artikel

3D-foodprinting zet productie op z’n kop (video’s)

Algemeen

3D-foodprinting zet productie op z’n kop (video’s)

Zelf ontworpen snoep of pasta in nieuwe vormen, dat was tot voor kort het beeld over 3D-geprint voedsel. Maar de impact van 3D-printen is veel groter. “Denk aan gepersonaliseerde voeding, productie on demand en hele nieuwe texturen”, vertelt Martijn Noort van Wageningen Food & Biobased Research. Hij nodigt voedingsmiddelenproducenten, ingrediëntenleveranciers en machinebouwers uit om samen 3D-voedsel verder te ontwikkelen. Dit artikel is verschenen in VMT 10 van 14 september 2018.

Stel je voor dat je als een ingenieur aan de tekentafel een voedingsmiddel kunt ontwerpen, en dat daarbij niets te gek is. Laten we als voorbeeld een graanreep nemen. Je bepaalt zelf waar je holle ruimtes wilt hebben en hoe groot ze zijn. Op sommige plaatsen wil je een zoete smaak, op andere mag het minder zoet, of misschien zelfs zout. In die ene graanreep van ongeveer 10 cm lang wil je van het ene uiteinde naar het andere de textuur veranderen van zacht krokant naar hard krokant.

Misschien wil je dat het product van boven naar beneden gemakkelijker breekt dan van links naar rechts. Bovendien gun je iedere consument een gepersonaliseerde graanreep, met individueel bepaalde gehalten aan eiwit, vitamines en mineralen. En natuurlijk wordt zo’n reep gemaakt op de plaats en het moment dat je er trek in hebt. Bijvoorbeeld na een training op de sportschool of als je je toegangspasje bij een automaat in de kantine houdt.

“In theorie kunnen we dit met 3Dfoodprinting al realiseren, al zal het nog even duren voor het echt zover is”, vertelt Martijn Noort, onderzoeker en projectleider bij Wageningen Food & Biobased Research. “Een graanreep met hardheidsgradiënt en een koekje met horizontaal en verticaal verschillende breukeigenschappen hebben we al wel ontwikkeld.”

Tabel VMT 10 3D

Alles anders

Voedingsmiddelen printen met een 3D-printer begon in 2010, toen een technoloog bij TNO voor de gein een printje maakte met cacaopoeder. Nu, nog geen 10 jaar later, zijn in een aantal restaurants gerechten met exclusieve 3D-geprinte pastavormen te bestellen van Blu Rhapsody, een dochterbedrijf van Barilla.

De Magic Candy Factory van Katjes, waarmee je je eigen snoep kunt ontwerpen, is een succes op evenementen. Er is veel gebeurd sinds 2010. Onderzoekers hebben volop geëxperimenteerd met recepturen en extrusie- en poederbedprinting (kader). “Dat was ook nodig, want alles is anders als je voedingsmiddelen gaat printen met 3D. Het is een hele nieuwe technologie die vraagt om nieuwe apparatuur met bijbehorende software, nieuwe recepturen, soms andere ingrediënten en hulpmiddelen als cartridges”, vertelt Kjeld van Bommel, senior scientist bij TNO Equipment for additive manufacturing in Eindhoven.

De huidige voedingsmiddelenproductie is gebaseerd op grote productielocaties en een beperkt aantal varianten. Met 3D-foodprinting zet je dat hele proces op z’n kop. “Je kunt decentraal produceren en de samenstelling, textuur, vorm en grootte personaliseren. Ook de hele businesscase verandert. Kijk naar Barilla, dat van oorsprong op grote schaal gedroogde pasta produceert en verkoopt in kartonnen dozen in supermarkten. Nu is het bedrijf in staat om verse pasta te produceren in restaurants. Ze hebben ineens te maken met hele andere partijen”, aldus Van Bommel.

Meer dan fun

Terwijl de consument net kennis heeft gemaakt met geprinte pasta en snoepgoed, zijn de onderzoekers al stappen verder. “Leuke nieuwe vormen blijven trekken”, zegt Noort, “je kunt het vergelijken met je selfie op het melkschuim van je cappuccino, voor zo’n beleving heeft de consument geld over. Maar met 3D-printen kun je veel meer, bijvoorbeeld in de zorg.”

Zo zijn in een EU-project samen met industriële partners acht verschillende 3Dgeprinte maaltijdcomponenten ontwikkeld voor patiënten met kauw- en slikproblemen. Gemalen worteltjes zijn geprint als wortels, gemalen kip als kip, zodat ze er toch smakelijk uitzien. “We hebben ook de stevigheid aangepast, want de ene patiënt kan nog wel een beetje kauwen, de ander helemaal niet. En naar behoefte kunnen we eiwitten en vitamines toevoegen voor een optimaal herstel. De maaltijden zijn goed ontvangen, nu is het wachten tot ze op de markt komen.”

De onderzoekers hebben ook ideeën voor 3D-geprinte producten met extra eiwit voor mensen die vaak sporten en met extra calcium voor ouderen. Verder zijn er plannen voor eiwitrijke vleesvervangers op basis van planteneiwit, algen en insecten voor vegetariërs en flexitariërs.

Gepersonaliseerde voeding

Behalve voedingsmiddelen voor groepen met speciale behoeften, horen ook op een individu afgestemde producten tot de mogelijkheden van 3D. Die stap is nog groot. “Langzamerhand wordt bekend wat iemand nodig heeft aan de hand van onder andere zijn DNA-profiel, bloedonderzoek en activiteitenniveau. Maar tot het printen van gepersonaliseerd voedsel net zo gebruikelijk is als het printen van persoonlijke gehoorapparaatjes, zal nog wel even duren”, verwacht Noort.

De onderzoekers zien in de toekomst ook hele nieuwe voedingsmiddelen ontstaan. “We verwachten met 3D-printing nog onbekende structuren te kunnen maken die een heel nieuw mondgevoel geven”, aldus Noort. Van Bommel vult aan: “Denk aan een marshmallow, toen die voor het eerst op de markt kwam, was de combinatie van gummi-achtig en sponzig helemaal nieuw.” De ideeënstroom gaat door: holle spaghetti gevuld met pesto, extra luchtige koekjes, een gel met geëncapsuleerde omega-3- vetzuren. De mogelijkheden lijken eindeloos.

Officiële start Digital Food Processing Initiative

Op 29 juni, tijdens de drukbezochte 3D Food Printing Experience op de Wageningse campus, ging het Digital Food Processing Initiative (DFPI) officieel van start. DFPI heeft de ambitie om wereldwijd hét consortium voor digitale aangestuurde voedselproductie te worden, 3D-foodprinting maakt daar onderdeel van uit. Het samenwerkingsverband is een gezamenlijk initiatief van Wageningen Food & Biobased Research, de Wageningse leerstoelgroepen Food Process Engineering en Physics and Physical Chemistry of Foods, en AMsystems center: een bestaande samenwerking tussen TNO Equipment for Additive Manufacturing en TU Eindhoven High Tech Systems Center. Neem voor meer informatie contact op met Martijn Noort, martijn.noort@wur.nl.

Natuurlijke variatie

Bij alle 3D-ontwikkelingen hebben de onderzoekers te maken met de specifieke eigenschappen van voedsel. “Als ik kunststof- of staalpoeder koop, heeft dat elk jaar dezelfde samenstelling, maar bij bijvoorbeeld bloem heb je te maken met een natuurlijke variatie. En als we een deeg maken, veranderen de eigenschappen daarvan in de loop van de tijd doordat een glutennetwerk ontstaat. Dat betekent dat het deeg voor de eerste pastavorm van een cartridge zachter is dan de laatste, die pas een half uur later wordt geprint.

Voor voedsel zijn dus printers nodig die dergelijke verschillen aankunnen. En in de toekomst verwacht ik printers die eerst meten hoeveel kracht vereist is, met software die automatisch de instellingen verandert als het deeg taaier is”, legt Van Bommel uit. Hij noemt ook de exacte temperatuurbeheersing die nodig is bij een product als chocolade, waarbij een halve graad het verschil kan maken tussen gelukt of mislukt.

RECTIFCATIE: in de videoreportage wordt Michiel Stoff genoemd als innovatiemanager van Verstegen. Het gaat hier echter om Michiel Sloff.

Fundamenteel

Naast het praktijkgerichte onderzoek, dat Wageningen Food & Biobased Research en TNO uitvoeren met bedrijven, vindt aan de universiteiten in Wageningen en Eindhoven ook fundamenteel onderzoek plaats door aio’s (assistenten in opleiding, die vier jaar werken aan hun promotie). Ook daarbij zijn bedrijven betrokken.

“Wij onderzoeken hoe verschillende verhoudingen van componenten zich tijdens het printproces gedragen en of 3D-printing kan worden gebruikt om ingrediënten zoals vet en suiker ruimtelijk te verdelen in producten”, vertelt Maarten Schutyser, universitair hoofddocent bij de Wageningse leerstoelgroep Levensmiddelenproceskunde. “Technisch lukt het al om in een product vetdruppels in gewenste verdeling aan te brengen en met de suikerverdeling in koekjes te spelen. We verwachten dat we met het sensorische contrast het gehalte aan suiker en vet uiteindelijk met 30 tot 50% kunnen verlagen, terwijl dergelijke koekjes even goed smaken als die met een homogene samenstelling.”

Aan de Technische Universiteit Eindhoven doen aio’s fundamenteel onderzoek naar onder andere materiaaleigenschappen en printstappen. Met die kennis wordt in de toekomst multi-materiaal printen van voedingsmiddelen mogelijk, dat wil zeggen met meer verschillende ingrediënten. Ook wordt het breukgedrag van koekjes onderzocht, een belangrijke maat voor de krokantheid, en daarmee de waardering van de consument.

Businesscase

Bij de eerste 3D-projecten die de onderzoekers samen met bedrijven hebben uitgevoerd, ging het vooral om de vraag: Lukt het om een bestaand product in een 3D-vorm te printen? Inmiddels is de aanpak veranderd. “We weten veel beter wat er wel en wat er niet kan en hoe we nieuwe functionaliteiten kunnen creëren”, vertelt Van Bommel.

“Daarnaast zien we dat de uitdaging ook verschuift van de pure technologie naar de totale businesscase. Daar houden we nu al aan het begin rekening mee. Wil een fabrikant 3D-koekjes printen, dan vragen we bijvoorbeeld: Welke toegevoegde waarde willen we creëren met 3D printen? Op welke schaal moet het worden geproduceerd? Hoe kan de nieuwe waardeketen eruit gaan zien, en welke partijen zijn hierbij betrokken? We proberen nu samenwerkingsverbanden te ontwikkelen, waarbij al in een vroeg stadium ook machinefabrikanten en ingrediëntenleveranciers aanhaken.”

Vooroplopen

Nu de 3D-technologie zich bewezen heeft en veel basisrecepturen bekend zijn, focussen de onderzoekers op de nieuwe uitdagingen. Ze willen op grotere schaal en sneller gaan produceren, en ook complexere producten maken. Daarvoor willen ze samenwerking met innovatieve foodproducenten, ingrediëntenleveranciers en machinebouwers.

“We zoeken bedrijven die een ‘onmogelijk’ productconcept hebben bedacht, iets waarvan ze al 20 jaar dromen maar dat tot nu toe niet te maken was. Of partijen die voorop willen lopen en bereid zijn iets nieuws te bedenken”, aldus Noort en Van Bommel. “Alleen samen kunnen we nieuwe 3D-producten ontwikkelen met een toegevoegde waarde voor industrie en maatschappij.”

Reageer op dit artikel