3D: Hype of realiteit?

Wat eten we over 30 jaar? En hoe wordt ons voedsel dan geproduceerd? Tijdens de 3D Foodprinting-conferentie, onderdeel van het Innovative Food-Agri Event in Venlo, lieten  onderzoekers en ondernemers, vanuit verschillende invalshoeken hun licht schijnen over de kansen, ontwikkelingen en uitdagingen van de techniek.

De eerste printers zagen 11 jaar geleden het levenslicht. Sindsdien is er volop geïnnoveerd. Startups brengen printers op de markt voor bakkerijen en restaurants, anderen mikken op de grote industrie. Frits Hoff, CEO 3D innovationcenter, vertelt over één van de eerste versies, Doodle #D: “Deze printer is oorspronkelijk ontwikkeld voor kinderen en via een laptop heel eenvoudig te bedienen. Het eerste printmateriaal was Nutella. De printer draaide voor het eerst op de beurs in 2014 in Rome. Daar was het een daverend succes. Later liep er een pilotproject bij AH, waar klanten ter plekke een gepersonaliseerde topping op een taart konden printen. Er stonden lange rijen.”
Maar er zijn ook prototypen gemaakt die nooit de markt bereikten, zoals ‘Chef Jet’. Hoff: “De producten die geprint werden, zagen er weliswaar fantastisch uit, maar het was allemaal suiker, dus ongezond, en smaakte niet eens goed.” 

Hoge funfactor

3D printers die de markt wel bereikten, staan vooral bij chocolatiers en in bakkerijen; voor het maken van bijzondere bonbons. In de luxere restaurants experimenteren innovatieve chefs met vormen en smaken. In het Londense restaurant FoodInk bijvoorbeeld wordt bijna alles – van eten tot meubels – geprint met een 3D-printer. Het voedsel komt uit een 3D-printer die in Nederland werd ontwikkeld door het Nederlandse bedrijf ByFlow. Net als bakkers gebruiken de chefs 3D-printers vooral voor het creëren van unieke desserts van bijvoorbeeld chocolade, maar inmiddels ook al voor saai, repetitief werk, bijvoorbeeld voor het maken van 'olijfkaviaar'.

Printmateriaal

Dat het erg lastig is om het printmateriaal goed te krijgen, komt terug in bijna alle presentaties. “De eerste chocolade die door de printers ging, was niet lekker,” zegt Frits Hoff. “Inmiddels hebben we dankzij de samenwerking met Callebaut een goede mix gevonden. Deze chocolade kan goed tegen de hitte die bij het printen vrijkomt, heeft de juiste bite, bevat niet te veel suiker en geeft een mooie glans.”
De focus van Kjeld van Bommel, onderzoeker bij TNO, ligt bij het creëren van verschillende texturen. “We onderzoeken wat je moet doen om een sappig product te printen, hoe je een product crispy krijgt, of juist een cake-achtige structuur geeft.” Hij toont voorbeelden van allerlei proefmonsters, elk met verschillende bites en stevigheid. “Wat ons ook bezighoudt, is de invloed van nabewerkingsprocessen op het product. Denk aan afbakken in een oven, vriesdrogen, frituren en stomen. Ook na bereiding moet het product zijn vorm behouden. Wij willen exact weten wat die fase met de structuur van het basisproduct doet. Wordt het knapperig of sponsachtig? Wanneer is het product te hard, wanneer wordt het te zacht?”

Alan Kelly, professor aan de University College Cork, Ireland, verdiepte zich eveneens in het verbeteren van printmateriaal. Lachend geeft hij toe: “We wisten niks en hebben daardoor hier en daar wel wat wielen opnieuw uitgevonden in onze zoektocht naar de mogelijkheden van het 3D printen.” Het startpunt van het onderzoek was een vraag van een Ierse kaasproducent: ‘Kunnen wij met onze kaas 3D-printen?’ De vraag leidde tot een hechte samenwerking tussen een groep nieuwsgierige voedingswetenschappers en innovatieve machinebouwers. “We hadden geen referentiekader, zijn gewoon gaan experimenteren, via de beproefde methode ‘trial and error’,” vertelt Kelly. “Mozzarella printen bleek geen optie; die kaas trekt teveel draden. Maar wat wel? Na diverse prototypen van de printer, verschillende nozzles die steeds verstopt kwamen te zitten, en allerlei printmateriaal, hebben we uiteindelijk zowel een machine als een product ontworpen die lijken te werken. Onze eindconclusie: de structuur van processed cheese verandert door zowel het verhitten als het uitrekken gedurende 3D printing. Over het algemeen resulteerde het in zachtere texturen, als gevolg van zwakkere structuren. Functionaliteit en textuur van melkproducten veranderen door 3D foodprinting. Er zijn meer studies nodig om dit proces te begrijpen en mogelijke toepassingen te kunnen voorspellen.”  

Uitdagingen 

Johannes Heringlehner, van het Institut für Lebensmitteltechnologie stipt aan dat de meeste voedingsproducten zijn opgebouwd uit meerdere componenten. “Met de huidige 3D foodprinters is het nauwelijks mogelijk gelijkwaardige complexe structuren te maken. Met parallel multihead printing kan dat wel, en het zou het printproces bovendien aanzienlijk versnellen.” Het team werkt aan het ontwerp van zo’n printer, maar nog steeds geldt, aldus Heringlehner: “de basis moet goed zijn; het vinden van stabiele texturen als emulsies, foams en mirco-suspensies heeft prioriteit.”

Chocolade, pasta, kaas, groentepuree, vlees: alles wat enigszins vloeibaar gemaakt kan worden en weer kan stollen, wordt als emulsie door de printers gehaald. Domenico Azzollini, onderzoeker bij Wageningen University and Research (Food Quality and Design Group) vertelt over kansen en uitdagingen van eetbare insecten in 3D food printing. “Insecten verwerken in 3D geprint food heeft veel potentie,” betoogt hij. “In de Westerse samenleving blijven we het eten van hele insecten weerzinwekkend vinden. Zo geven meelwormen die herkenbaar verwerkt waren in cakejes, ons het idee dat we verrot voedsel eten.” En een insectenburger eten werkt ook niet volgens hem: “Als het verwachtingspatroon over de smaak en bite niet overeen komt met wat gegeten wordt, wijzen de meeste mensen het product af. Maar als 3D vorm, met een totaal nieuwe structuur, bite en smaak, zou het wél kunnen. Er is immers geen sensorisch verwachtingspatroon.” Om insecten geschikt te maken voor printen, worden de verse exemplaren eerst gedroogd, dan gemalen tot droog poeder en vervolgens gemixt met een ander printmateriaal, zoals icing sugar, aardappelpuree of tarwemeel. “Verrijkt met het insectenpoeder ontstaat zo een nieuw product met een hogere nutritionele waarde dan het oorspronkelijke. Maar ook hier liggen de nodige uitdagingen, waaronder het verbeteren van de efficiency van functioneel fractioneren.”  

Voedselveiligheid en wetgeving

Al sinds 1997 zijn er Europese regels van kracht voor het op de markt brengen van nieuwe voedingsmiddelen, ofwel ‘novel foods’. Om deze producten in Europa te mogen verkopen, is een veiligheidsassessment en authorisatie vereist. Een product valt onder de Novel Food Regulation als het niet op de Europese markt was voor 15 mei 1997. ‘Nieuwe voedingsmiddelen’ zijn nieuw ontwikkelde, innovatieve voedingsmiddelen; bijvoorbeeld met toegevoegde stoffen die de gezondheidswaarde van het product verbeteren. Ook gaat het om producten die zijn geproduceerd met behulp van nieuwe technologieën en productieprocessen. Denk daarbij aan moderne biotechnologie, een nieuwe fok- of kweektechniek of: 3D foodprinting. Insecten, nanomaterialen, schimmels, algen en nieuwe kleurstoffen vallen eveneens onder de wet. Voedsel dat oorspronkelijk buiten de EU wordt gegeten, wordt binnen de EU ook geclassificeerd als ‘nieuw’. Voorbeelden zijn zaden of sappen van exotische planten, zoals chia zaden. Karin Verzijden van Axon advocaten: “Voor voedingssupplementen en voeding met extra toevoegingen gelden gedetailleerde regels voor wat wel en niet is toegestaan. Na verwarming van het 3D product kan de compositie veranderen; ook daar moet je over nadenken. Het product kan dan onder de Novel Food Regulation vallen.”
Nieuwe ondernemers doen er goed aan te onderzoeken wat er al bekend is op het gebied van novel foods: kijk of er al een historie is van veilig gebruik. Bureau Nieuwe Voedingsmiddelen van het CBG (www.cbg-meb.nl) ondersteunt het ministerie van VWS bij de beoordeling van nieuwe voedingsmiddelen en kunnen helpen bij de zoektocht. Goed te weten is dat de toelating generiek is, en niet meer persoonsgebonden zoals vroeger. zegt Karin. “Veel ondernemers vragen zich af of ze niet beter kunnen afwachten tot een concurrent de goedkeuring heeft. Het lijkt zuur dat jij investeert in een toelating, en dat anderen kunnen meeliften op al het werk dat jij hebt verzet. Toch denk ik dat het voordeel van de eerste zijn groot is; het geeft je een enorme voorsprong in de markt op de rest.”   

Specifieke wetgeving voor de 3D-foodprinting machines is overigens niet nodig, aldus Natalie Becker, wetenschappelijk medewerker bij BVL (Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit) te Duitsland. “Food safety first geldt ook voor 3D geprint voedsel,” stelt zij. “Machines, printmaterialen en eindproducten moeten gewoon voldoen aan alle bestaande wetgeving. Een CE markering is verplicht. Denk verder aan HACCP, Food labelling, GMO; de lijst is lang, maar niet nieuw.” 

Valt er geld mee te verdienen?  

Uitdagingen genoeg, dat is duidelijk. En dat er nog heel veel onderzoek (dus geld) nodig is, ook. Daarmee komen we op misschien wel de belangrijkste vraag voor de meeste bezoekers aan de conferentie: is 3D foodprinting een hype of wordt het realiteit? Vrij vertaald: ‘valt er met 3D foodprinting geld te verdienen?’’
Kjeld van Bommel (TNO), die een futuristisch totaalbeeld schetste van waar we in de toekomst staan, hoe we bewegen en communiceren en wat we eten: “Ik verwacht dat we over 5 jaar vaker 3D-geprint voedsel op ons restaurantbord hebben liggen. Met een 3D-voedselprinter wordt het een stuk eenvoudiger om producten te maken die specifiek geschikt zijn voor één persoon, personalised nutrition is in opkomst. Weer een aantal jaren later, als één printer veel verschillende producten kan verwerken, pas dan heeft 3D printen toekomst voor thuisgebruik.”
Ook Nesli Sozer (VTT Technical Research Centre of Finland Ltd.), die werkt aan het verbeteren van de samenstelling en structuren van 3D geprint voedsel, haalt aan dat het met deze techniek makkelijker wordt om aan de verscheidenheid aan wensen van een grote en diverse groep veeleisende consumenten tegemoet te komen. “Steeds meer mensen zullen de komende jaren hun eigen DNA-profiel kennen,” verwacht ze. “In combinatie met alle informatie over hoeveel je beweegt op een dag, waar je smaakvoorkeuren liggen, wat je op basis van je gezondheid en levenswijze moet vermijden en juist nodig hebt, biedt 3D foodprinting de mogelijkheid voor het creëren van echt op het individu gerichte voeding. De productietechnieken in de voedingsindustrie zijn nu gericht op het produceren van veel producten van één type. Het is niet eenvoudig om snel te switchen van het ene recept naar het andere. De 3D foodprinter brengt efficiency in de nieuwe massaproductie. Energybars worden straks afgestemd op persoonlijke profielen. En we gaan heel nieuwe mondgevoel-ervaringen creëren… Maar dat zijn nog toekomstdromen.” 

Tot slot

Samengevat, verwachten de meeste onderzoekers op korte termijn (Sözer noemt een termijn van tweeënhalf jaar) aanzienlijke vooruitgang te zullen boeken zowel in de ontwikkeling van printmateriaal als in het verbeteren van de vereiste hard- en software voor 3D foodprinting. Kansen liggen er vooral op het gebied van personalized nutrition, in de ontwikkeling van speciale voeding zoals lactose- of vetvrij, en in custom-made productie. Hoe lang het nog duurt voor er een heel nieuwe markt zal ontstaan; die van pre-filled cartidges voor 3D foodprinters thuis en in de industrie; dat durft niemand nog te zeggen. 

www.3dfoodprintingconference.com