Vorspeise, Hauptgang, Dessert: Wie Ingenieure mit 3D-Druckern und Lasern ein komplettes Dreigängemenü zaubern

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen vor einem Dreigängemenü, bei dem jedes Gericht von der Vorspeise bis zum Dessert vollständig in 3D gedruckt und mit einem Laser gegart wurde. Genau das ist einem Team der Columbia University gelungen. Dort haben Forscher:innen ein komplettes Menü aus einer quicheähnlichen Tarte, einer Blumenkohlpizza und einem Limettenkuchen zubereitet, dessen Textur mit der klassisch zubereiteter Speisen vergleichbar ist. Obwohl der 3D-Druck im Lebensmittelbereich große Fortschritte gemacht hat, bleibt es für die Technologie weiterhin schwierig, eine natürliche Textur herzustellen. Anders als mithilfe des 3D-Drucks lässt sich Hitze bei klassischen Garmethoden nicht mit derselben Genauigkeit steuern. Deshalb ist es schwierig, sie genauso gezielt einzusetzen wie beim Drucken selbst.

Die Herausforderung Textur im 3D-Druck von Lebensmitteln

Das Projekt leitete Jonathan Blutinger während seiner Promotion in Maschinenbau an der Columbia University, betreut von Professor Hod Lipson. Laut einem Artikel im Columbia Spectator dauerte die Forschungsarbeit rund sechs Jahre. In dieser Zeit untersuchte das Team, ob sich der Garprozess mit derselben Präzision steuern lässt wie die digitale Fertigung. An dem Projekt arbeiteten Studierende und Ingenieur:innen aus verschiedenen Fachrichtungen der Columbia University mit.

Ein Beispiel für 3D-gedrucktes Fleisch (bild : Steakholder Foods)

Ziel des Projekts war es, das Lasergaren direkt in den 3D Druckprozess zu integrieren. Anstatt die Lebensmittel zunächst zu drucken und anschließend im Ofen zu garen, wird die Hitze gezielt während der Herstellung eingebracht. So lassen sich einzelne Bereiche einer gedruckten Struktur gezielt garen, während ihre Form erhalten bleibt.

Aus reinen Zutaten wird ein 3D-gedrucktes Gericht

Das bei der Vorführung präsentierte Gericht wurde aus 14 Zutaten zubereitet, die in gängigen Lebensmittelgeschäften zu finden sind. Diese Zutaten wurden vor dem Drucken mit herkömmlichen Küchenutensilien vorbereitet. Durch die gezielte Anpassung der Laserleistung während des Drucks erzielten die Forscher:innen Texturen, die konventionell gegarten Speisen deutlich näher kommen.

Die Arbeit baut auf früheren Projekten des Creative Machines Lab der Columbia University im Bereich des Lebensmittel 3D-Drucks auf. In einem früheren Projekt hatte das Team bereits ein 3D-gedrucktes Dessert aus sieben Zutaten vorgestellt, das mit essbaren Druckmaterialien und einem schichtweisen Druckverfahren hergestellt wurde. Damals lag der Fokus auf der Kombination verschiedener Materialien und auf der Frage, wie sich der 3D-Druck künftig mit softwaregesteuerten Garmethoden in Küchengeräten verbinden lässt.

Das zentrale Forschungsteam bestand aus Blutinger, Evan Lloyd Omo und Pol Bernat, unterstützt von etwa 30 bis 40 weiteren Studierenden und Ingenieuren. Blutinger hob hervor, welches Potenzial in einer bewussteren und transparenteren Zubereitung von Lebensmitteln steckt. „Solche Technologien könnten Menschen dabei helfen, bewusster zu essen, besser zu verstehen, was in ihren Lebensmitteln steckt, und ihre Herkunft zu kennen“, sagte er. Laut dem Columbia Spectator liegt der Fokus der weiteren Forschung auf der Bewertung des Nährwerts von lasergegarten Lebensmitteln im Vergleich zu konventionell zubereiteten Speisen.
Obwohl es sich noch um einen Prototyp in der Forschung handelt, zeigen die Arbeiten, wie digital gesteuertes Garen helfen kann, eine zentrale Schwäche des 3D-Drucks im Lebensmittelbereich zu beheben. Der Ansatz eröffnet neue Perspektiven für personalisierte Ernährung, Lebensmittel mit angepasster Textur und softwaregestützte Lebensmittelproduktion.

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*Titelbildnachweis: Jonathan Blutinger / Columbia Engineering