Еда из 3D-принтера: что это и зачем?

В статье рассмотрены различные технологии 3D-печати в пищевой отрасли, а также приведены основные возможности пищевых 3D-принтеров.

3D-печать – новая технология

Идеи 3D-печати известны с 1980-х годов. Сегодня 3D-печать продолжает активно развиваться и находит все большее применение, так как позволяет создавать сложные объекты, которые невозможно изготовить иными способами.

В пищевой промышленности 3D-печать относится к специфическому виду аддитивных технологий, где используются пищевые материалы для создания пищевых продуктов.   

3D-печать (3D-printing, 3DP) – это процесс производства послойного нанесения материала для создания трехмерного физического объекта из его цифровой модели. Другими словами, 3D-печать – это

• технологический процесс создания трехмерных объектов;
• технологический процесс методом послойного нанесения (наплавления) материала;
• технологический процесс с использованием автоматизированного трехмерного принтера;
• технологический процесс на основе цифровой модели изделия, т.е. CAD-модели (Computer-Aided Design);
• технологический процесс под управлением технологических компьютерных программ (программ ЧПУ – программ числового программного управления).

3D‑печать также определяется другими терминами – аддитивное производство (Additive Manufacturing, AM), изготовление твердой произвольной формы, быстрое прототипирование.

CAD-модели изделия играют важную роль в процессе 3D-печати, так как они являются исходным файлом для создания физического объекта. Все параметры и детали модели, его геометрические и технические характеристики точно переносятся на печатный объект. 

3D‑печать позволяет создавать пищевые продукты с уникальной формой, текстурой и внешним видом, которые трудно или невозможно получить с помощью традиционных методов производства. 3D-печать пищевых продуктов открывает новые возможности, позволяет персонализировать продукты и создавать инновационные решения.

Где используется 3D-принтинг продуктов питания?

Перспективные сферы использования 3D-принтинга продуктов питания:

• производство продуктов питания в кондитерской, хлебопекарной, сахарной, мясной и других отраслях пищевой промышленности;
• дизайн и декорирование пищевых изделий (печать на кофе, украшения для кондитерских изделий, уникальные по форме продукты и др.);
• производство продуктов для специализированного, диетического и лечебного питания в медицине.
• производство продуктов питания во время космических полетов;
• производство продуктов питания с конкретной энергетической ценностью для военной отрасли, а также на месте боевых действий.

Технология 3D-печати может использоваться крупными продовольственными компаниями; на предприятиях общественного питания (рестораны, кафе, пиццерии, кафетерии, бары и др.); в розничной торговле (супермаркеты, специализированные магазины и др.); мелкими продовольственными компаниями (кондитерские, пекарни, магазины шоколадных изделий, кофейни и др.); в домашнем производстве; прочими учреждениями (спортивные, оздоровительные и развлекательные центры, торговые комплексы и др.).

Как печатается еда на 3D-принтере

Первый пищевой 3D-принтер появился в 2013 году в США. Этот принтер позволял создавать различные кулинарные изделия посредством слоев пищевого материала, таких как тесто, шоколад, мясо и др. 

В настоящее время в мире существует 8 базовых разновидностей 3DP, а с учетом модификаций и форм реализации – около 30. Однако в пищевой отрасли, находят применение только 3 модели 3D-принтеров: FDM, PBP и SLS, описанные ниже.

1. FDM (fused deposition modeling) – моделирование методом послойного нанесения/наплавления. Сущность метода: принтеры выдавливают материал (соус, глазурь, сыр, тесто, шоколад, пюре и др.) слой за слоем через сопло-дозатор. Возможно использование несколько картриджей с различным материалом, соответственно будут использоваться несколько головок для печати.
2. PBP (powder binder printing) – порошок-связывающая (капельно-порошковая) печать. Сущность метода: струйная печатающая головка перемещается через слой порошка и избирательно наносит жидкий связующий материал. В качестве порошка используют крахмал, сахар, а в качестве связующего материала – воду и пищевые добавки (регуляторы вязкости и поверхностного натяжения, красители). Для увеличения палитры цвета и интенсификации процесса печати используют несколько печатающих головок.
3. SLS (selective laser sintering) – выборочное лазерное спекание.  Сущность метода: последовательное спекание слоев порошкового материала с помощью лазеров высокой мощности, что обеспечивает частичное плавление, необходимое для спекания материала. В качестве порошка возможно использование сахара и других сыпучих материалов. Несмотря на потенциальную возможность использования SLS для создания пищевых продуктов, в настоящее время нет широко распространенных примеров производства пищевых изделий с помощью этой технологии.

Из чего печатают пищевые продукты?

В большинстве случаев, сырье, используемое в 3D-печати, представляет собой полужидкие среды с заданными характеристиками деформации и текучести вещества. Как правило, сырье используется уже в переработанном виде.

В любом 3D-принтере есть специальные капсулы, в которые закладывают полужидкие ингредиенты. Для изготовления подойдет все, что имеет пастообразное или полужидкое состояние: протёртые овощи, фрукты, сыры, жидкое тесто, шоколад и десятки других вариантов. Кроме того, подходят сублимированные продукты – порошковые ингредиенты, крем, молочные продукты. 

Пример: приготовление 3D-пиццы. Тесто, томатную пасту, майонез, колбасную начинку и сыр предварительно измельчают, помещают в отдельные капсулы и печатают блюдо. Программа наносит слой за слоем по заданной схеме.

Преимущества пищевых 3D-принтеров

В современных условиях использование 3D-принтера может ускорить процессы изготовления сложных блюд в домашних условиях, в кафе и ресторанах. Технологии 3DP в мировой индустрии питания будут активно развиваться и прогрессировать в дальнейшем. Прогнозируется, что к 2030 году пищевые 3D-принтеры будут доступны практически везде в силу быстрого внедрения инноваций в пищевую промышленность и повседневную жизнь.

Преимущества использования 3D-принтеров:

• быстрый процесс изготовления продукта, экономия трудовых ресурсов и повышение производительности труда;
• значительное упрощение и сокращение цепи поставок, так как для изготовления продукта достаточно наличие одного принтера;
• возможность использовать альтернативные материалы, такие как некоторые грибы и водоросли, насекомые, лабораторно выращенное мясо, вторичные сырьевые ресурсы (коллагенсодержащие продукты, сухая молочная сыворотка и др.);
• сокращение объема пищевых отходов и повышение экологической устойчивости.

Источниками информации послужили печатные издания и электронные ресурсы. Дата обращения к электронным ресурсам (интернет-ресурсам): 05.02.2024

Материал подготовлен аналитиком foodsmi Еленой Горшениной.

Источники: Гришин А.С., Бредихина О.В., Помоз А.С., Пономарев В.Г., Красуля О.Н. Новые технологии в индустрии питания – 3D-печать / Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. – 2016. – Т. 4. – № 2. – С. 36–44. |Дресвянников В.А., Страхов Е.П. Классификация аддитивных технологий и анализ направлений их экономического использования / Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. – 2018. – № 2 (26). – С. 16–28. |Дресвянников В.А., Страхов Е.П., Возмищева А.С. Анализ применения аддитивных технологий в пищевой промышленности / Продовольственная политика и безопасность. –  Том 4. – № 3. – 2017. –  С.133–139. |Мелещеня А.В., Шакель Т.П., Кимошевская О.И. Экономические аспекты внедрения аддитивных технологий в сферу производства пищевых продуктов / Актуальные вопросы переработки мясного и молочного сырья. –  2020. – № 14. – С. 15–19. | Пищевые 3D-принтеры – ими интересуется NASA, но они доступны каждому | Топ-10 пищевых 3D-принтеров 2021 года

Материал: foodsmi.com | Новости и стандарты пищевой отрасли

Иллюстрации: Freepik

Подписывайтесь на наш телеграм-канал и сообщество ВК!