Gıda Endüstrisinde 3D Yazıcı Teknolojisi

3D yazıcılar, lazer ya da mürekkep püskürtmeli bir yazıcı mantığıyla çalışan ve “katkısal üretim” olarak tanımlanan, ürünleri dijital ortamdan üç boyutlu katı bir nesneye dönüştüren günümüzün üretim araçlarıdır. Endüstri 4.0 olarak isimlendirilen dördüncü endüstri devriminde 3D yazıcı teknolojilerinin önemli bir yeri vardır. Öyle ki gıda endüstrisinde de 3 boyutlu yazıcı teknolojisi karşımıza çıkmaktadır.

İlk olarak 2001 yılında “Nanotek Enstrümanları” firması tarafından özel tasarlanmış bir pasta 3D yazıcılar kullanılarak üretiminin patenti alınmıştır. 2009 yılında, Kläber, üç boyutlu yazıcılar kullanılarak “Moléculaire” adını verdiği birden fazla materyali kullanarak gıda tasarımını yapmıştır. 2008 yılında Philips Yemek Oluşturma Yazıcısı, katmanlı olarak özel tasarlanmış gıda maddeleri üretmek için gıda kartuşlarının tanıtımını yapmıştır. NASA tarafından da uzay
çalışmalarında kullanılmak üzere üç boyutlu gıda yazıcıları dizayn edilmiştir.

3D yazıcı teknolojisinin gıda ürünlerinin üretiminde kullanılmasının 2 ana sebebi vardır.Bunlardan ilki; gıdaların besin değerlerinde zenginleştirme olanağı, ikincil olarak  gıda malzemelerinin büyük ve küçük-yapısal düzeylerde kontrollü üretimi ile geleneksel gıda ürünlerinin görünümü ve kendine özgü yapısının iyileştirilmesidir. 3D yazıcı teknolojisikullanılarak üretilecek gıda maddelerinin ise birçok özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir.

GIDA ENDÜSTRİSİNDE 3D YAZICI TEKNOLOJİSİNİN ÖNEMİ

Üretim sırasında özel alet-ekipmana ihtiyaç duyulmaması, iş gücünü azaltması, ürünün kalite özelliklerine (renk, şekil, tekstür, aroma vb.) etki edebilmesi ve gerektiğinde kullanılan ham madde içeriğinin kolayca ayarlanabilmesi, gıda israfının önlenmesi, zamandan tasarruf sağlaması gibi özellikleri gıda sanayisinde bizlere üç boyutlu yazıcı teknolojisinin varlığının önemini göstermektedir.

Gıda Endüstrisinde  En Sık Kullanılan 3D Yazıcı Teknikleri :

• Katmanlı yığın modelleme (FDM): Öncelikle plastik materyalleri modelleme amacıyla geliştirilmiştir (Crump, 1989). Yazdırma sıcaklığı materyalin erime noktasının hemen üzerinde, dış ortamın sıcaklığı ise erime noktasından mutlaka düşük olmalıdır. Böylece yazdırılan gıda materyali hızlı bir şekilde katı forma geçebilmektedir.
• Seçici lazer sinterleme (SLS): Bu teknikte lazer ışını ile toz formdaki ham madde ısıtılmakta ve sinterlenmektedir. Böylece 3D tabaka oluşmaktadır.
• Bağlayıcı jet (Binder jetting) : Bu yöntemde yazdırma platformu dizaynı ve materyal formu SLS yöntemi ile benzerlik göstermektedir. Ancak güç kaynağı olarak lazer kullanılmamaktadır. BJ prensibi ile şeker üretimi yapılmıştır. Bu yöntem diğer yöntemlere göre oldukça hızlıdır; fakat kurulum maliyeti de oldukça yüksektir.
• Mürekkep jet (Inkjet printing): Yazdırılacak materyal çok küçük damlacıklar halinde bir başlık aracılığıyla yazdırma platformuna püskürtülmektedir.
  Yazdırılması istenen geometrik şekle göre aralıklarla veya sürekli olarak dozlama yapılabilen bu yöntemde, önceden hazırlanmış ürünlerin tamamlanmasında (örnek: pizza tabanının üzerine domates sosu eklenmesi, hareketli bant üzerinde pişmekte olan kurabiyelerin üzerine çikolata sosu eklenmesi) oldukça hızlı ve hatasız çözümler sunulmaktadır.

3D Yazıcı İle Üretilmiş Gıda Ürünleri ve Kullanılan Yazıcı Tipleri :

Bisküvi hamuru karışımında 3D yazıcı ile yazdırıldıktan sonra geometrik şeklini koruyabilen bisküvi hamurları geliştirilmiştir. Bu üretimde FDM tekniliğinden yaralanılır.

Makarna üretimlerinde 3D gıda yazıcılarının tercih edilmesi öngörülmektedir.

Çikolatanın ekstrüzyon ile doğrudan 3 boyutlu katmanlar halinde şekiller oluşturduğu ve bu şeklin korunabildiği sistem giriş kısmında da bahsedilen 3D gıda yazıcısı ile gerçekleştirilmiştir. Bu yazıcıda FDM sistemi kullanılmaktadır.

3D yazıcı sistemi ile eritme peynir, yer fıstığı ezmesi ve pasta kaplama ürünleri denenmiştir. Pasta kaplama şekerlemelerinde ise, el ile hazırlanması oldukça zor olan geometrik ve iç içe şekillerde çalışılmış ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Bu üretimlerde Binder jetting ve Inkjet Yazıcı teknikleri kullanılır.

Gelecekte yapılacak çalışmalarla birlikte 3D yazıcıların et ürünlerinde alternatif bir üretim tekniği olacağı tahmin edilmektedir.

SONUÇ

Gelişen sanayi devrimleriyle günümüzün en çok kullanılan teknolojisi haline gelen katkısal üretim olarak da bilinen 3D yazıcı tekniği birçok alanda karşımıza çıktığı gibi gıda sektöründe de büyük bir yer bulmaktadır. Gıdanın üretiminden, zenginleştirilmesinden, şekillendirilmesinden, baskılanmasından olduğu gibi birden fazla alanda karşımıza çıkmaktadır. 3D yazıcı teknolojisi gıda endüstrisine yeni bir boyut kazandırmış ve besin değeri yüksek, kişiye özgü gıdaların üretilmesine fayda sağlamıştır. Değişen teknolojik yeniliklerde 3D yazıcı desteği gıda sektörünün ayrılmaz bir parçası haline gelmiş ve ilerleyen senelerde öneminin daha da artması beklenmektedir.

Kaynaklar:

1. Berman, B. (2012). 3-D Printing: The New Industrial Revolution. Business Horizons, 155- 162.
2. Lipton J.I. Cutler M. Nigl F. Cohen D. Lipson H. 2016. Additive Manufacturing For The Food İndustry, Trends in Food Science & Technology 43: 114 - 123.
3. Kading B, Straub J. 2015. Acta Astronautica Utilizing in-situ resources and 3D printing structures for a manned Mars mission. Acta Astronautica, 107, 317–326.
4. Godoi FC, Prakash S, Bhandari BR. 2016. 3d printing technologies applied for food design: Status and prospects. Elsevier Ltd.
5. Sun J, Peng Z, Zhou W, Fuh JYH, Hong GS, Chiu A. 2015. A Review on 3D Printing for Customized Food Fabrication. Procedia Manufacturing, 1, 308–319.
6. Periard D, Schaal N, Schaal M. 2007. Printing food, In: Proceedings of the 18th solid freeform fabrication symposium, 564–574, 2007, Austin TX, USA

       7.  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.

       8.  Yang, F., Zhang, M., Bhandari, B. 2017. Recent development in 3D food printing.Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57(14): 3145-3153.

       9.  Crump SS. 1989. Apparatus and method for creating threedimensional objects.