Современный взгляд на 3D-печатную еду

За последние десятилетия технология 3D-печати развивалась быстро и радикально. В связи с растущей проблемой отсутствия продовольственной безопасности в мире, в данной статье рассматривается развитие 3D-печати продуктов питания, состояние этого процесса в 2022 году и дальнейшие шаги в развитии этой технологии.

Отсутствие продовольственной безопасности - одна из самых больших проблем, с которыми сталкивается мир сегодня. На протяжении десятилетий мы боролись за то, чтобы покончить с голодом, однако число голодающих каждый год продолжает расти. В 2020 году, по оценкам, от голода страдают от 720 до 811 миллионов человек во всем мире. До этого, с 2014 по 2019 год, цифры оставались практически неизменными, увеличившись в 2020 году на 118-161 миллион человек, частично из-за пандемии Ковид-19.

Прогнозируется, что ситуация останется глобальной проблемой, если не будут приняты кардинальные меры: по оценкам, к 2030 году 660 миллионов человек по-прежнему будут страдать от голода. Кроме того, значительная часть населения планеты не имеет доступа к адекватному питанию. Хотя их можно не считать голодающими, эта группа людей не имеет доступа к достаточному питанию для удовлетворения основных потребностей здоровья. В 2020 году каждый третий человек во всем мире попадет в эту категорию умеренного или тяжелого отсутствия продовольственной безопасности, которая становится все более серьезной проблемой с 2016 года.

Ученые изобретают способы преодоления продовольственной безопасности для нынешнего и будущих поколений. Одной из перспективных разработок является 3D-печатная еда. Инновация, которая адаптирует технологию аддитивного производства для использования с продуктами питания, может сократить количество пищевых отходов за счет производства порций необходимого размера и удовлетворить растущий спрос на альтернативы мясу.

Кроме того, благодаря минимизации логистических проблем и снижению затрат, 3D-печать может стать решением проблемы обеспечения продовольствием мест, пострадавших от стихийных бедствий.

Как работает 3D-печать еды и сколько ее можно произвести?

В некотором смысле 3D-печать продуктов питания работает так же, как 3D-печать несъедобных объектов с помощью принтера FDM (fused deposition modeling). Он использует вязкий материал (пищевой продукт) и наносит его слой за слоем для создания конечного пищевого продукта. В остальном 3D-печать продуктов питания намного сложнее, чем 3D-печать других материалов.

Во-первых, обычно в производстве участвует более одного материала (ингредиента). Во-вторых, материалы обычно более сложные по своей форме и поведению. В-третьих, материалы обычно взаимодействуют друг с другом, поэтому это необходимо учитывать. Наконец, 3D-печать продуктов питания обычно включает в себя дополнительный этап приготовления пищи во время печати, что обычно достигается с помощью лазера.

Хотя не все конечные продукты питания, созданные с помощью 3D-печати, готовы к употреблению и требуют разогрева в обычной духовке, многие из них делаются так, чтобы их можно было сразу же употребить в пищу. Технологии, которые до сих пор были адаптированы для создания 3D-печатных продуктов питания, включают селективное спекание, селективное спекание и плавление горячим воздухом (SHASAM), жидкое связывание или струйное нанесение связующего, а также экструзию горячего расплава.

При обычной 3D-печати этот процесс чаще всего используется для производства разовых и небольших партий, а не больших тиражей, необходимых для массового производства. Однако по мере развития технологии она все чаще используется для производства более крупных партий. Что касается того, сколько продуктов питания можно производить с помощью 3D-печати, то ответ будет зависеть от конкретного сценария, для которого они производятся.

Коммерческие пищевые 3D-принтеры могут производить достаточно продуктов для отдельной семьи; промышленные принтеры могут занять производственные линии и выпускать продукцию массово.

3D-печатное картофельное пюре. Изображение Credit: foto_diego/Shutterstock.com

Когда была создана первая 3D-печатная еда?

3D-печать была создана в 1986 году, но только 20 лет спустя, в 2006 году, был запущен принтер Fab@Home, способный печатать продукты питания.

Каковы преимущества и ограничения 3D-печати продуктов питания?

Существует множество преимуществ использования технологии 3D-печати продуктов питания. Во-первых, она позволяет сократить количество пищевых отходов, тем самым решая проблему отсутствия продовольственной безопасности, благодаря производству точного количества продуктов питания. Технология может также решить проблему отсутствия продовольственной безопасности, представляя менее привлекательные источники пищи в более привлекательном виде, повышая потребление продуктов, которые часто могут пропадать зря. 3D-печать также открывает возможность индивидуального изготовления массовых продуктов питания.

Несмотря на то, что у этой новой технологии есть много преимуществ, необходимо учитывать и некоторые ограничения. Например, некоторые принтеры могут затрачивать значительное количество времени на производство простых продуктов питания, что ограничивает масштабируемость технологии. Кроме того, первоначальные затраты все еще относительно высоки и должны быть снижены, прежде чем 3D-печатные продукты питания получат широкое распространение.

Где мы находимся в 2022 году и что будет дальше?

В настоящее время 3D-печатная еда все еще находится на ранней стадии развития, и необходимо еще больше разработок, прежде чем она сможет полностью раскрыть свой потенциал. Ученым придется устранить ограничения нынешней технологии, чтобы можно было быстро и дешево производить различные продукты питания. Сейчас для создания 3D-печатной еды можно использовать только пастообразные исходные материалы, такие как пюре и муссы, что ограничивает тип конечных продуктов, которые могут быть созданы.

Текущая стоимость рынка растет на 46% в год и, как ожидается, к следующему году достигнет $525,6 млн. Чтобы стимулировать этот рост, необходимо приложить усилия для повышения осведомленности о преимуществах технологии среди ключевых игроков отрасли.