Lebensmittel aus dem 3D-Drucker

Die NASA arbeitet an der Entwicklung eines 3D-Lebensmitteldruckers für Weltraummissionen. Auf der weltgrößten Backmesse wird eine Nachbildung des Schlosses Neuschwanstein aus Marzipan gedruckt. Ein Pop-up-Restaurant eröffnet in London und ein bietet ein mehrgängiges Abendessen aus dem 3D-Drucker an.

Erstellt am

10.07.2018

Abbildung 1: Fruchtgummi-Oktopus aus dem 3D-Drucker, © Sebastian Vogt

Von Sebastian Vogt

Diese und ähnliche Meldungen sorgten in den letzten Jahren für Aufmerksamkeit in den Medien. Lebensmittel aus dem 3D-Drucker gewinnen an Interesse. Wissenschaftliche Forschungsarbeiten existieren bereits seit etwa zehn Jahren. Sowohl junge als auch etablierte Unternehmen, zu denen u. a. der Süßwarenhersteller Katjes und die Barilla Group zählen, experimentieren mit der neuen Technologie. Doch was sagen die Konsument/-innen zum 3D-Lebensmitteldruck? Wie verhält es sich mit der Akzeptanz und einer möglichen Nutzung? Welchen Nutzen versprechen sie sich und wo sehen sie Probleme? Und nicht zu vergessen: Schmecken Lebensmittel aus dem 3D-Drucker überhaupt?

Welche Verfahren gibt es und welche Lebensmittel eignen sich?

Seinen Ursprung hat der 3D-Lebensmitteldruck im industriellen 3D-Druck der späten 1980er Jahre. Das Grundprinzip hat sich seither kaum verändert: Objekte werden digital am Computer modelliert und anschließend mittels 3D-Drucker schichtweise, also additiv, gefertigt. Der wesentliche Unterschied liegt somit in der Verwendung von Nahrungsmitteln als Ausgangsmaterial für den Druckprozess. Nahrungsmittel können beim 3D-Druck hinsichtlich ihrer Form, Farbe, Textur und ihres Geschmacks verändert werden.

Für den 3D-Druck von Lebensmitteln existieren verschiedene Produktionsverfahren. Godoi et al. (2016) unterscheiden diese Verfahren nach der Beschaffenheit des Ausgangsmaterials.

Bei den Extrusionsverfahren finden weiche oder flüssige Nahrungsmittel wie geschmolzene Schokolade, Fondant, Pastateig sowie Frucht- und Gemüsepürees Verwendung. Die Masse wird durch eine Extrusionsdüse gepresst. Geschmolzene Schokolade gehört aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften derzeit zu den am häufigsten verwendeten Nahrungsmitteln beim 3D-Lebensmitteldruck. Auswahl und Beschaffenheit entscheiden am Ende wesentlich über die Formstabilität. So können gedruckte Objekte entweder aufgrund ihrer Konsistenz, durch eine anschließende Abkühlungsphase oder den zusätzlichen Einsatz eines Hydrogels ihre Form behalten. Auch die zuvor festgelegten Parameter bei der digitalen Modellierung haben einen entscheidenden Einfluss auf die Formstabilität.

Bei den pulverbasierten Verfahren kommen beispielsweise Zucker, Kakaopulver oder Gewürze zum Einsatz. Das Ausgangsmaterial wird zunächst auf einer ebenen, absenkbaren Arbeitsfläche verteilt. Ein Laser oder heißer Luftstrom erhitzt die Partikel einer jeden Schicht kurzzeitig entlang der Koordinaten und sorgt auf diese Weise an den jeweiligen Stellen für eine Verschmelzung. Nach Absenkung der Plattform um eine Schichtdicke wird neues Pulvermaterial auf der Arbeitsfläche aufgetragen. Alternativ kann für diesen Vorgang auch ein flüssiges Bindemittel verwendet werden.

Die Zusammensetzung von Nahrungsmitteln hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie Unterschiede bei Temperaturbeständigkeit und Haltbarkeit machen außerdem deutlich, dass nicht alle Nahrungsmittel für den 3D-Lebensmitteldruck geeignet sind. Eine große Herausforderung besteht in der Formerhaltung bei weiteren Verarbeitungsschritten wie dem Kochen, Braten und Backen.

Wo findet der 3D-Lebensmitteldruck seine Anwendung?

Seine Stärken zeigt die 3D-Drucktechnologie insbesondere bei individuellen Produkten und kleinen Produktionsmengen. Die Herstellung komplexer Formen mittels traditioneller Herstellungsverfahren ist entweder zu aufwendig oder sogar unmöglich. Der Kreativität beim 3D-Druck hingegen sind zunächst kaum Grenzen gesetzt. Auch die anfallenden Produktionskosten können sich als vorteilhaft erweisen, denn trotz steigender Komplexität bleiben die Produktionskosten nahezu unverändert.

Lipton et al. (2015) sehen in dieser „Small Scale Food Production“ eine Chance zur Weiterentwicklung des 3D-Lebensmitteldrucks. Insbesondere Bäckereien, Konditoreien und Restaurants können zukünftig von der geometrischen Designfreiheit profitieren und auf diese Weise eine höhere Wertschöpfung für die erzeugten Produkte erzielen. Unternehmen aus der Lebensmittelindustrie hätten die Möglichkeit, mit innovativen Produkten die Aufmerksamkeit der Konsument/-innen am Point-of-Sale zu gewinnen und sie für das Produkt, die Marke und das Unternehmen zu begeistern.

Das Interesse am 3D-Lebensmitteldruck ist somit groß – sowohl von Seiten der Wissenschaft als auch von der Industrie. Start-ups wie Print2Taste aus Freising oder Natural Machines aus Barcelona entwickeln bereits 3D-Lebensmitteldrucker für den professionellen Einsatz. Katjes präsentierte im August 2015 den ersten lebensmittelzertifizierten 3D-Fruchtgummidrucker für den Handel. Barilla experimentiert mit einem 3D-Pastadrucker, der auf der EXPO 2015 in Mailand vorgestellt wurde. Und auf EU-Ebene beteiligen sich fünf Länder am Projekt PERFORMANCE (PERsonalised FOod using Rapid MAnufacturing for the Nutrition of Elderly ConsumErs), bei dem der 3D-Lebensmitteldruck als zentrale Technologie einer ganzheitlichen und personalisierten Lieferkette gesehen wird, die auf die individuellen Ernährungsbedürfnisse älterer Menschen sowie Personen mit Kau- und Schluckbeschwerden abgestimmt ist.

Wegrzyn et al. (2012) sehen insbesondere in der personalisierten Ernährung ein Konzept der Zukunft. Im Mittelpunkt steht die Produktion von Lebensmitteln auf Grundlage individueller Ernährungsbedürfnisse. Auch für Lipson & Kurman (2014: 154 f.) wird der 3D-Lebensmitteldruck zukünftig einen entscheidenden Anteil an der Entwicklung und Produktion personalisierter Ernährung ausmachen.

Wie stehen Konsument/-innen dem 3D-Lebensmitteldruck gegenüber?

Schon jetzt gehört der 3D-Lebensmitteldruck zu den am häufigsten genannten Food-Trends der Zukunft (Nestlé Zukunftsforum, 2015; Rützler & Reiter, 2015). Eine erste, repräsentative Studie aus dem Jahr 2015 zeigt: 24 % der 16-24-Jährigen und 23 % der 25-34-Jährigen würden sich eine Mahlzeit mit Hilfe eines 3D-Lebensmitteldruckers zubereiten (Reichelt Elektronik, 2015). Viel mehr ist aus Konsument/-innensicht allerdings noch nicht bekannt. Das ist insofern überraschend, als dass die Akzeptanz und Nutzung durch die Konsument/-innen zukünftig eine entscheidende Voraussetzung für den Erfolg des 3D-Lebensmitteldrucks sein wird.

Im Rahmen einer Master-Thesis im Jahr 2016 wurde aus diesem Grund eine qualitative Analyse zur Akzeptanz und Nutzung des 3D-Lebensmitteldrucks aus Sicht der Konsument/-innen durchgeführt.1

An den leitfadengestützten Interviews nahmen 13 Personen mit einem Durchschnittsalter von 32 Jahren teil. Voraussetzung für die Teilnahme an dem Gespräch war die Freude am Kochen oder Backen. Die Idee basierte auf der Annahme, dass sich zunächst vor allem die Konsument/-innen für den 3D-Lebensmitteldruck interessieren werden, die Freude an der Verarbeitung oder kreativen Zubereitung von Lebensmitteln haben. Gegenwärtig ist noch nicht von einem allgemeinen Verständnis oder Wissen über Lebensmittel aus dem 3D-Drucker auszugehen. Für die leitfadengestützten Interviews war es somit erforderlich, eine vergleichbare Wissensgrundlage zu schaffen. Die Teilnehmer/-innen erhielten daher vor dem Interview drei Videos, in denen die unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten von 3D-Lebensmitteldruckern aufgezeigt wurden. Im Anschluss an das Interview nahmen sie außerdem an der sensorischen Bewertung eines Fruchtgummis aus dem 3D-Drucker teil (Abb. 1). An dieser sensorischen Bewertung nahmen weitere 32 Studierende im Rahmen einer Vorlesung teil, wodurch sich ein Gesamtumfang von 45 Personen ergibt.

Darüber hinaus standen zwei Experten für ein Interview zur Verfügung: Prof. Thomas Vilgis, Physiker am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz und Experte auf dem Gebiet der Molekularküche, sowie Thomas Bühner, Chef de Cuisine im Restaurant „la vie“ in Osnabrück und ausgezeichnet mit drei Michelin-Sternen. Beide Experten machten aufgrund ihres fachlichen Hintergrunds eine persönliche Einschätzung zum 3D-Lebensmitteldruck.

Etwa die Hälfte der Interviewteilnehmer/-innen hatte zum Zeitpunkt der Befragung bereits von 3D-Lebensmitteldruckern gehört. Der Einsatz im eigenen Haushalt ist für sie gegenwärtig allerdings nur schwer vorstellbar. Ein als zu hoch geschätzter Anschaffungspreis und ein fehlender, individueller Mehrwert bei der Lebensmittelverarbeitung sind hierfür die wesentlichen Gründe. Die Experten sind sich an dieser Stelle einig, dass der Einsatz eines 3D-Lebensmitteldruckers eher für spezielle Personengruppen interessant sein wird, weniger aber für den durchschnittlichen Privathaushalt. Von größerem Interesse wäre ein 3D-Lebensmitteldrucker für die Interviewten in erster Linie bei der Gestaltung von persönlichen Geschenken, individuellen Grußbotschaften oder für die Verzierung von Cupcakes, Kuchen und Torten. Auch die spielerische Zubereitung von gesundem Essen für Kinder, beispielsweise Frucht- und Gemüsepürees in Form von Tierfiguren, ist denkbar.

Anschaffungs- und Folgekosten, Hygiene und Reinigungsmöglichkeiten sowie die Qualität der Druckergebnisse sind wesentliche Faktoren bei der (hypothetischen) Kaufentscheidung. Gleichzeitig werden Hygiene und Reinigungsmöglichkeiten sowie die Qualität der Druckergebnisse als die wahrscheinlich größten Probleme in der Anwendung angesehen. Die Interviewteilnehmer/-innen wünschen sich eine intuitive Bedienung, um den Einstieg in den 3D-Lebensmitteldruck zu erleichtern und optimale Druckergebnisse zu gewährleisten. Gleichzeitig besteht aber auch die Bereitschaft, sich intensiver mit dem Gerät und der Technologie auseinanderzusetzen.

Bedenken gegenüber dem 3D-Lebensmitteldruck existieren nur wenige. Vorgefertigte Produkte aus dem Handel werden kritischer betrachtet als Lebensmittel, die selbst vorbereitet und anschließend gedruckt werden. Somit sind die vorhandenen Bedenken eher produkt- und weniger prozessbezogen.

Für den Themenkomplex der Gastronomie wurde für die Interviewten ein Szenario entwickelt: Die Bestellung eines 3D-gedruckten Schokoladendesserts im Restaurant. Das Dessert findet eine hohe Akzeptanz bei den befragten Teilnehmern, die darüber hinaus auch eine längere Wartezeit in Kauf nehmen würden. Auffallend ist die geringe Zahlungsbereitschaft, obwohl es sich um eine innovative Art der Lebensmittelzubereitung handelt. Die Teilnehmenden bestätigen außerdem den Mehrwert, der sich als solcher im Erlebnis widerspiegelt. Eine Erklärung liegt möglicherweise in der befragten Personengruppe selbst: Studierende verfügen über ein geringeres Einkommen und weisen deshalb unter Umständen eine höhere Preissensibilität auf. Sehr positive Reaktionen erhält die Idee, eigene 3D-Modelle auf einem USB-Stick mitzubringen oder vorab per E-Mail an das Restaurant zu schicken. Geburtstage, Hochzeiten oder Unternehmensfeiern erscheinen hierbei als passende Anlässe.

Die Interviewten sprechen dem 3D-Lebensmitteldruck im Privathaushalt nur eine geringe Bedeutung innerhalb der kommenden zehn Jahre zu. Gastronomie und Altenheime werden als vorstellbare Anwendungsgebiete gesehen. Produktvorführungen in Supermärkten, ein hoher Funktionsumfang und insbesondere ein Mehrwert durch Arbeitserleichterung bei der Lebensmittelverarbeitung werden als wesentliche Faktoren zur größeren Verbreitung genannt. Der Lebensmitteleinzelhandel wäre mit klassischen Produktvorführungen am Point-of-Sale außerdem in der Lage, das eigene (Service-)Angebot zu erweitern und individuelle Produkte direkt oder auf Bestellung für die Kunden herzustellen, um sich von lokalen Wettbewerbern zu differenzieren.

Der erste Eindruck vom Fruchtgummi-Oktopus aus dem 3D-Drucker fällt positiv aus. 89 % der Teilnehmer/-innen geben an, dass ihnen der Fruchtgummi-Oktopus gefällt. Hervorgehoben werden hierbei das Aussehen und die Form sowie die Farben und Farbschichtung. Geschmacklich wird das Fruchtgummi ebenfalls als sehr gut bewertet. Als negativ empfinden die Teilnehmer/-innen vor allem die Konsistenz insgesamt und speziell die Klebrigkeit. Die Detailtreue beim Druck wird ebenfalls als zu ungenau beschrieben. Zwar sei die Form erkennbar, die Details könnten aber noch ausgeprägter sein.

Fazit

Im Gegensatz zu traditionellen Produktionsverfahren spielt der 3D-Druck seine Stärken bei individuellen Produkten und kleinen Produktionsmengen aus. Ideen für zukünftige Anwendungsmöglichkeiten scheinen derzeit kaum begrenzt zu sein. Sowohl junge als auch etablierte Unternehmen sind schon jetzt auf der Suche nach neuen Geschäftsfeldern und Innovationsmöglichkeiten, obwohl die Möglichkeiten noch stark eingeschränkt sind. Die Konsument/-innen sind dem 3D-Lebensmitteldruck gegenüber grundsätzlich positiv eingestellt, suchen aber noch den individuellen Mehrwert. Der Weg für den 3D-Lebensmitteldruck hin zum berühmten Replikator aus Star Trek ist somit noch sehr weit.

Anmerkungen

1 Lebensmittel aus dem 3D-Drucker: Eine qualitative Analyse zur Akzeptanz und Nutzung aus Konsumentensicht, Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Ernährungswissenschaft (Professur für Lebensmittelwissenschaften), 2016

 

Literatur

Godoi, F.C., Prakash, S. und Bhandari, B.R. (2016): 3d printing technologies applied for food design: Status and prospects. Journal of Food Engineering, 179(Juni), S. 44–54.

Gong, J., Shitara, M., Serizawa, R., Makino, M., Kabir, M.H. und Furukawa, H. (2014): 3D Printing of Meso-Decorated Gels and Foods. Materials Science Forum, 783-786 (Mai), S. 1250–1254.

Lipson, H. & Kurman, M. (2014): Die neue Welt des 3D-Drucks, Weinheim: Wiley.

Lipton, J.I., Cutler, M., Nigl, F., Cohen, D. und Lipson, H. (2015): Additive manufacturing for the food industry. Trends in Food Science & Technology, 43(1), S. 114–123.

Nestlé Zukunftsforum (2015): Wie is(s)t Deutschland 2030? Nestlé Zukunftsstudie, Frankfurt am Main: Deutscher Fachverlag.

Reichelt Elektronik (2015): Zwei Drittel der Deutschen wollen 3D-Drucker nutzen. Pressemitteilung, 22. Mai.
Verfügbar unter: presseportal.de/pm/115736/3028785 [28.02.2017].

Rützler, H. und Reiter, W. (2015): Food Report 2016, Frankfurt: Zukunftsinstitut.

Wegrzyn, T.F., Golding, M. und Archer, R.H. (2012): Food Layered Manufacture: A new process for constructing solid foods. Trends in Food Science & Technology, 27(2), S. 66–72.

 

Dieser Artikel ist zuerst hier erschienen:

Vogt, S. (2017). Lebensmittel aus dem 3D-Drucker. Agrarsoziale Gesellschaft e.V.: Ernährungstrends - Zwischen Lifestyle, Ethik und Ernährungssouveränität. Ländlicher Raum, 68. Jahrgang, 03/2017. URL: https://www.asg-goe.de/pdf/LR0317.pdf

 

Sehens- und Lesenswertes zum Thema

Für einen vertiefenden Einblick: Sebastian Vogt. 3D-Lebensmitteldruck. Welche Möglichkeiten sich mit der neuen Technologie bieten. DLG Expertenwissen 4/2017 URL: https://www.dlg.org/de/lebensmittel/themen/publikationen/expertenwissen-lebensmitteltechnologie/3d-lebensmitteldruck/

 

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