3D-printing av mat – hvor langt har teknologien kommet i dag?

Kan man egentlig printe ut mat? Vi tok en nærmere titt på teknologien. Hva er mulig og hva er fortsatt en fjern drøm?

En 3d-printer kan blant annet lage gjenstander i plast. Foto: shutterstock.com

Datateknologi byr i dag på mange ulike løsninger for økt kostnadseffektivitet og en mer behagelig tilværelse. De fleste former for teknologi har hatt sin spede begynnelse der man vantro ristet på hodet over utviklernes spådommer om den gitte teknologiens betydning i fremtiden. Mobiltelefoner, internett, roboter, selvkjørende biler og stemmestyrte assistenter er eksempler på dette. Dette er i dag etablert teknologi som mange av oss har i hjemmene våre og benytter oss av i hverdagen.

3D-printing er en slik teknologi som har vokst frem de siste 30 årene, og i dag kan man få kjøpt en standard 3D-printer til tre-fire tusenlapper på Clas Ohlson. Og tro det eller ei, men i dag hevder flere ulike produsenter å kunne 3D-printe mat.

I denne artikkelen tar vi en titt på hvor langt teknologien på feltet 3D-printing av mat har kommet, og hvor den potensielt er på vei. Hvilke fordeler og ulemper har slik teknologi for helse og miljø?

Hva er 3D-printing?

3D-printing, eller additiv tilvirkning som det også kalles, er en fellesbetegnelse for teknikker der man ved hjelp av data bygger objekter med tredimensjonal form (1). Amerikaneren Chuck Hill presenterte teknologien kalt rapid prototyping, for første gang på en bilmesse i Detroit i 1989 (2). Hensikten var å kunne produsere prototyper raskt, billig og presist, derav navnet. I de påfølgende tre årene kom to av de andre mest kjente teknikkene på markedet.

Felles for alle teknikkene er at man mater inn data (som oftest i form av en tegning eller et bilde) i en datamaskin koblet til en maskin, og maskinen konstruerer så et fast objekt ut fra denne dataen ved å sprøyte ut materiale lagvis i en tredimensjonal form (3). Dette åpner opp for større presisjon enn hvis mennesker skulle ha laget de samme objektene, og gjør det mulig å lage konstruksjoner som det ellers ville vært umulig å få produsert i ett helt stykke uten skjøter.

Materialet som brukes som byggemateriale i printeren varierer. De tre hovedformene for 3D-printing er 1) teknikker som bruker væske som herdes ved hjelp av en laser, 2) pulver som herdes ved hjelp av en laser, og 3) termoplastisk materiale som varmes opp slik at den mykner akkurat når den går gjennom en dyse (et lite rør eller munnstykke) (2). Felles for alle de tre teknikkene er at maskinen former materialet lagvis til det danner et objekt.

Det er den siste formen, også kalt Fused Deposition Modeling (FDM), som er mest brukt og som gjerne assosieres med 3D-printing. Printingen foregår ved at et materiale som lar seg presse ut av dyser i printeren, ved hjelp av det som kalles ekstrudering (1). Ekstrudering er en prosess der et materiale blir presset ut av en dyse i kald eller oppvarmet tilstand, og får en bestemt form (4). Ulike plasttyper egner seg godt til dette, men også biologisk materiale (1).

De vanligste 3D-printerne for hjemmebruk bruker FDM-teknikken, og benytter gjerne plastmateriale til å printe for eksempel juletrepynt eller mobildeksler. På internett kan man finne tegninger og design på ulike objekter, som man kan mate inn i maskinen. I prinsippet kan man printe ut alt mulig i tredimensjonal form, alt fra små lekefigurer og komponenter, til større konstruksjoner og til og med deler av organer.

Men hva med mat?

3D-printing av mat

NASA begynte å eksperimentere med 3D-printing av mat allerede i 2006, og noen anser dette som teknologiens spede begynnelse (5). NASA ønsket å undersøke muligheter for effektiv produksjon av proviant for astronautene på romfergene. Rundt samme tid ble også 3D-printing av mat introdusert av et forskningsmiljø fra Cornell University i USA (6).

De første variantene av 3D-printere for mat baserte seg i stor grad på sukkerpasta og printede objekter laget av sukker (5). Disse var imidlertid ikke spesielt godt egnet til å spise, ettersom man måtte tilsette ulike stoffer i pastaen blant annet for å gjøre konstruksjonen stabil.

Når man 3D-printer matvarer i dag er det først og fremst FDM-teknikken man bruker (3). Man tilfører ingredienser i en eller flere maskinstyrte dyser, og disse dysene ekstruderer ingrediensene lagvis på en liten platform, til de former en matrett. Maskinen kan varmebehandle, avkjøle eller fryse ingrediensene mens den sprøyter dem ut.

Det er først og fremst flytende eller viskøse ingredienser som egner seg til denne metoden, slik som sjokolade, gelatin, sirup, puréer eller rører som lett kan passere gjennom dysene i maskinen (3). Se for eksempel for deg flytende sjokolade som blir sprøytet ut gjennom en automatisert kakesprøyte lag på lag, samtidig som den stivner, og vi ender opp med et fast objekt. Annet materiale slik som pulver eller mindre viskøse materialer (for eksempel pizzasaus) kan også benyttes (6). Det er imidlertid begrensninger i hva slags strukturer du kan lage med disse, samt næringsinnhold (sukker brukes for eksempel mye i teknikkene som benytter pulver). For en god oversikt over de ulike teknikkene av 3D-printing av mat anbefales artikkelen 3D printing: Printing precision and application in food sector av Liu og kollegaer (6).

Teknikken åpner opp for å lage intrikate matretter med utradisjonelle former, som du skal være rimelig stødig på hånden for å kunne kopiere. I dag finnes det mange imponerende eksempler på matretter som er laget gjennom denne metoden, slik som pasta i ulike geometriske former, små bygninger konstruert ut fra sjokolade eller kakedeig, pizzaer med imponerende presisjonsnivå og symmetri, godteri i alle fasonger, og grønnsakspuréer formet som spennende jungeldyr (5).

Slike 3D-printere er tilgjengelige på markedet i dag, slik som for eksempel maskinen Foodini produsert av Natural Machines (6). Denne er ikke særlig mye større enn en mikrobølgeovn, og gjør det mulig å lage fantasifulle retter på ditt eget kjøkken (7). Hastigheten på printingen varierer, fra et par minutter for flate matretter og rundt 20 minutter for mer intrikate konstruksjoner. Dersom du ikke ønsker å lage 3D-maten selv, finnes det nå flere restauranter i Europa som serverer 3D-printet mat (8).

Science fiction eller bare elegant konditorkunst?

3D-printing slik som beskrevet over er utvilsomt et morsomt leketøy for kokker og konditorer, men er dette alt? Vi tok kontakt med en ekspert på feltet, Steinar Killi, som er professor ved Institutt for design ved Arkitektur- og designhøgskolen i Oslo, for å høre mer om hva slik teknologi egentlig går ut på.

Hva slags mat er det mulig å 3D-printe i dag?

– Mye av det man ser av eksempler innenfor 3D-printing av mat i dag, er en profesjonell variant av konditorkunst. Det er egentlig noe som en flink konditor kunne gjort selv. Det er ikke nødvendigvis så avansert som det høres ut som, det er bare en automatisert manuell operasjon. Spenningen ligger mer i hvordan man potensielt kan skreddersy maten på sikt.

Hvordan kan fremtiden se ut for 3D-printing av mat?

– Etter hvert kan det hende at det blir mulig å designe maten på molekylært nivå. Da vil man kunne bygge molekyl på molekyl, og for eksempel lage kjøttbiter med stor presisjon. Man bygger for eksempel med fett, proteiner, salt, pepper og annet krydder, og designer hvor stor andel av de ulike elementene som skal være med, og hvordan disse skal fordeles i for eksempel en hamburger. Da kan man designe både smak og konsistens og tilpasse dette etter personlige preferanser. Man kan for eksempel tilpasse maten ut fra om man har allergier eller intoleranser.

Tror du alle vil ha en 3D-printer på kjøkkenet om noen år?

– Vanlige 3D-printere for hjemmebruk har vist seg å ikke slå helt an. Det er vanskeligere å designe plastobjektene enn folk tror, og i tillegg er det begrenset hvor mange plastdingser en vanlig forbruker trenger hjemme. Men de fleste spiser og lager mat. Per i dag handler 3D-printing av mat først og fremst om å lage estetisk vakre retter. Det er 90 % estetikk. Dette får nok ikke en vanlig forbruker til å gå å kjøpe seg en 3D-printer. Men når man får løst diverse utfordringer, og finner en god løsning på å for eksempel dyrke biologisk materiale som kjøtt, og kombinere dette med 3D-printing, så kan det være et stort potensial. Men om dette ligger to eller ti år frem i tid, er vanskelig å vite.

Hva vil 3D-printing av mat kunne bety for matindustrien?

– Dagens matproduksjon er i stor grad ganske lik prinsippene bak 3D-printing. Det er storskala produksjon av matvarer på samlebånd. Industrien ville nok ikke dratt særlig stor nytte av å begynne å 3D-printe matvarer, men på sikt kan det være et marked for å produsere råstoffer til 3D-printere. Produsenter som utvikler gode ingredienser som egner seg til bruk i 3D-printere hjemme hos forbruker.

Hvilke fordeler og ulemper er det ved slik matproduksjon?

Skal vi tro Steinar Killis prediksjoner, vil det kunne dukke opp flere muligheter for denne teknologien etter hvert som noen av de mest sentrale utfordringene løses. Hva vil dette bety for forbruker og samfunn?

Mer miljøvennlig?

Dersom 3D-printere for mat blir allemannseie og fast inventar på kjøkkenet, åpner det opp for lokal produksjon av matvarer som er skreddersydd for våre behov og ønsker. Dette kan i teorien fjerne flere produksjons- og transportledd, føre til at man bruker mindre emballasje og begrenser matsvinn. Du produserer det du skal ha, og ikke mer. På denne måten kan kanskje 3D-printing være mer miljøvennlig. Dette regnestykket avhenger imidlertid også av hvordan 3D-printerne og de spesialtilpassede ingrediensene man bruker produseres.

Kanskje vil det bli mulig å produsere matretter ut fra andre typer materialer i fremtiden. Dersom man klarer å kombinere kunstig dyrket biologisk materiale med 3D-printing, kan man produsere diverse matvarer av for eksempel kunstig kjøtt, som tilfredsstiller forbrukers krav til smak og konsistens. Dersom man også kan påvirke næringsinnholdet, men fortsatt beholde den samme smaken, kan det være gevinster å hente både for helse og miljø.

Det finnes allerede miljøer som eksperimenterer med å finne appetittvekkende måter å fremstille sunne og miljøvennlige ingredienser på, slik som insekter, alger og planter (3,9). Målet er å skape design og teksturer som appellerer til forbruker.

Vil dette være fremtiden innen 3D-printing? Foto:shutterstock.com

Bedre helse?

Med 3D-printerene vi har i dag ligger det allerede mange muligheter i å gjøre kjedelig mat mer appetittvekkende. Dette kan bidra til å øke matlyst i grupper der denne er nedsatt, slik den for eksempel kan være hos eldre. Etter hvert vil det kanskje være mulig å skreddersy næringsinnholdet ut fra behovet til den enkelte; ved å for eksempel justere på salt, sukker og fett i retten til én sykehjemsbeboer, men øke proteinmengden til en annen, ved hjelp av få tastetrykk.

Å gjøre most mat mer appetittvekkende for eldre ved hjelp av 3D-printing er en teknikk som allerede benyttes. The Telegraph kunne i mars melde at flere sykehjem i Sverige nå skal teste ut denne teknikken (10). Most mat tilpasset eldre med svelge- eller tyggevansker skal ved hjelp av 3D-printing forbedres i både utseende og konsistens. Most kylling skal for eksempel kunne serveres formet som små kyllingklubber med mer puddingaktig konsistens.

Noen spår også at 3D-printeren etter hvert kan kobles opp mot ulike aktivitetsmålere og bruke data på kaloriforbrenning gjennom dagen til å automatisk produsere kalori- og næringstilpassede måltider (5). Her kan det i teorien ligge positive helseeffekter. Pris og tilgjengelighet vil i så fall være interessante faktorer med tanke på sosiale ulikheter i helse.

Utfordringer

Som vi har sett er det ikke alt som er mulig å gjøre med dagens 3D-printere for mat, blant annet fordi det er begrensninger i hva slags byggemateriale man kan putte i printeren. I dag fungerer flytende masser best, og det er i tillegg en rekke krav til egenskaper ved ingrediensene, slik som temperatur- og smelteegenskaper, viskositet og andre reologiske egenskaper, i tillegg til en rekke andre biokjemiske faktorer (3, 6). Før- og etterbehandling av materialet har også mye å si, i tillegg til selve måten materialet blir prosessert på (for eksempel størrelse på dysene og ekstruderingshastighet)(6).

Materialet som benyttes i 3D-printeren blir prosessert gjennom ekstruderingen, og det er foreløpig lite kunnskap om hvordan denne prosesseringen har på for eksempel biotilgjengelighet og bevaring av næringsstoffer i maten.

En forskergruppe fra Cork University College i Irland utførte i 2017 en studie med 3D-printet ost (11). Forskerne smeltet først fast gulost slik at den egnet seg som materiale i 3D-printeren. Deretter brukte de maskiner til å 3D-printe avkjølte ostestenger på både lav og høy hastighet. De ulike ostestengene ble sammenlignet med hverandre, og med ost både i smeltet og fast form som ikke hadde blitt kjørt gjennom 3D-printer. Både smeltet og printet ost var ikke overraskende mykere enn ubehandlet ost, men hadde også større smelteevne. De fant også at osten som ble printet ut med lav hastighet hadde større forandringer i mikrostrukturen, først og fremst fordeling og størrelse på fett og proteiner. Denne endringen var større enn den som ble sett i smeltet ost og osten som ble printet på høyere hastighet. Det ble også observert fargeforandringer i osten, de printede ostene hadde en mørkere farge, noe som blant annet skyldes endringer i fettmolekylene.

På sikt kan kanskje 3D-printede matvarer komme til nytte i forskning på matvarer og the food matrix; hva slags effekter matens struktur og sammensetning har på helseutfall?

Vil folk ha det?

Uansett hvor langt utviklingen kommer på dette feltet, blir det interessant å se hvordan teknologien mottas hos forbruker. Vil vi spise 3D-printet mat i fremtiden, eller vil skepsis til ny teknologi skremme oss fra å prøve det, på lik linje som skepsis til GMO-mat? En undersøkelse utført av Opinion Research Corporation for forsikringsselskapet The Chubb Group i 2015 viste at bare 23 prosent hadde lyst til å smake på 3D-printet mat (12). 60 prosent av de spurte var bekymret for om 3D-printet mat var trygg.

Oppsummering

I dag muliggjør 3D-printing produksjon av matvarer i fantastiske former og fasonger basert på forhåndsinnstilte data, som ville vært vanskelig å få til med mindre du er en prisvinnende konditor. Dersom sentrale utfordringer med teknikken i fremtiden blir løst, er mulighetene mange; Mat laget etter personlige egenskaper med stort spillerom innenfor kreativitet og estetikk, personlig og digitalisert ernæring, en kortere matproduksjonskjede, og bedre utnyttelse av matvarer som i dag ikke når sitt fulle potensiale på grunn av for eksempel utseende eller tekstur. Per i dag er det nok få vanlige forbrukere som har behov for en 3D-printer på kjøkkenet, men det vil definitivt være spennende å følge med på utviklingen av denne teknologien.

Takk til professor Steinar Killi for gode innspill i denne saken.

Interessekonflikter: Forfatteren oppgir ingen interessekonflikter.

Referanser

  1. Mæhlum L, 3D-printing. Store norske leksikon. 27.07.17 [Hentet 08.05.19] Tilgjengelig fra: https://snl.no/3D-printing

  2. Korrespondanse med Steinar Killi 09.05.19, professor ved Institutt for design, Arkitektur- og designhøgskolen i Oslo

  3. Yang F, Zhang M, Bhandari B. Recent development in 3D food printing. Critical reviews in food science and nutrition. 2017;57(14):3145 – 3153

  4. Almar-Næss A. Ekstrudering. Store norske leksikon. 10.08.18 [Hentet 08.05.19] Tilgjengelig fra: https://snl.no/ekstrudering

  5. Carlota C, A guide to 3D printing food – a new revolution in the kitchen? 3DNatives.com. 04.02.19 [Hentet 08.05.19] Tilgjengelig fra: https://www.3dnatives.com/en/3d-printing-food-a-new-revolution-in-cooking/

  6. Liu Z, Zhang M, Bhandari B, Wang Y. 3D printing: Printing precision and application in food sector. Trends in Food Science & Technology. 2017; 69(part A):83 – 94

  7. Foodini, Natural Machines.com. [Hentet 08.05.19] Tilgjengelig fra: https://www.naturalmachines.com

  8. Watkin H. First Permanent 3D Printed Food Restaurant Premieres in the Netherlands. All3DP.com. 10.04.18 [Hentet 09.05.19] Tilgjengelig fra: https://all3dp.com/first-permanent-3d-printed-food-restaurant-premieres-netherlands/

  9. Watkin, H. 3D Printed Tastebugs Challenge Children to Eat Insects. All3DP.com. 27.05.18 [Hentet 09.05.19] Tilgjengelig på: https://all3dp.com/3d-printed-tastebugs-insects/

  10. Orange, R. Sweden to serve 3D-printed food to elderly in care homes. The Telegraph. 05.03.19 [Hentet 09.05.19] Tilgjengelig fra: https://www.telegraph.co.uk/news/2019/03/05/sweden-3d-print-food-elderly-looks-real-has-consistency-panna/

  11. Le Tohic C, O’Sullivan JJ, Drapala KP. Effect of 3D printing on the structure and textural properties of processed cheese. Journal of Food Engineering. 2018;220:56 – 64

  12. Klarmann A. 3D Printed Food: Will we really eat it? 27.06.15 [Hentet 09.05.19] Tilgjengelig fra: https://all3dp.com/will-we-eat-3d-printed-food/