisacharydów i białek, zmniejszających elastyczność i płynność. Nie tylko jednak zawartość mikroalg zmieniała całkowicie końcową formę wyrobu. Na bardziej skomplikowane kształty wpływ miały również takie parametry, jak: wysokość/wielkość dyszy dla pierwszej warstwy, prędkość druku czy grubość warstwy.

Podczas badań, charakteryzujących wytworzone w ten sposób przekąski, naukowcy określili, że największą zawartość składników odżywczych wykazywały te z 5% zawartością spiruliny. Przeprowadzono też badania, sprawdzające wrażenia sensoryczne podczas spożywania tak przygotowanych batonów. Większość badanych stwierdziła, że najbardziej nieodpowiednia jest tekstura przekąsek, co jednak wynikało z czasu ich pieczenia. Był on dostosowany do uzyskania chrupiących przekąsek, ponieważ krótszy czas pieczenia powodował, że te nabierały miękkiej konsystencji, natomiast wyższy ­­– że były przypalone i jeszcze twardsze. Pod względem barwy najgorzej były oceniane przekąski, zawierające Chlorella vulgaris, które charakteryzowały się kolorem zielonym, odbieranym przez badanych jako sygnał, że żywność jest zepsuta. Najlepiej oceniane pod kątem koloru, tekstury, smaku, zapachu i wyglądu były batony z 5% zawartością spiruliny. Jest to wynik obiecujący, ze względu na najlepszy skład odżywczy tych przekąsek. Wprowadzenie ich jednak na rynek wymaga większej liczby badań oraz ulepszenia procesu – przy obecnych możliwościach druk 3D jest wciąż nieopłacalną w produkcji żywności metodą.