3D tisk proniká prakticky do všech odvětví průmyslu, potravinářství nevyjímaje. Nicméně zatímco tisk obalů nebo strojů, které lze v tomto segmentu uplatnit, si dovede určitě představit každý, tisk samotných potravin už představuje výrazně specifickou sféru, pro mnohé z oblasti sci-fi. Co tedy lze v této oblasti očekávat? A budou 3D tiskem připravené potraviny poživatelné a chutné?
3D tisk potravin je v principu automatizovaným, aditivním procesem jako každý jiný. Podobně jako v jiných segmentech 3D tisku lze i u potravin dosahovat velmi zajímavých a složitých tvarů vrstvu po vrstvě. V této verzi je však filament nahrazen jedlou pryskyřicí. Na využití možností tohoto inovativního přístupu k výrobě potravin pracují, ať už na straně strojového vybavení, tak především v surovinové oblasti, vědci, bioinženýři a startupy po celém světě.
„Stejně jako lze z kostek Lega stavět struktury téměř jakéhokoli tvaru, 3D tisk potravin umožňuje výrobcům větší kontrolu nad konečným tvarem, nutričními a chuťovými vlastnostmi produktu,“ řekl Bryan Quoc Le, vědec v oblasti potravin, jenž je navíc autorem knihy 150 zodpovězených otázek z oblasti potravinářské vědy, pro magazín Built In.
Každou potravinu je nutné před zahájením tisku navrhnout v CAD programu podobně jako třeba díl letadla, v případě masa „ze zkumavky“ je však potřeba počítat s následným růstem buněk © Redefine Meat
CAD programy i při tvorbě jídla
Proces tisku potraviny je tedy v zásadě poloautomatickým aditivním výrobním procesem, jen se při něm vrství jedlá vlákna, aby vznikaly poživatelné produkty. Pokud na chvíli odhlédneme od zvýšených hygienických požadavků a nároků na kvalitu, nutriční hodnotu a chuť (a s tím pochopitelně i spojené jiné technologie tisku, než jaké jsme už zvyklí vídat v průmyslu), základní principy technologie zůstávají stejné. 3D tiskárny tedy zpravidla opakovaně vytvářejí digitálně zpracované grafické dílo, tedy vycházejí z digitálního souboru vytvořeného pomocí softwaru pro počítačově podporovaný design (CAD). Úplně stejný, jaký používají konstruktéři. Jen jsou místo plastů, kovů či betonových směsí využívány pastovité nebo za určitých okolností (například s pomocí tepla) tvarovatelné potraviny, jako jsou těsta, čokoláda, sýr, cukrovinky na bázi cukru, želatina, kultivované maso, bramborová kaše… V základním pojetí potravin tedy není potřeba se obávat nějakých podivných směsí a kompletní přeměny chuťových zvyklostí. I když, ve spojení např. s molekulární kuchyní, výzkumem tvorby potravin pro využití ve vesmíru či v hladomorem ohrožených oblastech se nepochybně dočkáme velkých změn i v rozšíření chuťového a potravinového repertoáru.
Hlavním lákadlem 3D tištěné kuchyně je tedy její přizpůsobitelnost a ta láká do tohoto prostoru startupy i velké hráče. Prostor se však otevírá i v oblasti zdravotnictví, které zkoumá možnosti využití a způsoby léčby v případech dysfagie, tedy stavu, kdy pacienti mají potíže s polykáním.
Kromě v článku popsané technologie lze využít i práškovou technologii podobnou SLS především při tisku z cukru © Sugar Labs
Teplo musí pomáhat, ne škodit
Zatímco při klasické výrobě potravin je teplo využíváno především k jejich úpravě k dosažení požadované měkkosti, křupavosti, poživatelnosti, chuťových a nutričních hodnot… (tedy během vaření, pečení či smažení), při 3D tisku je primárním cílem ohřívání surovin dosažení jejich ideálních vlastností pro potřeby postupného nanášení, tedy v podstatě tvarování a spojování jednotlivých vrstev. I když v některých procesech lze tyto účely i propojit.
Jedlá „pryskyřice“ je vrstvu po vrstvě protlačována dávkovačem nazývaným extruder a nanášena na konstrukční desku v určitých bodech podél tříosého systému. Jak se počítačem řízený robot pohybuje podél svého hliníkového rámu, tiskne filament složený z vybraných práškových nebo zkapalněných ingrediencí podle předem naprogramovaného receptu.
„Když je potravina dávkována z trysky, padá na studenou tiskovou podložku,“ doplňuje Justin Haines, zakladatel a generální ředitel společnosti Haines Additive Manufacturing, která nabízí řadu 3D tiskáren potravin, a dodává: „Rychle tuhne, než se tryska vrátí zpět a vytiskne vrstvy pro větší pevnost.“
Během celého procesu tisku tedy potraviny procházejí procesem rychlého zahřívaní a ochlazování nebo i „chemických reakcí“, aby se v potřebné době zafixovaly na určeném místě a ztuhly, aniž by podstatným způsobem suroviny degradovaly a vystavily zkáze.
„Někdy má samotná přísada již dostatečnou viskozitu a pevnost, aby zůstala statická, jako například těsta nebo gely,“ uvedl Le.
Nebojte se chutí a ani o zdraví
3D tisk jedlého produktu by tedy ve svém základním pojetí neměl ovlivňovat chutě ani konzistence výsledných potravin, ale dát jim nové tvarové možnosti, zlevnit některé procesy a případně doplnit repertoár o produkty, které dosavadními postupy nebylo možné vyrobit, nebo jen velmi obtížně či s nejistým výsledkem.
V podstatě by ale využívaná surovina měla 3D tiskárnou projít v tak rychlém procesu, že by množství tepla, kterému je složka vystavena během tisku, neměla mít na kvalitu žádný významný vliv.
„Nepoznáte rozdíl v chuti,“ vysvětlil Tom Jacobs, expert na 3D tisk potravin z potravinářské technologické společnosti byFlow, který strávil téměř 10 let jako profesionální šéfkuchař v restauracích oceněných michelinskou hvězdou.
„Co však tiskárna dokáže, je ovlivnit senzorické vlastnosti produktu tiskem texturního vzoru, známého jako výplň,“ řekl Jacobs. „Například pralinky vykazují odlišné chování při tavení, když jsou konstruovány jako duté nebo když je čokoládová pryskyřice manipulována způsobem, který střídá texturní vrstvy z tvrdých na měkké,“ uvedl Jacobs. „Kromě textury se ale samotná chuť nezměnila,“ dodal.
Potraviny vytištěné 3D tiskárnou tedy musí být a jsou bezpečné, pokud jsou tištěny v čistém prostředí, kde se dodržují běžné hygienické předpisy a předpisy pro manipulaci s potravinami, včetně dezinfekce vybavení a čerstvých surovin.
Nespornou výhodou 3D tištěných potravin je možnost jejich přizpůsobení. Obsluha může ovládat tvar, strukturu, chuťový profil a nutriční stabilitu pokrmu integrací různých ingrediencí do procesu 3D tisku. Navíc je dávkování 3D tištěného potravinářského materiálu díky strojům poloautomatické, takže struktury potravin není nutné vrstvit ručně.
Další výhodou 3D tisku je jeho možnost škálování tak, aby byla zaručena jednotnost v celé hromadné výrobě potravin. Takže zatímco tyto koncepty jsou určeny pro masový trh, firmy budou moci kulinářské výtvory přizpůsobovat ve velkém.
Trojrozměrně potištěné jídlo lze také upravovat tak, aby splňovalo nutriční potřeby konkrétního hosta. Například tokijská restaurace Sushi Singularity vyrábí rolky na míru na základě zdravotních testů, které zákazník předloží. Biometrické údaje se shromažďují z lahviček se vzorky slin, moči a stolice při rezervaci.
A Biozoon a Natural Machines adaptují technologii 3D tisku potravin, aby pomohly s jídlem seniorům. Konkrétněji tato inovační centra využívají molekulární gastronomii k přípravě kašovitějších jídel, která pomáhají lidem s dysfagií nebo potížemi s polykáním.
Příklady táhnou
Je pochopitelné, že hlavním tahounem využití 3D tisku byly z počátku především vysoce vědecky založené organizace, mezi které lze počítat i agenturu NASA. Ta se např. spojila se startupem Beehex ze Silicon Valley s myšlenkou, že pizza vytištěná 3D tiskárnou by mohla být klíčem k nakrmení astronautů na dlouhých vesmírných cestách. Cílem vývoje byly a jsou především ingredience v pastové formě uchovávané v kazetách, které zajistí „čerstvost“ po dlouhou dobu, s minimálním nebo žádným odpadem či skladovacím prostorem, přímo napojitelných na 3D tiskárnu bez rizik kontaminace ingrediencí i prostoru. Mohlo by nakonec jít o klíčový prvek úspěchu dlouhých vesmírných misí s posádkou. Např. při osídlování Marsu. Ale zajímavé zkušenosti a aplikace už nabízí i běžnější praxe.
Např. společnost Mondelez International, vlastnící značky Oreo a Cadbury, posunula hranice své nabídky digitálně propojených produktů uvedením nového 3D tiskového stroje už v březnu 2014. S podporou platformy WeChat na festivalu SXSW v texaském Austinu představila první prodejní automat na světě, který vyrábí sendvičové sušenky Oreo s možností přizpůsobení chutě krémové náplně a barvy vlastnímu výběru.
A výrobce majonézy Hellmann's v rámci marketingové kampaně pak na pojízdném stánku s jídlem zhotovoval pomocí 3D tisku karikatury zákazníků na burgerové placičky s použitím své charakteristické omáčky.
Prostor pro nové cesty
Abychom ale dali prostor i inovacím samotných potravin, uvedeme i několik příkladů naznačujících budoucí směry.
Startup Oshi, který se např. zabývá imitacemi mořských plodů a ryb, vyrábí veganské filety z lososa bez kostí, které mají srovnatelné nutriční výhody s pravými. O tento prostor se dělí i startup Revo Foods, který se zabývá alternativami k mořským plodům a vyrábí „uzeného lososa“, „lososovou pomazánku“, „gravlax“ a „tuňákovou pomazánku“ z ingrediencí, jako jsou hrachové proteiny, řasy a rostlinné oleje.
Společnost Steakholder Foods pak s pomocí bio „inkoustu“ vyrobeného z kmenových buněčných linií vytváří steaky. Poté co inkoust naplní do stroje, vytiskne maso podle digitálního návrhu a následně jej umístí do inkubátoru, kde se buňky po dobu několika týdnů diferencují na svalové a tukové buňky.
A výzkumníci z Ósacké univerzity v Japonsku se ubírají podobnou cestou při replikaci hovězího masa wagyu, což je maso ceněné pro svou intramuskulární strukturu a charakteristickou texturu.
A společnost Good Meat vyrábí kuřata vytištěná na 3D tiskárně z buněčné kultivace, která jsou určena k prodeji ve Spojených státech a Singapuru.
Nelehké začátky
Vzhledem k omezenému trhu s potravinami tištěnými 3D tiskem a jejich nedostatečnému širokému využití jsou ovšem ingredience vyrobené speciálně pro tyto potraviny vcelku vzácné. Neexistuje mnoho výrobců ingrediencí pro potravinářské „inkousty“ a omezený je tak i seznam a množství ingrediencí, které jsou pro proces 3D tisku vhodné.
Proces 3D tisku potravin je navíc ve srovnání se zavedenými metodami výroby potravin relativně drahý, zejména u složitých receptů. Aktuálně dostupné tiskárny pro 3D tisk potravin vyjdou sice „jen“ zhruba na 1 000—5 000 USD, což je průměrné cenové rozpětí, ale jejich výrobní kapacita není zatím příliš veliká a v poměru ceny a výkonu tedy zatím příliš nevynikají. Zkušenosti z průmyslu, kde byl 3D tisk zpočátku také využitelný jen při výrobě prototypů a speciálních aplikací a dnes už proniká i do masové výroby, kde naopak náklady šetří především díky úspoře materiálů, však naznačují, že by i v potravinovém průmyslu mohla být cena 3D tisku jen dočasně omezujícím faktorem. Zvláště v době, kdy řešíme nejen ekologii, ale také problémy s plýtváním potravin a s hladověním v některých částech světa.
Tak třeba biotechnologická společnost Modern Meadow se už nyní specializuje na aplikace proteinů a ve svém 900 m2 velkém biofabrikačním závodě v Brooklynu ve státě New York vyrábí steakové lupínky a pravou, v laboratoři pěstovanou kůži. Ve srovnání s konvenčními zemědělskými metodami odhadují, že jejich výrobní prostředky využijí pouze 1 % půdy, 4 % vody a 55 % energie, a to bez nutnosti porážek.