Трёхмерная печать пищи

Печать пищи почти всегда является экструзией: пасту продавливают через тонкое сопло и укладывают слоями. Интересные ограничения здесь реологические, и они находятся в прямом противоречии друг с другом.

Три свойства, нужные в три разных момента

В сопле материал обязан течь. Это означает низкую кажущуюся вязкость при высокой скорости сдвига, которую задаёт узкое отверстие: материал должен сильно разжижаться при сдвиге.

При укладке он обязан остановиться мгновенно. Уложенный валик должен держать сечение, а не растекаться, а для этого нужен предел текучести, достаточный, чтобы нести собственный вес валика и поверхностное натяжение. И восстановление должно быть быстрым: разрушенная сдвигом сетка обязана отстроиться за доли секунды, пока форма не потеряна. Это время тиксотропного восстановления, и именно его чаще всего упускают, поскольку материал может иметь достаточный предел текучести в покое и всё же оплывать, если ему нужны секунды на восстановление.

В готовом изделии он обязан нести вышележащие слои. Предела текучести, которого хватает одному валику, может не хватить под двадцатью, поэтому достижимая высота задаётся материалом, а не машиной.

Сдвиговое разжижение и быстрое восстановление — ровно то поведение, которое описано для ксантана; поэтому гидроколлоиды присутствуют почти в каждой печатаемой пищевой рецептуре: их применяют как модификаторы реологии, а не как загустители в кулинарном смысле.

Конфликт с готовкой

Большинство напечатанных изделий затем надо испечь, обжарить или иначе нагреть, а нагрев является вторым реологическим событием. Крахмал клейстеризуется и структура набухает; белки денатурируют и сжимаются; жир плавится, и изделие теряет ту опору, которую давал твёрдый жир; вода превращается в пар и расширяется. Напечатанную геометрию сплошь и рядом разрушает ровно та стадия, которая делает пищу съедобной.

Печатаемость и последующая обработка поэтому тянут в противоположные стороны. Рецептура, достаточно жёсткая, чтобы удержать сложную геометрию при выпечке, обычно жёстче приятного на вкус, а оптимизированная по текстуре обычно формы не держит. Материалы, которые и печатаются, и едятся хорошо без этого конфликта, — те, которым готовка не нужна вовсе: шоколад, застывающий кристаллизацией при охлаждении; пюре и гели, схваченные гидроколлоидами; кондитерские массы.

Шоколад — особый случай, и его стоит отметить: его печатают, управляя кристаллизацией, а не одной лишь реологией, а значит, ограничения темперирования переходят на принтер.

Предел, который нельзя обойти инженерией

Нанесение последовательно. Принтер укладывает материал по одному валику, тогда как формование, экструзия через фильеру и нанесение многосопловой головкой формируют всё изделие сразу. Время печати поэтому равно объёму изделия, делённому на малую производительность сопла, и оно на порядки больше, чем у обычного формования.

Это присуще методу, а не является следствием незрелости, и именно это определяет, где технология действительно полезна: там, где геометрия несёт ценность, недоступную массовому производству. Двумя убедительными случаями являются персонализация — пища изменённой текстуры для людей с дисфагией, где сформованное пюре, напоминающее исходный продукт, повышает его принятие, и подгонка питания на уровне порции — и сложная геометрия как самостоятельный кулинарный или декоративный продукт. Ни один из них не зависит от скорости печати.