Lebensmittel 4.0 mit 3D-Druck

Forscherteam untersucht Einsatz neuer Rohstoffe zur gezielten Texturierung von Lebensmitteln

02.04.2019 - Deutschland

Lebensmitteldrucker, die beispielsweise Esspapier mit Lebensmittelfarbe bedrucken, sind bereits seit langer Zeit auf dem Markt. Der Sprung von der Bedruckung einer zweidimensionalen Fläche zum Druck von dreidimensionalen Strukturen ist ebenfalls bereits gelungen: Um Astronauten im Weltall mehr Variationen ihres Speisenplans anbieten zu können, entwickelte die NASA vor einigen Jahren die ersten Prototypen eines 3D-Lebensmitteldruckers. Genutzt werden diese allerdings nur in Marktnischen, z.B. um personalisierte Lebensmittel in kleinsten Stückzahlen zu kreieren: eine 3D-Textbotschaft aus Marzipan, ein 3D-Logo aus Schokolade oder kreative Blickfänge in 3D.

Denn die Anwendungen des 3D-Drucks für komplexere Lebensmittel auf Basis stärke- oder proteinreicher Rohstoffe sind noch stark begrenzt: Die Ansätze, Back- und Teigwaren, Knabbersnacks oder Fleischprodukte mittels 3D-Druck in Form zu bringen, stecken noch in den Kinderschuhen. Dies kann im Wesentlichen auf den Reifegrad der Technologie und vor allem den Mangel an geeigneten Druckmaterialien bzw. Rohstoffen zurückgeführt werden. Bis dato werden lediglich Rohstoffe verarbeitet, welche aufgrund ihrer hohen Viskosität Formstabilität gewährleisten – die Auswahl der Materialien ist damit deutlich limitiert.

Mit dem Ziel, dem revolutionären Fertigungsprozess Vorschub zu leisten, setzt an dieser Stelle ein FEI-Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung an, das von einem Team von Forschern aus Quakenbrück und München durchgeführt wird. Zunächst bewerten die Forscher systematisch die Druckfähigkeit (Printability) von protein- und stärkehaltigen Materialien anhand verschiedener Kennzahlen: Die rheologischen, thermischen und strukturellen Eigenschaften werden dann mit dem Druckbild korreliert. Wichtig ist dabei zum Beispiel die Verfestigungskinetik sowie die Adhäsivität des Rohstoffs, damit beim Drucken der Schichten das gedruckte Lebensmittelprodukt zusammenhält. Ziel ist es, Kenngrößen für die Beurteilung von Materialien abzuleiten und den Begriff der Printability allgemeingültig für Rohstoffe zu definieren.
Um nicht nur Formen drucken zu können, sondern auch gezielt Texturen erzeugen zu können, untersuchen die Forscher im weiteren Projektverlauf den Einfluss einer thermischen und mechanischen Behandlung der Materialien. Durch den schichtweisen Aufbau der Lebensmittel eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, z.B. faserartige Strukturen (ähnlich eines Fleischproduktes) oder eine porenhaltige Textur (ähnlich einer Brotkrume) zu erzielen. Das Potential, die Textur von Lebensmitteln über ein Druckverfahren einzustellen, ist also groß. Als weiterer Meilenstein sollen über eine gezielte Variation der Prozessparameter und der Rohstoffzusammensetzung die Grenzen und Möglichkeiten des 3D-Lebensmitteldrucks aufgezeigt werden und abschließend in einer Machbarkeitsstudie bewertet werden.

Von den Ergebnissen werden branchenübergreifend zahlreiche Unternehmen profitieren können. Da die Herstellung von Lebensmitteln aus dem 3D-Drucker dezentral funktioniert und keiner großer Anlagen bedarf, ergeben sich insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen hervorragende Chancen, individuelle Produkte anzubieten und sich vom Massenmarkt abzuheben.