3D-gedruckter Kuchen und die Suche nach einem Star-Trek-Replikator

Jul 07, 2023

Neben Jetpacks, Hologrammen und allgemeiner Gesundheitsversorgung ist der Lebensmittelreplikator eines der großen unerfüllten Versprechen einer Zukunft im Star-Trek-Stil. Kaum ein Konzept hat mehr Einfluss auf die begeisterten Feinschmecker, die immer auf der Suche nach den neuesten kulinarischen Trends sind, und auf diejenigen unter uns, die sich kaum die Mühe machen, eine Tiefkühlpizza in den Ofen zu schieben, als eine Schachtel zu Hause, aus der sich jede gewünschte Mahlzeit zubereiten lässt .

Sie drücken einen Knopf, und die Maschine surrt und piept und bereitet das köstliche Gericht Ihrer Wahl zu, ohne dass mühsames Zerkleinern, Marinieren oder Anbraten in der Pfanne erforderlich ist. Es ist eine Idee, die viel zu schön ist, um wahr zu sein – aber vielleicht sind wir dieser paradiesischen Utopie einen Schritt näher, als Sie denken.

Forschern der Columbia University ist es kürzlich gelungen, einen Käsekuchen in 3D zu drucken – ein Verfahren, das genauso entzückend ist, wie es sich anhört. Sie haben ihre Entdeckungen in einem Artikel in npj Science of Food detailliert beschrieben, und wir haben mit dem Hauptautor Jonathan Blutinger gesprochen, um zu erfahren, wie sie es gemacht haben.

Die Druckhardware befindet sich noch in der Forschungsphase und ist noch nicht für den Verbraucher bereit, aber es ist ihr gelungen, einen vollständig essbaren Käsekuchen zu drucken. Die von den Forschern durchgeführten Tests umfassten das Schichten von Graham Cracker, Erdnussbutter, Nutella, Bananenpüree, Erdbeermarmelade, Kirschnieselregen und Zuckerguss zu einem (vermutlich extrem süßen) Dessert.

Das Prinzip der Maschine ähnelt einem 3D-Drucker für den Heimgebrauch, ersetzt jedoch Spulen aus Kunststofffilamenten durch sogenannte „Lebensmitteltinten“, wie die Forscher es nennen. Die Lebensmittel werden zu einer Püree-Konsistenz verarbeitet und in handelsübliche Behälter in Lebensmittelqualität gefüllt, die von der Maschine extrudiert werden, um je nach Bedarf Schichten der einzelnen Geschmacksrichtungen aufzutragen.

Jeder Druck ist auf der aktuellen Maschine ein heikler, mühsamer Prozess und es braucht Zeit, jedes einzelne Element des Drucks einzurichten und zu optimieren. Die Gruppe arbeitet an einer Möglichkeit, Drucke vor der Ausführung zu simulieren, um Zeit und Material zu sparen. Aber um an diesen Punkt zu gelangen, musste man sich eine Menge fehlgeschlagener Drucke ansehen – was für die Forscher offenbar eine lästige Pflicht war, auch wenn sie für das Publikum recht erfreulich sind.

„Es tat mir innerlich wirklich weh, als das passierte“, sagte Blutinger mit einem Seufzer. „Das war schwer anzusehen.“

Aus dieser Mischung erfolgreicher und fehlgeschlagener Drucke haben sich einige wesentliche Regeln für den Lebensmitteldruck ergeben. Sie müssen festere Zutaten verwenden, um Strukturelemente wie Wände aufzubauen, die mit weicheren Zutaten gefüllt werden können. Verjüngen Sie die Wände dieser Strukturen, sodass sie unten dicker und oben dünner sind. Denken Sie daran, Platz für die Druckdüse zu lassen, wenn Sie Zutaten als Füllung verwenden.

Viele der Prinzipien des Druckens mit Lebensmitteln ähneln den Konstruktionsprinzipien, die wir in anderen Bereichen, wie dem Hausbau, sehen. Es stellt sich heraus, dass die Grundsätze der Ingenieurskunst immer noch gelten, unabhängig davon, ob Sie aus Ziegeln oder Bananen bauen.

So toll diese Technologie auch ist, sind sich Forscher, die auf diesem Gebiet arbeiten, sehr bewusst, dass Menschen einen Ick-Faktor bei ihrer Ernährung erleben können. In einer Welt, in der sich viele Menschen darauf konzentrieren, mehr Vollwertkost zu sich zu nehmen und weniger Zusatzstoffe zu sich zu nehmen, könnte die Technologisierung von Lebensmitteln in druckbare Pasten abschreckend wirken.

Eine Möglichkeit, wie Blutingers Gruppe diese Herausforderung angeht, besteht darin, die Zutaten, die sie in ihren Projekten verwenden, denen nahe zu kommen, die man in jeder Küche findet. Die Bananen, die in ihren Käsekuchen zum Beispiel verwendet wurden, wurden im Supermarkt gekauft (in der Zeitung heißt es, dass es sich um den Appletree Market in New York City handelte, vermutlich für den Fall, dass eine Nachbildung erforderlich sein sollte) und von den Forschern selbst von Hand zerdrückt.

(„Wir haben eine Banane mit einer Gabel von Hand zerdrückt, bis die Konsistenz gleichmäßig war, um sicherzustellen, dass die Düsenspitze während des Extrudierens nicht blockiert wird“, heißt es in dem Artikel, ein starker Anwärter auf meinen absoluten Lieblingssatz, der in einer wissenschaftlichen Arbeit veröffentlicht wurde.)

Das war eine bewusste Entscheidung, um die im Käsekuchen verwendeten Zutaten nah am Bekannten zu halten. „Es ärgert die Menschen genug, wenn Lebensmittel, die sie essen, als ‚gedruckt‘ gelten“, sagte Blutinger. „Wir hatten also diesen mentalen Wandel, bei dem wir mit Zutaten arbeiten mussten, mit denen die Leute vertraut waren. Es mussten Dinge aus dem Supermarkt sein, Dinge, mit denen wir täglich zu tun haben.“

Die Gruppe arbeitet mit einem Ernährungsberater zusammen und verzichtet auf das, was er als „Goops und Pulver“ bezeichnet, um die Menschen mit der Idee dieser neuen Art der Zubereitung von Gerichten vertraut zu machen. „Wir verwenden das gleiche Material, mit dem Sie normalerweise kochen, nur die Art und Weise, wie es zusammengesetzt wird, ist anders“, sagte er.

Bei der Arbeit mit frischen Lebensmittelzutaten gibt es immer noch praktische Bedenken, etwa die Notwendigkeit, bestimmte Artikel bei bestimmten Temperaturen zu lagern. Das aktuelle System besteht darin, Lebensmittel in die lebensmittelechten Röhrchen zu füllen, diese Röhrchen dann nach Bedarf im Kühlschrank aufzubewahren und die Maschine nach jedem Gebrauch gründlich zu reinigen. Solche Dinge könnten in Zukunft automatisiert werden, um die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten, was bedeutet, dass gedruckte Lebensmittel genauso sicher und gesünder wären – oder sogar noch sicherer – als von Hand zubereitete Lebensmittel.

Es ist immer noch eine mentale Veränderung, auf diese Weise über die Zubereitung von Speisen nachzudenken, aber im Hinblick auf die Schmackhaftigkeit muss dies nicht unbedingt negativ sein. „Wenn überhaupt, finde ich es seltsam, dass es einem das Essen näher bringt“, sagte Blutinger. „Weil man alle Zutaten sehen kann, die darin enthalten sind, und man sieht, wie es vor seinen Augen hergestellt wird.“

3D-gedruckte Lebensmittel erfreuen sich immer größerer Beliebtheit und tauchen bereits in Bereichen auf, an die Sie vielleicht noch nicht gedacht haben. Ein Bereich, in dem 3D-Druck bereits eingesetzt wird, sind pflanzliche Fleischalternativen, bei denen verschiedene Unternehmen die Technologie nutzen, um Lebensmittel herzustellen, die die Textur und den Geschmack von Fleisch haben, ohne dabei Tieren Schaden zuzufügen.

„Wenn man sich den 3D-Druck als die Kontrolle einer Lebensmittelperle im Millimetermaßstab vorstellt, könnte jede einzelne dieser Kügelchen Muskelfaser oder Fettfaser in einem gedruckten Steak sein“, erklärte Blutinger. „So können Sie Ihre eigenen einzigartigen Marmorierungsmuster erstellen.“ (Er forscht in diesem Bereich auch für das israelische Unternehmen Redefine Meat.)

Mittlerweile werden vor allem in Europa 3D-gedruckte Steaks auf pflanzlicher Basis hergestellt und verzehrt, aber in Zukunft könnte es noch viel mehr Möglichkeiten für den Lebensmitteldruck geben. Eine Sache, die der 3D-Druck leisten kann, was menschliche Köche im Allgemeinen nicht können – abgesehen von ein paar hochqualifizierten Profiköchen – besteht darin, Zutaten in extrem dünnen Schichten zuzubereiten und so die Art und Weise zu verändern, wie die Aromen verschmelzen oder sich gegenseitig ergänzen.

„Nehmen Sie ein typisches Abendessen: Gestern Abend hatte ich Lachs, Pilze, Spargel und Reis“, sagte Blutinger. „Wenn ich das auf eine neue Art und Weise schichten und diese Zutaten miteinander verknüpfen könnte, um einen Geschmack zu kreieren, den ich vorher noch nicht hatte – das wäre eine ziemlich coole Idee.“

Für komplexere Lebensmittelkreationen benötigen wir eine Möglichkeit, Lebensmittel nicht nur zusammenzustellen, sondern auch zuzubereiten. Daran arbeitet Blutingers Gruppe auch mit einer neuen Methode namens Laser Cooking, bei der Laser in Lebensmittel eindringen können, um diese je nach Bedarf innen oder außen zu garen. Es ist möglich, dass ein zukünftiges Gerät 3D-Druck und Laserkochen zu einer One-Box-Lösung für die Zubereitung aller Arten von Mahlzeiten und Snacks kombiniert.

Die meisten Arbeiten zum 3D-Druck von Lebensmitteln konzentrierten sich bisher auf den Versuch, mit dieser neuen Technologie bekannte Gerichte nachzubilden. Es ist besonders nützlich, um individuelle Bestellungen individuell anzupassen, beispielsweise eine Maschine, die problemlos eine Ladung Burger für eine Familie zubereiten kann, von denen einer keine Zwiebeln und der andere extra Ketchup enthält. Aber seine Anhänger sagen, sein Potenzial sei weitaus größer.

Die Vision besteht darin, dass ein 3D-Drucker zu einem Grundgerät in jeder Küche wird und für alles verwendet wird, von der Zubereitung gesunder und personalisierter Mahlzeiten zu Hause bis hin zur Herstellung wilder Kreationen für Spitzenrestaurants.

Und das bedeutet, dass die Arten von Lebensmitteln, die wir mit einem Drucker herstellen, weitgehend neu sein könnten. „Die meisten Lebensmittel, die wir zu uns nehmen, wurden für unsere Kochgeräte und -utensilien optimiert“, sagte Blutinger. Nehmen Sie die beliebte Pizza, die sich perfekt dazu eignet, von Hand zusammengebaut und im heißen Ofen gebacken zu werden – eine 3D-gedruckte Version wird diesen seit langem verfeinerten Klassiker wahrscheinlich nicht verbessern.

Aber 3D-gedruckte Lebensmittel könnten etwas ganz anderes werden. Durch die Art und Weise, wie er dünne Schichten auftragen kann, kann er völlig neue Esserlebnisse hervorrufen – wie der Käsekuchen, der anscheinend interessant zu essen war, weil jede seiner sieben Zutaten in einer Welle probiert werden konnte. „Es verändert die Art und Weise, wie man über die Zusammenstellung von Lebensmitteln denken muss“, sagte Blutinger.

Im Moment fangen wir jedoch gerade erst an, diese neue Welt der Lebensmittelmöglichkeiten zu erkunden, und das beginnt mit diesen bedruckten Desserts mit unkonventionellem Geschmack. Die vielleicht wichtigste Frage ist also eine einfache: Haben die Forscher den Käsekuchen gegessen, den sie gedruckt haben, und war er lecker?

"Ja!" sagte Blutinger. "Es hat gut geschmeckt."