- Onderzoek , Sluitstuk
- 11/05/2022
Sluitstuk | 3D-geprinte koekjes krokant op rare plekken
Met een laser een koekje printen: het is wat ingewikkelder dan bakken in de oven, maar je krijgt er nieuwe mogelijkheden voor terug. Zo kun je op de millimeter bepalen waar het baksel krokant moet zijn en waar niet. Werktuigbouwkundige Nicky Jonkers onderzocht in samenwerking met TNO en Wageningen Universiteit & Research welke structuren je met een 3D-printer in voedsel aan kunt brengen. Vandaag verdedigt hij zijn promotieonderzoek aan de faculteit Mechanical Engineering.
Of er ook 3D-geprinte bitterballen worden geserveerd na zijn verdediging: het is een vraag die Jonkers vaak heeft moeten beantwoorden in aanloop naar zijn promotie. Het principe van voedsel printen spreekt tot de verbeelding, merkt hij. En al helemaal bij Mechanical Engineering, waar de meeste mensen normaal gesproken bezig zijn met plastics en metalen. Er zullen echter geen geprinte bitterballen worden opgediend. Jonkers heeft de koekjes die hij voor zijn onderzoek printte niet eens kunnen eten, omdat ze aan elkaar werden gelaserd door een printer die ook voor farmaceutische applicaties wordt gebruikt. “Daar blijven stofjes in achter die je als gezond persoon niet in je lichaam wil hebben.”
Toch is voedsel printen al lang niet meer zo futuristisch als het klinkt. Er bestaat zelfs een pop-up restaurant dat gerechten serveert die met een 3D-printer zijn gemaakt. In de meeste gevallen wordt hiervoor de Fused Deposition Modeling methode gebruikt, waarbij de printer het voedsel op elkaar stapelt. De machine waar Jonkers zijn koekjes mee creëerde werkt net iets anders: die smelt met een laser poederdeeltjes samen. “Je stapelt laagjes poeder op elkaar. Met de laser bind je dat poeder vervolgens aan elkaar op de plekken waar jij dat wilt”, legt Jonkers uit. Door na afloop het overtollige poeder weg te borstelen, verschijnt het geprinte object.
Dichtheid
Met een powder-based printer kun je heel lokaal bepalen wat er met het gewenste object moet gebeuren. Je kunt de laser hard of zacht laten branden, hem snel of langzaam laten voortbewegen en verschillende routes laten volgen. Al die variabelen hebben invloed op de dichtheid van het geprinte object. En die dichtheid heeft bij voedsel weer invloed op de structuur en textuur van het eten. In het geval van Jonkers’ koekjes, die uit zetmeel, maltodextrine en palmolie bestaan, zorgt een hogere temperatuur voor een hogere dichtheid. “Daardoor bindt het poeder beter, wat betekent dat het stijver wordt en minder gemakkelijk breekt.”
Hoeveel lucht er in het geprinte voedsel zit, hoe goed het aan elkaar gesmolten is en hoe poreus het is, heeft allemaal invloed op de mechanische eigenschappen, vertelt Jonkers. “Als je op een koekje kauwt dan test je eigenlijk die eigenschappen. Maar ik bestudeerde ze in het lab door röntgenfoto’s te maken en een machine met twee platen hapbewegingen na te laten bootsen.” Op die manier kon hij ook het breekgedrag van de koekjes bestuderen, en onderzocht daarmee of ze bijvoorbeeld in twee of in meerdere stukken uit elkaar zouden vallen. Toch kunnen geen van die methodes uitsluitsel geven over wat er in een mond met het koekje gebeurt, zegt de PhD-student, omdat bijvoorbeeld speeksel niet mee wordt genomen in de test.
Om het mechanische gedrag als resultaat van het printen te kunnen voorspellen, ontwikkelde Jonkers een model waarmee hij ‘digitale koekjes’ kan creëren. Het model helpt ook een hoop tijd en geld te besparen. “Het duurt twee uur om een koekje van anderhalve centimeter te printen, het zijn daarom nu nog extreem dure koekjes. Digitaal kun je zoveel ontwerpen ‘printen’ als je wilt. Het is veel sneller om op die manier te testen.”
Beleving
Maar alleen een echte mensenmond kan bepalen wat de nieuwe structuren met de eetbeleving doen, erkent de PhD-student. Het onderzoek van Jonkers draait uiteindelijk om die beleving. Nieuwe structuren in voedsel kunnen die een extra dimensie geven. “Elke hap kan zo bijvoorbeeld net iets anders voelen, of je kunt binnenin iets tegenkomen dat je aan de buitenkant niet verwacht.” Het biedt potentieel voor restaurants. Maar ook in de medische wereld kan het laserprinten uitkomst bieden. “Sommige mensen kunnen alleen gemalen voedsel eten, omdat ze moeite hebben met kauwen. Neem een harde wortel: als je die kunt printen met een zachtere structuur, dan hebben die mensen toch het idee dat ze een echte maaltijd eten. Anders kun je ze alleen puree voorschotelen.”
Maar zo ver is het nog niet, zegt Jonkers. “Ik heb in algemene zin gekeken naar wat er mogelijk is met zo’n 3D-printer. Maar straks wil je dat je kunt zeggen: ik wil een koekje dat op deze plekken krokant is, daar luchtig en daar zacht. Dat kan nu nog niet. Daar is meer onderzoek voor nodig. Maar de basis ligt er nu.”
Discussie