Ein Rezept für 3D-gedruckte Lebensmittel

Forscher ermitteln Faktoren, die sich auf die Qualität der durch additive Fertigung hergestellten essbaren Materialien auswirken.

24.03.2023 - USA

Der 3D-Druck von Lebensmitteln könnte eine Lösung für die globalen Herausforderungen bei der Lebensmittelversorgung und Ernährung bieten. Doch die Anpassung der additiven Fertigung an die Herstellung essbarer Materialien ist mit einigen Hürden verbunden.

In der Publikation Physics of Fluids von AIP Publishing zeigen die Forscher Ezgi Pulatsu und Chibuike Udenigwe von der University of Ottawa eine Reihe von Faktoren auf, die die Druckqualität und Formkomplexität von Lebensmitteln beeinflussen, die mit additiver Fertigung hergestellt werden. Die Berücksichtigung dieser Faktoren kann die Qualität der Lebensmittel erhöhen, die Kontrolle verbessern und den Druckvorgang beschleunigen.

Die additive Herstellung von Lebensmitteln umfasst das Design (3D-Formen und ihre geometrischen Codes), die Vorverarbeitung (Vorbereitung der Lebensmitteltinte), die Herstellung (Auftragen von Schichten zur Erzeugung von Formen) und die Nachverarbeitung (Backen, Kochen, Garen, Gefrieren, Braten oder Trocknen). Jeder Schritt ist eine Gelegenheit, innovative Lebensmittel zu kreieren.

Das ist kein Keksteig, sondern eine Fleischalternative, die mit einem 3D-Drucker und pflanzlichen Zutaten, darunter Kakaobutter, hergestellt wird.

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Eine Änderung der Druckmuster und der Inhaltsstoffe der ursprünglichen Mischung oder Paste kann die Matrix und die Mikrostrukturen des Lebensmittels und damit seine Textur beeinflussen.

Der Fluss dieser Mischung bei der additiven Fertigung ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung und wird manchmal durch die Steuerung von Inhaltsstoffen und Prozessbedingungen gefördert oder behindert.

"Der extrusionsbasierte 3D-Druck ist die am besten geeignete Technik für Lebensmittel", so Pulatsu. "Dabei wird eine Spritze mit einer Lebensmittelpaste - wie Püree, Teig oder Zuckerguss - durch direkte (Drücken des Kolbens) oder indirekte Kraft (Druckluft) aus einer Düse gedrückt."

Die Erzeugung eines stabilen, kontinuierlichen Flusses ist der erste Schritt zu einem erfolgreichen Druckvorgang, so dass durch das kontrollierte Auftragen von fadenförmigem Material die gewünschten Formen hergestellt werden können.

"Sobald eine Schicht aufgebracht ist, soll sie nicht mehr fließen, da sie sonst die von uns geschaffene Form zerstört", so Pulatsu.

Bei der Nachbearbeitung - durch Backen, Kochen, Garen, Einfrieren, Braten oder Trocknen - werden die Mikro- und Makromoleküle des Lebensmittels physikalisch und chemisch verändert, was zu verschiedenen Texturen und Geschmacksrichtungen führt. Gleichzeitig sollte die Form erhalten bleiben oder sorgfältig kontrolliert werden.

"Wir haben auch andere Mechanismen zur Erzeugung von Lebensmittelstrukturen durch verschiedene 3D-Drucktechniken", sagte Pulatsu. "Zum Beispiel werden beim Material-Jetting flüssige Bindemittel auf Pulver aufgebracht, um selbsttragende Schichten zu bilden, und es können auch flüssige Tinten verwendet werden, die nach dem Aufbringen aushärten."

Eine Möglichkeit, die additive Fertigung für die Lebensmittelindustrie effizienter zu gestalten, besteht darin, einen Druckpfad (eine Reihe von computergesteuerten Bewegungen) einzurichten, der bei Lebensmittelanwendungen oft übersprungen wird.

"Zukünftige Studien sollten die Kosteneffizienz verschiedener Technologien in Bezug auf die Herstellungszeit untersuchen, wobei auch die Komplexität der Form und die Strategien für den Werkzeugpfad - die den Druckpfad, die Geschwindigkeit des beweglichen Kopfes und die nicht druckenden Bewegungen umfassen - berücksichtigt werden sollten", so Pulatsu. "Lebensmittel sind lebensnotwendig und werden aufgrund der wachsenden Weltbevölkerung und der Umweltveränderungen immer wichtiger. Daher sollten neuartige Lebensmittel und Matrizen in Absprache mit Köchen, Lebensmittelwissenschaftlern und Ingenieuren entwickelt werden und den aktuellen Bedürfnissen entsprechen."

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.