چاپگرهای سه‌بعدی؛ آینده صنعت غذا
نگاهی به کاربرد و روش تولید محصولات غذایی با چاپگرهای سه بعدی
فناوری تولید مواد غذایی هر روز در حال پیشرفت است و تولید محصولات نوآورانه متناسب با نیاز مصرف کنندگان بیش از گذشته بازار متنوع رقابتی این حوزه را به جلو می‌راند. در این میان با ظهور چاپگرهای سه بعدی و گسترش آنها در زمینه‌های مختلف، صنایع غذایی جهان دچار تحول بزرگی شده است. فناوری که امروزه توسط محققان به صورت جدی به عنوان منبعی مناسب برای تولید غذای افراد مطرح می‌شود. باید منتظر زمانی بود که هر فردی بدون نیاز به انجام کارهای زمان‌بر، غذایی سالم متناسب با نیاز تغذیه‌ای روزانه خود را با فشردن چند کلید تهیه و آماده خوردن کند. البته این موضوع همچنان در حال توسعه است و محدودیت‌های بسیاری در سر راه آن قرار دارد. اما از لحاظ تئوری هر غذایی توسط چاپگرهای سه بعدی قابل تهیه است.
چاپگرهای سه بعدی غذا چگونه کار میکنند؟
به طور معمول چاپگرهای سه‌بعدی مواد غذایی مانند چاپگرهای سه بعدی معمولی عمل میکنند، به این شکل که مواد اولیه و خام از مخزن ذخیره‌سازی به ظروف سرنگ مانندی به نام نازل وارد می‌شوند و با حرکت آنها به اطراف، لایه‌ها بر روی سطح شکل می‌گیرند. بدین شکل می‌توان محصولاتی با اشکال و ساختارهای مختلف ایجاد کرد. این روش نه تنها باعث ایجاد ظاهری جذاب در غذای تولیدی می‌شود، بلکه در صورت لزوم می‌توان مواد مغذی مختلفی را هم به غذا اضافه کرد.
به طور کلی سه تکنیک اصلی برای این منظور بکار می‌رود:
1- چاپ بر پایه اکستروژن FDM
در تعریف عمومی، اکستروژن روشی است که در آن مواد پس از ذوب شدن، تحت فشار از میان یک قالب عبور کرده و محصولی در سطح مقطع خاص تولید می‌شود. در چاپ سه بعدی با روش FDM مواد اولیه ذوب می‌شوند و از طریق اکسترودر به صورت لایه به لایه بر سطح قرار می‌گیرند. این نوع چاپ متداول‌ترین روش در چاپگرهای سه بعدی است و محصولات مختلفی مثل شکلات، ماکارانی و مواد غذایی خاص برای افرادی که مشکل بلع دارند، توسط آن قابل تولید است.
2- چاپ بر پایه ذوب بستر پودری
در این تکنیک پس از پخش پودر ماده اولیه در لایه‌های نازک، از اشعه لیزر برای ذوب مواد خام در موقعیت‌های مشخص استفاده می‌شود. پس از تکمیل یک لایه، پودر ماده اولیه جدید برای لایه بعدی بر سطح قرار گرفته و این روند تا زمان تولید محصول نهایی تکرار می‌شود.
تکنیک ذوب بستر پودری هزینه تولید بالاتری به نسبت روش اول دارد، با این حال کیفیت بهتری از محصول نهایی را در اختیار مصرف کننده قرار می‌دهد. این روش به‌صورت خاص برای طراحی و تولید کیک‌ها و دسرهای خاص و تزیینی کاربرد دارد.
3- بایندر جت
روشی شبیه چاپ بر پایه ذوب بستر پودری با این تفاوت که در آن از مایعات و یا سایر مواد غذایی برای به هم چسباندن پودر مواد اولیه در محل مورد نظر استفاده می‌شود. مواد اولیه‌ای که در این فرایند به یکدیگر اتصال نمی‌یابند برای چاپ بعدی قابل کاربرد هستند. این تکنیک به خصوص برای طراحی و تولید محصولات در گروه نانوایی و قنادی به کار می‌رود، زیرا می‌تواند بافت‌های منحصر به فردی را در راستای سلیقه و نظر مصرف کننده بوجود آورد.
کاربردهای ویژه چاپگرهای سه‌بعدی در صنعت غذا
1- تولید غذاهای شخصی‌سازی شده
نیاز افراد به مواد مغذی مختلف و عادت‌های روزانه‌شان متفاوت است. چاپگرهای سه بعدی به عنوان یک فناوری منعطف به شکلی طراحی شده‌اند که مقدار و نوع مود غذایی هر فرد در آن قابل تنظیم است. به این شکل می‌توان غذایی را با استفاده از آنها تولید کرد که کاملا برای هر فرد شخصی‌سازی شود. به عنوان مثال تولید محصولاتی برای ورزشکاران در قبل، بعد یا حین مسابقه به نحوی که انرژی و مواد مغذی مورد نیاز آنها فراهم شود. یا تولید سوشی که بر حسب نیازهای غذایی مشتریان در رستوران تهیه می‌شود.
جالب است بدانید در ژاپن رستورانی وجود دارد که شما قبل از ورود به رستوران مشخصات و نیازهای مورد نظر خود بر اساس سطح سلامت، نوع ذائقه و نحوه تغذیه خود را در اختیار قرار می‌دهید و پس از ورود به رستوران یک دستگاه چاپگر سه بعدی غذای سفارشی شما را بر حسب دستور مد نظرتان آماده می‌کند.
2- تولید غذاهای سالم
توسط فناوری چاپگرهای سه بعدی می‌توان بافت، کیفیت و ویژگی غذا را کاملا کنترل کرد. بدین شکل قابلیت تولید محصولات غذایی سالمی که به عنوان مثال دارای نمک، قند یا چربی کمتر هستند، وجود دارد. به عبارتی ساختار مواد غذایی قابل طراحی است و بر حسب نیاز مصرف کننده حتی مزه و شکل دلخواه خوراک مد نظر قابل طراحی و تولید است.
علاوه بر این، از آنجا که می‌توان با استفاده از این فناوری انواع مواد مغذی مانند پروتئین‌ها، ویتامین‌ها و مواد معدنی را به عنوان ماده اولیه به غذاهای مختلف اضافه کرد، تولید محصولات غنی شده و مقوی یکی از دستاوردهای چاپگرهای سه بعدی خواهد بود.
3- کاهش ضایعات مواد غذایی
چاپگرهای سه بعدی مواد غذایی با ذخیره‌سازی میزان مواد اولیه مورد نیاز برای هر محصول، این امکان را فراهم می‌آورند که افراد تنها به میزان لازم مواد را تهیه کنند؛ موضوعی که در نهایت مانع هدر رفت منابع در زنجیره تولید مواد غذایی می‌شود. علاوه بر آن تولید محصولات مختلف بوسیله ضایعات میوه‌ها و سبزیجات و همچنین نان، از جمله فعالیت‌هایی است که توسط تعدادی از دانشجویان علاقمند به چاپگرهای سه بعدی انجام شده‌اند. آنها با ترکیب این دور ریزها توانسته‌اند اسنک‌های مختلفی را درست کنند.
4- تولید ظروف غذای سه بعدی
تجربه استفاده از چاپگرهای سه بعدی در صنعت غذا تنها به نوع خوراکی که مصرف می‌کنید، محدود نمی‌شود. سرآشپزهای رستوران‌ها به سادگی می‌توانند در همان روز بشقاب‌های غذا را در طراحی‌های مختلف تولید کنند. این بشقاب‌ها و حتی کارد و چنگال‌های خوراکی سه بعدی و البته تجزیه پذیر در محیط زیست نحوه سرو غذا را با تحول روبرو خواهند کرد. برخی رستوران‌های جهان در حال حاضر حتی ایده‌های بلندپروازانه‌‌تری را نیز دارند و به‌دنبال تولید میزها، صندلی‌ها، ظروف و البته غذاهای خود با استفاده از چاپگرهای سه بعدی هستند. ایده‌هایی که تجربه لذت بخشی از غذا خوردن را در رستوران‌ها به کاربر ارایه خواهند داد.
5- غذای مخصوص فضانوردان
یکی از چالش‌های سفرهای فضایی طولانی مدت، یافتن راهی مناسب برای به همراه بردن حداقل تجهیزات و مواد غذایی است تا کمترین بار با افراد حمل شود. اما امروزه به لطف چاپگرهای سه بعدی تنوع غذاها برای فضانوردان بیشتر شده است. در سال 2019 فضانوردان روسی با استفاده از این فناوری برای اولین بار گوشت را تولید کردند. یک شرکت آمریکایی نیز با هدف ارایه جایگزین‌های سریع و لذیذتر برای غذاهای سنتی فضایی، نوعی پیتزا با چاپگرهای سه بعدی را تولید کرده است. با روند سریع توسعه این فناوری در آینده نزدیک غذاهای سالم‌تر و مناسب‌تری برای ماموریت‌های فضایی می‌توان تولید کرد.
6- چاپ سه بعدی غذا و تغییر آینده رستوران‌ها
چاپگرهای سه‌بعدی می‌توانند به رستوران‌ها در کنترل کیفیت بهتر و کارآمدتر کمک کنند. نمونه چاپگری که برای این منظور طراحی شده، حاوی کپسول‌هایی از جنس فولاد ضد زنگ است که مواد اولیه تشکیل دهنده غذا در آن قرار می‌گیرد. کاربران از طریق صفحه نمایش لمسی، نوع غذا را انتخاب و سپس چاپگر آن را تولید می‌کند.
در کاربردی دیگر نیز، تولید کیک‌های خاص تزیینی در طرح‌های پیچیده، که پیاده‌سازی آن توسط قنادهای حرفه‌ای به‌راحتی امکان پذیر نیست، با استفاده از این فناوری قابل انجام است. به این شکل، مشاغل خدمات غذایی نظیر رستوران‌ها و قنادی‌ها می‌توانند پاسخگویی بهتر و آسان‌تری در برابر تنوع تقاضای مشتریان داشته باشند. از طرفی به‌دلیل قابلیت ایجاد تنوع و ماهیت هنری آن، این فناوری بویژه برای اهل غذا گزینه‌ای جذاب به نظر می‌رسد.
و رویایی که تحقق آن نزدیک است
با تمام مزیت‌ها، نکاتی هم وجود دارد که استفاده گسترده از چاپگرهای سه بعدی را حداقل در حال حاضر با مشکل روبرو می‌کند. یکی از این موارد زمان چاپ و تولید مواد غذایی است؛ به عنوان مثال تولید یک طرح شش لایه بسیار ساده توسط چاپگر ممکن است 7 دقیقه طول بکشد که این زمان در مدل‌های دقیق‌تر و جزئی‌تر تا 45 دقیقه هم افزایش می‌یابد.
از سوی دیگر هزینه دستگاه و مواد مصرفی مانع بزرگی در کاربرد همه‌گیر این چاپگرهاست که اگر به آن هزینه آموزش کار با تجهیزات را نیز اضافه کنیم، مشخص می‌شود که استفاده آن در حال حاضر نمی‌تواند بسیار گسترده باشد. در کنار این موارد، نیاز به آماده‌سازی مناسب مواد اولیه قبل از شروع فعالیت موضوعی است که مشکلاتی را در تولید مقیاس بالا بوجود می‌آورد.
با این وجود رشد شتابان فناوری‌های دیجیتال در صنایع غذایی قابل رقابت شدن چاپگرهای سه بعدی را بسیار نزدیک کرده است. به طور قطع این چاپگرها در آینده شیوه تولید غذا را به صورت بنیادی تغییر خواهند داد. کمک به کاهش ضایعات غذا و بازیافت آنها همراه با تولید غذاهایی سالم‌تر متناسب با ساختار بیولوژیک هر فرد موضوعاتی جالب توجه در این حوزه هستند. البته از تجربه تولید غذاهای خلاقانه و نقش این فناوری در مقابله با چالش‌های کمبود مواد غذایی نمی‌توان به سادگی گذشت.
بله...دور نیست زمانی که در کنار سایر دستگاه‌های دیجیتال در خانه، یک چاپگر سه بعدی هم مشابه اجاق‌های مایکروویو وجود داشته باشد که افراد با تلفن همراه خود دستور تهیه مواد غذایی دلخواهشان را به آنها صادر کنند. حتی تصورش هم دلنشین است!
منابع
https://all3dp.com/2/3d-printed-food-3d-printing-food/
https://www.mtec.or.th/en/research-projects/40215/
نظر یا دیدگاه خود را، راجع به این نوشته در این محل درج نمایید.