Gıda Endüstrisinde Üç Boyutlu (3D) Yazıcı Teknolojisi

3 boyutlu (3D) yazıcı teknolojisi, 1980’li yıllarda ortaya çıkmış ve farklı geometrik fiziksel yapılar oluşturulmasına dayanan; tıp, eğitim ve havacılık gibi pek çok farklı alanda kullanımı bulunan bir teknolojidir. 3D yazıcı teknolojisinin temeli, bir ürünün bir 3D bilgisayar tasarım programı kullanılarak katman katman tasarlanması (modelleme) veya bazı 3D online servisleri kullanılarak bu tasarımın indirilmesi; tasarım bilgilerinin yazıcıya gönderilmesi ve katmanların oluşumu ve birleştirilmesidir. Geleneksel yöntemlerle üretime kıyasla düşük maliyetli, basit ve hızlı prototipleme sağlayan bu teknolojinin gıda endüstrisinde uygulanması ile diyete dayalı bireysel üretimler mümkün olabilmektedir. 3D tekniğiyle gıda üretimi, özellikle yutkunma zorluğu yaşayan hastalar ve yaşlı bireyler için önemli bir girişim olarak görülmektedir (1,2,3).

3D yazıcı teknolojisinin gıda ürünlerinin üretiminde kullanılmasının 2 temel sebebi bulunmaktadır. Bunlardan ilki; gıdaların besin değerlerinde zenginleştirme iken, ikinci sebebi gıda malzemelerinin makro ve mikro-yapısal düzeylerde kontrollü üretimi ile geleneksel gıda ürünlerinin görünümü ve tekstüründe iyileşmedir. 3D yazıcı teknolojisi kullanılarak üretilecek gıda maddelerinin ise özelliklerinin (reolojik özellikler, termal özellikler ve kimyasal özellikler) bilinmesi önem arz etmektedir. Kullanılacak hammaddenin yazıcı kartuşundan yazdırma platformuna aktarılabilmesi ve platformda geometrik yapısını koruyabilmesi gerekmektedir. Üretimde kullanılacak hammaddeler doğal olarak yazdırılabilir formda olabilirken; meyve ve sebzeler, et, pirinç, kuru baklagiller gibi gıdalara bazı ön işlemlerin uygulanması ve gıdaların modifiye edilmesiyle hammaddeler yazdırılabilir forma dönüştürülebilmektedir. Gıda atık maddelerden biyoaktif bileşikler, enzimler ve bazı aroma maddeleri elde edilerek yazdırılabilir materyal kaynağı oluşturulması sonucu ise bu gıdalar alternatif yazdırılabilir kaynaklar olarak kullanılabilmektedir (4,5).

3D yazıcıların gıda endüstrisinde farklı uygulama teknikleri bulunmaktadır. Uygulama yöntemi gıdanın yapısına göre değişmektedir. 3D yazıcı teknikleri; (1) Seçici Lazer Sinterleme (Selective Laser Sintering – SLS), (2) Katmanlı Yığın Modelleme (Fused Deposition Modelling – FDM), (3) Bağlayıcı Sıvılarla Yazdırma (Binder Jetting – BJ) ve (4) Inkjet Yazdırma olarak bilinmektedir. Seçici Lazer Sinterleme, yüksek enerjili lazer uygulamasıyla toz formunda bulunan gıdaların eritilmesi ve 3D yapının oluşturulması prensibine dayanmaktadır. Gıda ürününün ekstürüze edilmesi ve gıdanın hızla platforma aktarılmasıyla kademeli olarak katı yapının oluşturulması sağlandığı teknik ise Katmanlı Yığın Modelleme olarak tanımlanmıştır. Toz formunda bulunan gıda maddesinin üzerine belirli eksenler boyunca bağlayıcı sıvıların uygulanmasıyla 3D gıda üretiminin yapıldığı teknik ise Bağlayıcı Sıvılarla Yazdırma yöntemi iken; Inkjet yazdırma, yazdırılacak gıdanın küçük damlacıklar halinde platforma püskürtülmesi ile 3D gıda üretimi gerçekleştirme yöntemidir.  3D yazıcı teknolojisi ile gıda üretiminin şematik diyagramı Şekil 1’de verilmiştir (6).

3D yazıcı teknolojisi gıda endüstrisine yeni bir boyut kazandırmış ve kişiye özel, besin değeri yüksek gıdaların üretilmesine olanak sağlamıştır. Bu teknoloji kullanılarak üretilen gıdaların geliştirilmeye açık olduğu ve satışa sunulmadan önce çoklu optimizasyon denemelerinin yapılmasına ihtiyaç olduğu düşünülmektedir. Bununla birlikte, çeşitli arayüzlerdeki gelişmeler düşünüldüğünde, 3D yazıcı teknolojisi ile gıda üretiminin hızla yaygınlaşacağı ve ihtiyaca dayalı tasarımların sağlanacağı evsel ve perakende müşteri tabanlı sistemlerin bir parçası haline geleceği düşünülmektedir (8).

Yazıda yararlanılan kaynaklar aşağıda belirtilmiştir.

Sağlıklı günler…

Tuğçe HALİL

Kaynaklar;

1. Otcu, G.B., Ramunda, L., Terzi, S. 2019. State of The Art of Sustainability in 3D Food Printing. IEEE International Conference on Engineering,Technology and Innovation (ICE/ITMC), Zhengzhou, China.
2. Pérez, B., Nykvist, H., Brøgger, A.F., Larsen, M.B., Falkeborg, M.F. 2019. Impact of macronutrients printability and 3D-printer parameters on 3D-food printing: A review. Food Chemistry, 287: 249-257.
3. Dankar, I., Haddarah, A., Omar, F.E.L., Sepulcre, F., Pujolà, M. 2018. 3D printing technology: The new era for food customization and elaboration. Trends in Food Science & Technology, 75: 231-242.
4. Değerli, C., El, S.N. 2017. Üç boyutlu (3D) yazıcı teknolojisiyle gıda üretimine genel bakış. Türk Tarım – Gıda Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(6): 593-599.
5. Yang, F., Zhang, M., Bhandari, B. 2017. Recent development in 3D food printing. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57(14): 3145-3153.
6. Jiang, H., Zheng, L., Zou, Y., Tong, Z., Han, S., Wang, S. 2019. 3D food printing: main components selection by considering rheological properties. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 59 (14): 2335-2347.
7. Guo , C., Zhang , M., Bhandari, B. 2019. Model building and slicing in food 3D printing processes: A review. Comprehensive Reviews in FoodScience and Food Safety, 18: 1052-1069.
8. Sun, J., Zhou, W., Huang, D., Fuh, J.Y.H., Hong, G.S. 2015. An overview of 3D printing technologies for food fabrication. Food and Bioprocess Technology, 8: 1605-1615.