In de toekomst komt voedsel uit de printer
De eerste 3D-voedselprinters zijn al op de markt – ook voor hobbykoks. Die toestellen kunnen al aardig goed overweg met chocolade en pastadeeg. Ingenieurs en levensmiddelentechnici sleutelen nog steeds aan manieren voor het printen van vleesvervangers. De
De Amerikaanse fastfoodketen Kentucky Fried Chicken (KFC) test momenteel de productie van kipnuggets – gepaneerde en gebakken stukjes kip – met een 3D-printer. KFC werkt samen met het Russische bedrijf 3D Bioprinting Solutions. Volgens planning zouden in het najaar de eerste nuggets uit het laboratorium in de KFC restaurants in Moskou verkocht kunnen worden.
De samenwerking met KFC is niet de eerste keer dat het bedrijf actief is in voedingsindustrie. Het werkt al enige tijd samen met het restaurant Twin Garden in Moskou. Op YouTube staat een video van hoe in de keuken een visschotel wordt bereid: de Fabion 2 3D-printer van 3D Bioprinting Solutions print met bonenpasta het raamwerk voor een miniatuur inktvis. De laag bonenpasta heeft een wafelstructuur, waarvan de printer de holtes vult met celweefsel dat van vissen afkomstig is (die en alle andere genoemde video’s zijn te vinden via de link op de laatste pagina van dit artikel). Meerdere van die lagen worden over elkaar aangebracht tot het resultaat de gewenste hoogte heeft, vertelt Andrei Rukavishnikov, Sales & Marketing Director bij 3D Bioprinting Solutions. Er is gekozen voor vlees van vissen in plaats van inktvis om het risico op allergieën te verminderen.
GROTE UITDAGINGEN
Het is nogal een verschil of een 3D-printer plastic filament verwerkt of dat er voedselpulp in de cartridge zit. Ook makkelijk hanteerbare, homogene materialen zoals chocolade, suikerpasta en pastadeeg gedragen zich tijdens het printen allemaal verschillend. Daar komt bij dat bepaalde combinaties van voedingsmiddelen tijdens het printen op elkaar kunnen gaan reageren. Zo wordt een laagje chocolade dat na het printen gestold is, weer zacht als er een laag warme suikermassa op komt – een probleem waar de Franse Marine Coré Baillais zich mee bezighoudt. Zij werkte zeven jaar bij de Franse 3D-printdienstverlener Sculpteo. De fervente hobbybakker gaf haar baan als adjunct-directeur daar op, schoolde zich om tot patissier en werkte vervolgens in de keuken van een gerenommeerd hotel. In 2019 richtte ze haar eigen 3D-foodprinting start-up La Pâtisserie Numérique op. Samen met haar collega’s is ze
momenteel bezig met de ontwikkeling van speciale slicer-software voor het printen van voedsel.
Slicers zoals Cura, Slic3r of Simplify3D bereiden de data van een 3D-model voor om het te printen. De slicersoftware deelt een model op in dunne horizontale lagen en bepaalt welk pad de printkop voor elke laag moet volgen. Samen met de eigenschappen van de printkop en informatie zoals de temperatuur en de toevoersnelheid van het materiaal, genereert de slicer een G-code om het 3D-printen aan te sturen.
Baillais experimenteerde eerst met verschillende 3D-modellen in Cura en Slic3r, maar kwam tot de conclusie dat het zelfs met een goed 3D-model nauwelijks mogelijk is daarmee een eetbaar object te printen dat ergens op leek. In haar ervaring moet een slicer voor het printen van voedsel een G-code genereren die de printkop zodanig aanstuurt dat hij ononderbroken print. Ook zou het printproces zonder retractions moeten gebeuren. Retraction bij een conventionele 3D-printer is wanneer het verwarmde filament aan het zogenaamde hot-end een stukje terug wordt getrokken.
Baillais stelde zich een ambitieus doel voor haar slicer-software, die ze samen met professor Pierre-Antoine Adragna van de Université de Technologie in Troyes ontwikkelde: de software moest G-code kunnen genereren waarmee een filigraan patroon van suikerglazuur rechtstreeks op een chocoladetaart zou kunnen worden geprint. Een YouTube-video toont de succesvolle uitvoering van het plan.
MARKTRIJPE MODELLEN
De Spaanse fabrikant Natural Machines met zijn voedselprinter Foodini is een pionier in de industrie. De printer kan met maximaal vijf verschillende pasta’s tegelijk printen. Je bereidt de voedselmassa zelf en vult daarmee cartridges met een inhoud van 100 ml. De Foodini kan worden bediend via een touchsrceen of smartphone. De printer beschikt over een bibliotheek met printsjablonen. Je kunt ook zelf aan de slag gaan met de meegeleverde Foodini Creator-software. De printer maakt objecten met een maximale diameter van 257 mm en een hoogte van 110 mm. Het apparaat is te koop voor 4000 dollar.
Van eigen bodem is er de Focus 3D Food Printer van het Eindhovense bedrijf byFlow, die samen met de ontwerpsoftware byFlow Studio te koop is voor 3900 euro. Die printer vul je eveneens met zelfgemaakte voedselpasta’s – op de website van de fabrikant zijn talloze receptenboekjes beschikbaar. Volgens de fabrikant kun je ook de programma’s Doodle3D, Selva3D, TinkerCAD, Blender en Rhino gebruiken om 3D-modellen te ontwerpen. Die modellen kun je omzetten in G-code met de opensourcesoftware Slic3r. Samen met de Rotterdamse voedselproducent Verstegen werkt byFlow momenteel aan voorgevulde capsules.
Het Duitse bedrijf Print2Taste komt voort uit de hogeschool Weihenstephan. De start-up heeft twee productlijnen: de professionele Procusini en de Mycusini voor thuisgebruikers. De Procusini kost 2400 euro, terwijl het hobbymodel met 355 euro aanzienlijk goedkoper is. Dat apparaat kan wel alleen de speciale chocoladepasta van de fabrikant printen, maar print bijzonder precies, zoals Gerd Funk, CEO van Print2Taste, uitlegt: “Hiermee kun je wanden printen met een dikte tot een millimeter”. Het professionele model wordt met name gekocht door cateraars, die het veelal gebruiken om bedrijfslogo’s te printen als decoratie bij bedrijfsevenementen. “We hebben de consumentenmarkt altijd al willen betreden, maar daar heb je ervaring voor nodig”, zegt Funk. De vraag naar de Mycusini is bijzonder groot. Binnen een jaar wist Print2Taste ongeveer 1000 exemplaren van de chocoladeprinter te verkopen.
SPELEN MET ETEN
Wat voor zin heeft het eigenlijk om voedsel te verwerken tot een homogene pasta, die in een printercartridge te stoppen en met veel pijn en moeite uit te printen als eetbaar object? Je kunt immers net zo goed groenten, aardappelen en vlees direct op het bord leggen. De leveranciers van de eerste marktrijpe voedselprinters noemen daar enkele redenen voor. De oprichter van Natural Machines, Lynette Kucsma,
heeft bijvoorbeeld een TEDx Talk gehouden over hoe zij met geprinte groene dinosaurussen haar kinderen zover heeft gekregen om van spinazie te houden.
De Spaanse printerfabrikant heeft samengewerkt met bejaardentehuizen om het effect te testen van speciaal gevormde groentepuree op mensen met slikproblemen. De experimenten hebben aangetoond dat patiënten een reeks mooi gevormde wortelfiguren met meer eetlust opeten dan een grote klodder wortelpuree. Samen met het IJslandse onderzoeksinstituut Matís werkt Natural Machines aan een project met de naam Future Fish. Het doel is om overtollig visvlees, dat nu nog als afval wordt weggegooid bij het snijden van filets, te gebruiken voor 3D-printing.
Andere projecten hebben als doel om de consumptie van insecten te bevorderen. De Duitse materiaalontwerper Carolin Schulze ontving bijvoorbeeld diverse prijzen voor een 3D-geprinte konijnensculptuur gemaakt van meelwormpasta. De naam van het werk: Falscher Hase oftewel Bugs Bunny.
Ondanks dat 3D-voedselprinting de consumentenmarkt maar langzaam verovert, maken veel bedrijven in de industrie al ambitieuze plannen. Een van de toekomstvisies is dat er over enkele jaren in plaats van magnetrons een nieuw soort apparaat in de keuken staat die niet alleen op maat gemaakte maaltijden print, maar die ook direct bereidt. In het Creative Machines Lab van de Columbia University in New York onderzoekt een team onder leiding van professor Hod Lipson hoe de samenstelling van de printpasta, zoals het gehalte aan vitaminen en mineralen, kan worden aangepast aan de specifieke behoeften van de gebruiker. Het uiteindelijke doel is een IoTcombiapparaat dat bij de gebruiker informeert of hij of zij ‘s ochtends rustig achter een bureau heeft gezeten of juist intensief fysiek werk heeft verricht. Afhankelijk daarvan zal het keukenapparaat van de toekomst een maaltijd printen die door een laserstraal direct gekookt wordt.
Andere toekomstscenario’s beschrijven het printen van voedsel in de ruimte. In 2016 ontving BeeHex, een spin-off-bedrijf van het Amerikaanse ruimtevaartagentschap NASA, daar een subsidie van 125.000 dollar voor. Daarmee moest BeeHex een voedselprinter ontwikkelen om astronauten een alternatief te bieden voor het saaie voedsel dat ze in de ruimte eten. Door tussentijdse bezuinigingen heeft NASA de financiering echter kort daarna stopgezet. Tegenwoordig print BeeHex taartdecoraties en hartvormige pizza’s voor de bezoekers van pretparken.
Het Israëlische bedrijf Aleph Farms meldde in oktober 2019 dat het erin was geslaagd om vlees te printen van levende rundcellen aan boord van het ruimtestation ISS. Samen met drie andere bedrijven, waaronder 3D Bioprinting Solutions, was het gelukt om een stuk kunstmatig spierweefsel te produceren. Het gebruikte 3D-printproces is gebaseerd op de natuurlijke regeneratieprocessen van spierweefsel.
PUBLIEKE OPINIE
In november 2019 hield de Duitse branchevereniging Bitkom een enquête onder consumenten over hun vleesconsumptie en hun houding ten opzichte van vlees uit de 3D-printer. Uit de antwoorden bleek
dat de consument zich in toenemende mate bewust is van de problematiek omtrent de vleesproductie en duurzaamheid. Slechts 23 procent van de ondervraagden zei hun vleesconsumptie niet te willen verminderen. Daarbij gaf 12 procent aan al enige tijd minder of geen vlees te eten, 20 procent zei momenteel beduidend minder vlees te eten en nog eens 22 procent gaf aan iets minder te hebben gegeten. Nog eens 20 procent wilde wel minder vlees eten, maar lukte het niet om hun consumptie te reduceren.
Volgens de producenten van vleesalternatieven vormt juist die groep mensen hun specifieke doelgroep. Tenslotte zegt ongeveer één op de acht respondenten (13 procent) zich voor te kunnen stellen dat ze vlees uit een 3D-printer zouden eten. Eenentwintig procent zei niet bereid te zijn vlees van de 3D-printer te overwegen en 62 procent sloot categorisch uit dat ze een 3D-geprint vleesalternatief zouden proberen. Voor die enquête werden 1003 respondenten van 16 jaar en ouder telefonisch geïnterviewd.
Wat acceptatie van vlees uit de printer betreft is er dus nog ruimte voor verbetering. In het algemeen is de markt voor vleesvervangende producten echter booming business te noemen – onder andere omdat vegetariërs en veganisten ook best graag een hamburger op de barbecue leggen. In de supermarkt vind je al lang een ruim assortiment aan hamburgers, gehaktballen en worsten zonder vlees, maar een echt goed of lekker alternatief voor een biefstuk is er feitelijk nog niet. Producenten van vleesvervangers en 3D-foodprinting experts zijn het erover eens dat dit vooralsnog de heilige graal is van de vleesvervangende industrie.
Een overtuigende reproductie van de textuur van de spiervezels en het vetweefsel vormt nog steeds een grote uitdaging. Het Israëlische bedrijf Redefine Meat wil het oplossen met een 3D-printer die met drie cartridges print: Fat, Blood en Muscle staat op de containers die te zien zijn in de demovideo. De labels zijn bedrieglijk – Redefine Vlees gebruikt alleen ingrediënten van plantaardige oorsprong.
Nova Meat uit Spanje gebruikt ook uitsluitend plantaardige grondstoffen voor zijn kunstvlees, waaronder algen, bietensap en proteïne uit erwten. Via een speciale printtechniek wordt daarmee een vleesvervanger gemaakt met de textuur van rund-, varkens- of pluimveevlees.
TUSSEN HYPE EN HOOP
Elegante taartdecoratie, bedrijfslogo’s van chocola, hartvormige pizza’s – geen van die dingen zal de klimaatcrisis oplossen of de wereldbevolking voeden. 3D-printers die sappige biefstukken produceren zullen daar een grotere bijdrage aan leveren. Geprint vlees van celculturen of plantaardig materiaal moet de textuur van echt vlees zo dicht mogelijk imiteren. Ook de sappigheid en hoe het vlees reageert bij het braden in een pan of op de grill moet het origineel zo goed mogelijk nabootsen. Dat vormt op dit moment nog steeds een grote uitdaging.
Hoewel de industrie veel aandacht krijgt in de media, houdt ze zich vaak op de vlakte bij vragen van de pers. Zo haalde het Californische bedrijf Modern Meadow al in 2014 de krantenkoppen met de aankondiging dat het 3D-printers voor de productie van vleesvervangers ging gebruiken. Inmiddels vind je op de website van het bedrijf alleen nog maar informatie over de productie van imitatieleer. Navraag over het printen van vlees leverde geen antwoord op.
De bedrijven 3D Bioprinting Solutions, Redefine Meat, Nova Meat en Aleph Farms zeggen dat ze dicht bij een doorbraak zijn. Als je een van die namen in Google intypt, voegt de zoekmachine vaak het woord ‘stock’ toe. Op dit moment draait het bij die bedrijven namelijk in even grote mate om het vinden van investeerders, marktaanwezigheid en goede PR als om technische vooruitgang. Het zal interessant zijn om te zien hoe de reacties zijn wanneer de eerste kipnuggets of biefstukken uit de printer daadwerkelijk geserveerd worden.