Представлена технология печати еды на 3d-принтере

«Умная» еда: как 3D-принтеры для печати продуктов помогут соблюдать здоровую диету

От 3D-продукта до 3D-кухни

Южнокорейские учёные из Женского университета Ихва разработали 3D-принтер, превращающий порошкообразные ингредиенты в полноценные продукты питания с заданным содержанием питательных веществ и заранее определёнными вкусовыми свойствами.

Основные питательные вещества (например, углеводы и белки) измельчаются в порошок при температуре -100 °C. Затем получившееся сырьё нагревается и превращается в пористую плёнку. После этого из нескольких слоёв плёнок создаётся трёхмерный продукт. Уникальность разработки заключается в том, что, совмещая плёнки с различным содержанием белков, углеводов, микроэлементов и витаминов, можно получить продукт, насыщенный питательными веществами в необходимой пропорции. Кроме того, можно экспериментировать с вкусовой палитрой продукта, совмещая, например, порошкообразные грушу и яблоко.

«Мы считаем, что однажды любой человек сможет приобрести картриджи, содержащие порошкообразные аналоги различных ингредиентов, которые можно «собрать» вместе при помощи трёхмерной печати и приготовить «блюдо» в соответствии с индивидуальными потребностями и предпочтениями», — сообщил автор разработки — исследователь из Женского университета Ихва Джин-Гю Ли.

Сбалансированная диета

Новая технология, как считают разработчики, значительно сократит количество пищевых отходов и финансовые затраты на хранение и транспортировку продуктов. Также, по мнению учёных, их изобретение поможет удовлетворить потребности в пище растущего населения планеты. Согласно данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, к 2050 году население Земли увеличится с нынешних 7,6 млрд человек до 9,8 млрд, а в 2100 году достигнет 11,2 млрд.

«Если семья обзаведётся 3D-принтером, то голода ей можно не бояться. Конечно, мы находимся только в начале пути. Мы продолжаем оптимизировать нашу разработку, чтобы создавать индивидуальные продукты, которые хранятся дольше обычных», — отметил Джин-Гю Ли.

Первые принтеры для 3D-печати продуктов появились в 2015 году и могли готовить лишь несложную еду. Один из таких аппаратов работает в ресторане 3D-кухни FoodInk, открытом в Лондоне в 2016 году. В этом заведении всё — от продуктов до мебели и столовых приборов — создано на 3D-принтере. Ресторан предлагает посетителям меню из девяти блюд. Используемый здесь трёхмерный принтер работает по принципу обычного, роль чернил играет паста из съедобных ингредиентов, например творожного сыра или шоколадного мусса.

По мнению российских диетологов, разработка корейских учёных поможет людям придерживаться сбалансированной диеты. Однако, подчёркивают эксперты, заниматься «самолечением» с помощью 3D-принтера не стоит — прежде надо обратиться за советом к специалисту.

«На комплексных разработках, предусматривающих определённое содержание питательных веществ, человек долго не протянет. К тому же это лишает его удовольствия от приёма пищи. Такая 3D-еда может быть сбалансированной и полезной, но быстро наскучит. И конечно, лучше не назначать самому себе диету, а обратиться к грамотному диетологу, который составит рацион, исходя из состояния вашего организма», — сообщила в беседе с RT профессор НИИ питания РАМН Алла Погожева.

Российские разработки

«В России изготовлением принтеров для печати продуктов пока не занимаются. На данный момент они остаются предметом роскоши. Однако лет через десять принтеры для печати продуктов, скорее всего, станут более доступными для среднестатистического потребителя», — отметил в беседе с RT директор химико-биологического кластера Университета ИТМО Александр Виноградов.

При этом в России методы 3D-печати активно развиваются, но в более фундаментальном направлении. Так, отечественные исследователи из ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН разработали в апреле 2018 года первый 3D-принтер, который создаёт сразу объёмную конструкцию. Разработку российских учёных можно использовать в тканевой инженерии. Полученные конструкции из полимеров смогут заменить повреждённые участки тканей и органов человека.

А учёные Томского политехнического университета используют технологии 3D-печати для развития космической отрасли. Они сделали первый наноспутник, корпус которого напечатан на 3D-принтере, а также создают принтер для работы на МКС, который поможет космонавтам в случае поломки напечатать нужную деталь. Кроме того, усовершенствованная технология позволит возводить на Луне базы и станции, используя в качестве материала для трёхмерной печати лунный грунт.

5 пищевых 3D-принтеров, с которыми в будущем голод нам не страшен

До 2017 года казалось, что синтетическое мясо – это верх инноваций, который может кулинарной сфере предложить современная наука. Однако в 2019-м появился стартап, работающий над 3D-печатью мясных стейков,– Redefine Meat (также известный как Jet-Eat), базирующийся в Израиле.

Проект работает над технологией, которая позволит производить «мясную альтернативу» на растительной основе, а точнее, целые блюда – бифштексы, жаркое и тушеное мясо из натуральных ингредиентов. Их подход сочетает в себе запатентованную технологию 3D-печати, цифровое моделирование и рецептуру пищевых продуктов на растительной основе, что помогает им создавать новые категории мясных продуктов.

Но что еще аддитивные технологии привнесли в сферу питания?

Все эти машины могут производить шоколад, макароны, сахар и даже больше блюд: возможности практически безграничны. Далее в статье – подробнее о 3D-принтерах, которые могут печатать настоящие блюда.

Choc Edge Choc Creator 2.0 Plus

Choc Edge Choc Creator 2.0 Plus – это пищевой принтер для профессиональных кондитеров. С его помощью можно создавать шоколадные объекты различной сложности. Для печати изделий нагретый шоколад заливается в специальные 30-миллиметровые шприцы. Принтер оснащен сенсорным ЖК-дисплеем, а шаблоны моделей загружаются через USB-носитель.

Для пользователей разработаны мобильные приложения: Choc Draw, Mix & Match и Choc Text. С их помощью можно создавать свои рисунки и надписи.

ChefJet (3D Systems)

Впервые устройства для печати пищевых продуктов 3D systems представила на CES 2014. Пищевые принтеры позволят изготавливать многогранные расходные формы сладких кулинарных творений – от нестандартных конфет и пирожных до больших тортов и других десертов.

3D Systems ChefJet Pro – профессиональный кондитерский 3D-принтер, спроектированный для печати различными материалами и цветами. Работает по принципу струйной трехмерной печати: устройство формирует тонкие слои из сахаросодержащих порошковых материалов за счет обработки водой.

ChefJet может работать с цветом, оставляя одноцветные отпечатки на изделиях. В то же время более продвинутый ChefJet Pro может работать с несколькими цветами одновременно. Оба принтера могут производить кондитерские изделия из сахара или молочного шоколада с различными вкусами, включая вишню, мяту и кислое яблоко.

Максимальный размер зоны построения составляет 255х355х295мм. Устройство оснащено контрольным модулем со встроенным сенсорным дисплеем для создания3D-модели, а также USB-портом и беспроводным интерфейсом (Wi-Fi) для получения данных для печати.

The CandyFab 4000

Данный 3D-принтер отличается от остальных в первую очередь тем, что создан для развлечения – он не обладает хорошим разрешением, но может печатать конфеты! Среди нескольких порошкообразных веществ, которые он может использовать,– сахар. CandyFab печатает объекты, просто расплавляя сахарную пудру на месте, слой за слоем. Ключевые особенности CandyFab:

• низкая стоимость необходимых деталей;
• очень низкая стоимость ингредиентов (сахар);
• нетоксичная среда (сахар);
• крупногабаритный строительный конверт;
• дизайн с открытым исходным кодом.

CandyFab определенно не предназначен для создания высококачественных объектов – и это точно не пищевой 3D-принтер для тортов, так как его разрешение все еще довольно низкое (0,2–0,06), а получаемые поверхности не совсем гладкие. Однако он достаточно недорогой (стандартную модель можно собрать за $500), потому отлично подойдет начинающим для тренировок.

Foodini (Nautral Machines)

Foodini работает по технологии FDM (послойное наложение материала). Принтер выдавливает жидкий материал на платформу для печати, образуя со временем цельную конструкцию.

Устройство оснащено пятьюкапсулами для пятиразличных ингредиентов, каждый из которых может выдавливаться с различными давлением и температурой.

Эти капсулы нужно заправлять уже готовыми материалами в пастообразном состоянии, подготовленными с помощью ручного блендера или каким-то другим образом.

Созданный 3D-продукт можно употреблять сразу после изготовления (например, если это десерт), или же необходимо предать его термической обработке (в случае, если вы напечатали пасту или пиццу).

Chef3D (BeeHex)

Принтер Chef 3D, разработанный BeeHex, способен напечатать уникальную пиццу по индивидуальным требованиям клиента: например, для ребенка можно создать пиццу в форме его любимого персонажа из мультиков, а для взрослых, которые страдают желудочно-кишечными заболеваниями, – пиццу без содержания глютена.

Устройство использует пневматическую систему вместо традиционной для 3D-печати технологии послойного синтеза. В 2017-м BeeHex привлекла $1 млн венчурных инвестиций на выпуск 3D-принтеров. По словам ведущего инвестора раунда, разработка может заинтересовать крупные сети пиццерий, такие как Domino’s или Pizza Hut.

Изначально в BeeHex хотели создать принтер, который был бы в состоянии сделать разнообразные продукты для космонавтов во время длительных миссий в космическом пространстве. Но сооснователи компании смогли адаптировать свою оригинальную технологию для коммерческого рынка для создания продуктов на Земле.

Еда, напечатанная на 3D принтере

Диапазон возможностей современных 3D-принтеров растет день за днем.

Сейчас даже весьма простенький домашний принтер может выполнить копию из пластика, которую практически невозможно отличить от оригинала. «МН» разбирался, на что сейчас способна эта технология.

3D-принтеры печатают практически все: одежду, игрушки, промышленные детали, дома, мебель, украшения, зубные протезы — всего не перечесть. Заполонить мир ему мешает только одно — пока еще традиционная продукция намного дешевле и практичнее.

Мечта о кулинарном принтере давно владеет человечеством. И надо сказать, что определенные успехи в этом направлении есть. Корейские ученые придумали новую технологию трехмерной печати еды. Она позволяет получать пищу с заданным содержанием питательных веществ и даже с контролируемой скоростью переваривания.

Но в целом возможности 3D-печати еды пока невелики — можно производить только отдельные продукты, которые при этом получаются невкусными и слабо похожими на настоящую еду, а о стоимости ее производства ученые предпочитают скромно умолчать.

Большие надежды на эту технологию возлагают в медицине. Ученые уже создают искусственные аналоги сосудов, сердца и других сложных биологических структур. Недавно биомедики создали 3D-печатные яичники для самок мышей. Три из семи подопытных грызунов дали здоровое потомство. Это в перспективе поможет врачам более эффективно бороться с бесплодием.

НЕВОЗМОЖНОЕ ВОЗМОЖНО?

До сих пор бытует мнение, что 3D-принтеры безумно дороги и доступны только состоятельным пользователям. Между тем сейчас уже есть множество моделей 3D-принтеров, вполне доступных по цене, их уже можно использовать в обычном хозяйстве. «МН» расспросил одного из энтузиастов, как это работает на практике.

— Мысль о том, как здорово было бы иметь такую штуку, появилась года два назад, когда впервые прочитал о них, — рассказывает Павел Селиванов. — Готовый принтер обошелся бы довольно дорого — от 30 тысяч рублей, а лишних денег у меня нет. Поэтому был найден компромисс — собрать принтер самому. Запчасти заказал в интернет-магазине, обошлись в 16 500 рублей. Сейчас они уже дороже.

Под названием 3D-печать скрывается множество разных технологий, объединенных тем, что объект формируется послойным добавлением материала. Павел работает, как и подавляющее большинство энтузиастов, на принтере, печатающем методом наплавления. Такие принтеры на самом деле изобретены много лет назад и еще в 90-х использовались для прототипирования. Просто сейчас эта методика получила новое звучание.

— Собирал это чудо техники чуть больше одного дня, — продолжает рассказ Павел. — Первое изделие — тестовый кубик 1х1х1 см. Потом уже бросился искать, чего бы напечатать такого хозяйственно-полезного. Первым делом скачал в интернете инструкцию и распечатал подшипник. После ковыряния отверткой и смачивания ацетоном изделие все-таки стало худо-бедно крутиться. Честно говоря, проще, быстрее и дешевле было бы купить его в магазине.

Когда смотришь рекламные ролики в интернете, думаешь: «Как здорово, скачал модель, ткнул кнопочку и получил результат». Это очень соблазняет.

На деле, конечно же, это далеко не универсальный конструктор. Универсальным конструктором называют гипотетический прибор, который сможет изготавливать что угодно и из любых материалов. Им надо уметь пользоваться и обладать специфическими навыками. Например, навыком работы с 3D-моделированием: надо уметь подобрать настройки, толщину линии, скорость печати, ориентировку модели и многое другое.

Еще один существенный недостаток — это скорость. 3D-принтеры работают очень медленно. Модель на настройках с высоким разрешением высотой 8 см печатается 12 часов.

— Все-таки это инструмент для создания уникальных изделий, — считает Павел. — Поэтому, когда в интернете в очередной раз опасаются, что «все смогут напечатать пистолет и из него убивать людей», мне становится смешно. Пока на 3D-принтере родится пистолет, способный произвести один-единственный выстрел (единственный, потому что из пластика), какой-нибудь Данила Багров при помощи ножовки настрогает с десяток качественных, проверенных временем самопалов.

Сейчас дешевле доставить на место оборудование, чем напечатать его на месте. В труднодоступных местах, где пересылка небольших вещей слишком дорогое удовольствие, это, может, и имеет смысл. А вот где это дело по-настоящему будет востребованным, так это в космосе.

На МКС доставлять грузы очень дорого, и очень часто нельзя всего предусмотреть, например, может возникнуть нужда в небольшой детали. В таком случае выгоднее будет доставлять сырье, из которого уже будут создаваться нужные детали по мере надобности. И такие технологии сейчас уже разрабатываются.

КАК МОЖНО ЗАРАБОТАТЬ

На волне возросшего интереса и появившихся доступных по цене 3D-принтеров люди стали искать способы заработка и нашли свою нишу, правда, довольно узкую и очень специфическую.

— Сейчас основной источник дохода предприимчивых обладателей 3D-принтеров — это художественные сувениры, детали для моделей, мелкосерийного производства и бытовой техники, — говорит Павел. — Пользуются спросом запчасти, которые дорого стоят или их очень долго ждать под заказ. Печатают, например, автомобильные форсунки омывателя.

Оказывается, этот узел продается только в сборе и у официального дилера стоит на порядок дороже. Но, как правило, ломается или теряется одна такая пластмассовая форсунка. Намного дешевле и быстрее создать модель, изготовить ее и продавать. Очень часто ломаются ручки для бытовой техники — холодильника, кухонной плиты, стиральных машин. Печатники договариваются с центром обслуживания бытовой техники, а они заказывают необходимые им детали. Велосипедисты тоже хорошие клиенты — они заказывают крепления для телефонов и другие разные мелочи, в сезон работы достаточно.

— Миллионером пока еще никто не стал, скорее, наоборот, но как хобби, дающее небольшой доход, — вполне рабочий вариант, — считает Павел Селиванов.

Вячеслав Степовой.

Пищевые 3D-принтеры

Технология 3D печати действительно впечатляет. Удивительные пищевые 3D принтеры, существование которых казалось невозможным ещё вчера, сегодня стали реальностью, и вполне возможно, что они окажутся чем-то вполне обыденным в ближайшем будущем.

Принцип действия пищевого 3D принтера очень похож на принцип работы обычного струйного принтера. Только вместо картриджей с жидкими красителями в пищевом принтере используются картриджи с пищевыми ингредиентами. В памяти принтера хранится множество рецептов. Чтобы напечатать блюдо, необходимо выбрать один из рецептов и нажать на кнопку. После этого принтер, в соответствии с заложенным в него алгоритмом, начнёт слоями выкладывать ингредиенты на рабочую поверхность или на тарелку. Полученный таким образом продукт охлаждается или запекается.

Учёные Массачусетского технологического института разработали 3D принтер Digital Chocolatier, который печатает лакомства из шоколада, фруктов и орехов. Принтер состоит из карусели с ингредиентами, приёмной терморегулируемой формочки и пользовательского интерфейса.

Пищевой 3D принтер Digital Chocolatier

Когда ингредиенты подаются в приёмную терморегулируемую формочку, она быстро охлаждается, закрепляя форму шоколада и не позволяя ему растекаться по поверхности. Все рецепты можно сохранять в памяти 3D принтера и при необходимости использовать снова и снова.

Ещё один 3D принтер, разработанный Массачусетским технологическим университетом, получил название Virtuoso Mixer.

Пищевой 3D принтер Virtuoso Mixer

Этот 3D принтер также смонтирован по карусельному принципу. В верхнем ярусе Virtuoso Mixer мы видим 8 картриджей с весами и датчиками температуры для контроля количества и свойств пищи, которая в них хранится. Такие картриджи заправляются готовыми пищевыми компонентами. В среднем ярусе расположено 8 картриджей со встроенными миниатюрными дробилками и миксерами для перемешивания ингредиентов. Наконец, последний, нижний ярус, функционирует как экструзионный лоток, на котором готовятся и хранятся продукты питания. Этот ярус оснащён мощными устройствами термоэлектрического нагрева и охлаждения, а также изолирующей стеклянной крышкой для быстрой выпечки готовых смесей.

Получение шоколадно-орехового десерта на 3D принтере Virtuoso Mixer

Интерфейс Virtuoso Mixer разработан таким образом, чтобы пользователи могли легко и быстро экспериментировать с различными комбинациями ингредиентов. Окончательный рецепт в конечном итоге может быть сохранён для дальнейшего использования.

Различные десерты, которые можно получить при помощи Virtuoso Mixer

В той же самой лаборатории Массачусетского технологического института создали прототип пищевого 3D принтера для печати многокомпонентных блюд. Установка получила название Cornucopia, что переводится на русский язык как «Рог изобилия». Роль картриджей здесь выполняют тюбики с пищевыми компонентами, которые следует хранить в холодильнике.

Пищевой 3D принтер Digital Fabricator

В соответствии с рецептурой приготовления блюда, питательные вещества выдавливаются в головку экструдера пищевого принтера. Миксер, совмещённый с экструдером, формирует указанные в рецепте смеси белков, жиров, углеводов и ароматизаторов. Из полученной массы слой за слоем печатается готовое блюдо с точностью до 0,5 миллиметра. Печатающая головка принтера имеет две дополнительные трубки, предназначенные для подогрева и охлаждения продукта с помощью лазера.

Пищевой 3D принтер Digital Fabricator

По замыслу разработчиков пищевой 3D принтер Digital Fabricator позволяет контролировать вкус, аромат и пищевую ценность будущих блюд до мелочей. Интересной функцией 3D принтера является возможность получения заказов по Интернету. Только представьте: вам достаточно со своего рабочего места выбрать желаемое блюдо, и к вашему возвращению домой уже будут готовы заказанные хрустящие куриные котлеты, ароматные пончики и воздушное клубничное суфле.

Печатающая головка 3D принтера Digital Fabricator

Картриджи для пищевых 3D принтеров заправляются самыми разными пищевыми компонентами, которые можно заказывать исходя из собственных предпочтений. Если в картриджах недостаточно содержимого для печати заказанного блюда, то принтер предлагает пользователю другой рецепт с похожими ингредиентами.

Не отстают от учёных Массачусетского технического института и исследователи компании Philips, которые изобрели модель пищевого 3D принтера, способного печатать блюда с точностью до молекулы.

Прототип пищевого 3D принтера Philips

Прототип пищевого 3D принтера Philips

Данная модель особенно привлекательна для родителей, которым необходимо накормить малыша полезной, но не привлекательной с виду едой. При помощи принтера можно напечатать спагетти из морковки, картофельные конфеты, мороженное из брюссельской капусты, пенку из брокколи.

Блюдо, напечатанное пищевым 3D принтером Philips

Блюдо, напечатанное пищевым 3D принтером Philips

Блюдо, напечатанное пищевым 3D принтером Philips

Свою модель пищевого 3D принтера разработала и творческая инженерная лаборатория Корнельского университета (США). Специалисты лаборатории при конструировании своего девайса сотрудничали с экспертами французского кулинарного института. Пищевой 3D принтер, разработанный специалистами лаборатории, получил название Cornell. С помощью печатающего устройства можно напечатать блюдо любой мыслимой и немыслимой конструкции с любыми ингредиентами, вкусом и пищевой ценностью. Принтер Cornell предназначен для шеф-поваров ресторанов и домашних хозяек, которые теперь смогут печатать новые интересные блюда из полезных ингредиентов. В отличие от 3D принтеров, которые так и остались концепцией, Cornell представляет собой прибор, практически готовый к применению.

Пищевой 3D принтер Cornell

Разработчики предлагают использовать в качестве пищевых красок всё, что можно выдавить через кулинарный шприц: мягкий сыр, расплавленный шоколад, песочное тесто, мороженое и т.д. Для получения пищевых красителей могут использоваться и твёрдые продукты, измельчённые и смешанные с водой, молоком или другой съедобной жидкостью.

Пищевой принтер Cornell способен создавать весьма замысловатые съедобные конструкции. Сотрудники лаборатории попробовали соединить кукурузную муку с водой и напечатать «курчавую» лепёшку. Такая лепёшка с облегённой структурой в виде цветка оказалось даже легче пожарить, чем традиционную индийскую лепёшку.

«Кучерявая» лепёшка, напечатанная 3D принтером

Пищевые 3D принтеры открывают целый горизонт возможностей для приготовления необычных блюд. Как вам нравится космический корабль, напечатанный из зелёного горошка или моркови?

Космический корабль, напечатанный из моркови

Вполне вероятно, что через каких-нибудь 5-10 лет в каждом доме рядом с микроволновой печью и электрочайником будет красоваться замечательный современный 3D принтер, который будет печатать любую пищу, которую только сможет вообразить его владелец.