Fleisch aus dem Labor und 3D-Lebensmitteldruck - eine neue Ära!?



Winston Churchill prophezeite bereits im Jahr 1932 Fleisch aus dem Labor: „Wir werden den Aberwitz hinter uns lassen, dass wir ein ganzes Huhn züchten, um nur Brust oder Flügel zu essen, und jene Teile getrennt in einem geeigneten Medium züchten.“ Tatsächlich kann Laborfleisch seit einiger Zeit in Restaurants in Singapur und den USA bestellt und gegessen werden. Hierzulande ist der erste vegane Fisch aus dem 3D-Drucker in einzelnen Supermärkten erhältlich und in einigen Restaurants werden gedruckte vegane Steaks angeboten.

Wie funktioniert der 3D-Lebensmitteldruck und worin liegen die Vor-und Nachteile?


Was passiert beim 3-D-Lebensmitteldruck?
Details verbergen für Drei unterschiedliche Ansätze können beim 3D-Lebensmitteldruck unterschieden werdenDrei unterschiedliche Ansätze können beim 3D-Lebensmitteldruck unterschieden werden
  1. Am häufigsten ist der sogenannte Top-down-Ansatz. Hierbei werden aus unterschiedlichen Rohstoffen wie Schokolade, Marzipan, Fruchtgummi oder Pastateig neue, kreative Formen und Figuren erzeugt. Unter Zugabe von Hydrokolloiden (Gruppe von Vielfachzucker und Proteinen) zur Formerhaltung können pürierte Massen in dreidiemnsionaler Form gedruckt werden. Dieses Verfahren eignet sich beispielsweise für die Herstellung von Mahlzeiten für Menschen mit Dysphagie (siehe unten).
  2. Beim sogenannten Bottom-up-Ansatz werden unter Verwendung alternativer Nahrungsquellen wie Algen oder Insekten visuell ansprechende und schmackhafte Lebensmittel gefertigt.
  3. Beim Bio-Driven-Ansatz werden in-vitro gezüchtete, wenig strukturierte Zellgewebe mit Hilfe des 3-D-Drucks in eine strukturierte, dreidimensionale Form gebracht. Im Hinblick auf den Bio-Driven-Ansatz wird der 3-D-Druck oft im Zusammenhang mit der in-vitro-Fleischproduktion genannt. Der 3D-Druck, ist er zwar kein zwingender Verfahrensbestandteil der In-Vitro-Fleischproduktion, wird aber zum Teil ergänzend eingesetzt, da sich das dreidimensionale Wachstum der Zellen noch als große Herausforderung darstellt. In Deutschland sind bislang „Laborfleisch“ und auch Fisch aus Zellkultur nicht zugelassen.
    Nähere Informationen hier:
    Christina Rempe:     Fleisch aus dem Labor: Kultiviertes Fleisch unter der Lupe, im Internet unter bzfe.de (Zugriff 05.06.2024)


Wissenschaftliche Forschungsarbeiten zum 3D-Lebensmitteldruck existieren seit etwa 2007. Bisherige Schwerpunkte lagen in der Auswahl geeigneter Lebensmittel und der Optimierung einer höheren Stabilität bei den Verarbeitungsschritten. Aktuelle Arbeiten forschen an Einsatzmöglichkeiten des 3D-Lebensmitteldrucks zur Erstellung nährstoffoptimierter Mahlzeitenkomponenten auf Basis biometrischer Daten (wie Gewicht, Körpergröße) beispielsweise für diätetische Verwendungen (siehe unten). Eines der ersten Lebensmittel, die im 3D-Druck hergestellt wurden, war Schokolade, und seitdem hat sich die Technologie auf eine Vielzahl von Lebensmitteln ausgedehnt, darunter Teigwaren, Kekse, Hackfleisch, Obst und mehr.

Im Wesentlichen werden bei gedruckter Nahrung (engl. Food-Printing) folgende Ausgangsmaterialien unterschieden:
  • Flüssige bis gelartige Stoffe, z.B. geschmolzene Schokolade, Fondant, Pasta-Teig, Frischkäse, Joghurt, Frucht- und Gemüsepürees.
  • Puderförmige Stoffe, z.B. Zucker, Kakaopulver und Gewürze
  • Pflanzliche und tierische Zellen (In-vitro-Produktion von komplexem Zellgewebe mit anschließendem Wachstum).

Die Herstellungsverfahren sind je nach Ausgangsstoff unterschiedlich. Flüssige und weiche Massen, wie Pastateig oder Gemüsepüree werden in eine Kartusche gefüllt und anschließend unter Druck durch eine Extrusionsdüse gepresst. Die Formstabilität hängt stark von der Auswahl und Beschaffenheit der Nahrungsmittel ab. Entweder erhält das Lebensmittel seine Form durch die Abkühlungsphase oder es kommen formstabilisierende Zusatzstoffe zum Einsatz. Zudem nehmen auch zuvor festgelegte technologische Parameter wie Ausstoßmenge und -druck, Bewegungsgeschwindigkeit und -koordination des Druckkopfes Einfluss. Bei pulverförmigen Stoffen wie Zucker oder Kakaopulver werden diese auf einer ebenen, absenkbaren Fläche verteilt und durch eine Hitzequelle (Laser oder heißer Luftstrom) miteinander verschmolzen. Dabei entsteht das einzelne Lebensmittel schichtweise.


Wo findet sich bereits der 3D-Lebensmitteldruck in Anwendung?

Das Interesse an 3D-Lebensmitteldruck ist groß – nicht nur in der Forschung. Einige Hersteller bieten mittlerweile auch kleine 3D-Drucker für den privaten Gebrauch zuhause an.

Folgende Anwendungen stehen heute bereits zur Verfügung:
  • Pasta: Food-Printing-Nudeln, zum Beispiel vom Hersteller Barilla,
  • Fleisch: gedruckte In-vitro-Steaks ohne tierische Bestandteile, etwa vom Start-up Redefine Meat
  • Fisch: veganer Lachs, unter anderem von Revofoods aus Erbsenprotein, Algenextrakten, Pflanzenfasern und pflanzlichen Ölen
  • Sushi: beispielsweise von Sushi Singularity und Open Meals erhältlich
  • Süßigkeiten und Desserts: Fruchtgummi und Schokolade als Food-Printing für den privaten und gewerblichen Gebrauch, zum Beispiel von Magic Candy Factory und mycuisini.
(Aufzählung ohne Anspruch auf Vollständigkeit, Stand Juni 2024)


Worin liegen die Vor- und Nachteile des 3D-Lebensmitteldrucks?

In erster Linie ermöglicht der 3D-Druck die Schaffung einzigartiger Formen und Strukturen, die auf konventionelle Weise schwer zu erreichen wären, beispielsweise Nudeln in Form von Rosen oder Gemüse in Form des Lieblingstiers eines Kindes.
Die vollständige sensorische Erfahrung von Essen, einschließlich des Geschmacks, hängt jedoch auch stark von der Qualität und Vielfalt der verwendeten Zutaten sowie von der richtigen Zubereitung und Kombination der Aromen ab. Die Konsistenz (Textur/ Dichte) des gedruckten Lebensmittels ist individuell anpassbar. Durch eine weiche oder feste Konsistenz werden Kauprozesse verkürzt oder verlängert. Dieses führt wiederum dazu, dass Einfluss auf die Sättigung genommen werden kann, da je nach Konsistenz mengenmäßig mehr oder weniger gegessen wird. Es könnte eine Gewichtsabnahme bei Übergewichtigen oder Gewichtszunahme bei Untergewichtigen fördern.

Für die fünf Millionen Menschen, die deutschlandweit unter Dysphagie leiden, könnte das pürierte Essen in 3D-Form revolutionär sein. Die Krankheit bewirkt eine schwere Schluckstörung, die es den Patienten nicht möglich macht, feste Speisen zu sich zu nehmen. Bisher werden deshalb pürierte Lebensmittel schlicht als Brei serviert oder in Silikonförmchen gepresst und angerichtet. Für die Betroffenen ist das wenig appetitanregend - die Folgen können Mangelernährung und der Verlust von Lebensqualität sein. Im Gegensatz zur passierten Kost spricht das Menü in 3-D-Form auch das Auge an, das ja bekanntlich mitisst.

Vor dem Hintergrund der Lebensmittelverschwendung gibt es erste Projekte, die sich dem Obst und Gemüse widmen, das nicht mehr den optischen Ansprüchen der Konsumentinnen und Konsumenten genügt. Sie verarbeiten „unansehnliches“ oder „leicht beschädigtes“ Obst und Gemüse zu Püree und bringen es mit dem 3D-Drucker in kreativer Formen. So bekommt die „Ausschussware“ eine zweite Chance.

In der Weiterentwicklung eröffnet das sogenannte Nano-Food-Printing eine Möglichkeit, die Zusammenstellung der gedruckten Lebensmittel an individuelle Ernährungsbedürfnisse anzupassen. Beispielsweise misst ein Touchpad den Nährstoffbedarf und schon kann eine optimierte, individualisierte Mahlzeit - App-gesteuert - kreiert werden. Neben Nährwertprofil können Struktur, Optik und Menge bestimmt werden. Diejenigen, die nicht ganz so kreativ sein möchten, können auf Rezeptdateien zurückgreifen und unter anderem Zutaten bestimmen und die Nährwertberechnung vornehmen lassen. Dieses könnte von Vorteil für viele kranke und ältere Menschen sein, aber auch für Hochleistungssportlerinnen und -sportler oder andere Gruppen, die einen besonderen Ernährungsbedarf haben.

Wissenschaftler der Universität Hohenstein in Stuttgart arbeiten daran, pflanzliche Lebensmittel mit dem 3-D-Drucker herzustellen. Ein Fokus soll darin liegen, bei der Lebensmittelverarbeitung so wenig Energie wie möglich aufzuwenden und Lebensmittelverluste zu reduzieren. Bei der Herstellung der Produkte werden sogenannte Nebenströme genutzt, wie beispielsweise Haferokara. Dabei handelt es sich um Lebensmittel-Überreste, die zu neuen Produkten verarbeitet und veredelt werden (z. B. „Upcycling“ von Okara, das als Nebenprodukt beispielsweise bei der Herstellung von Sojadrink oder Haferdrink entsteht).

In Sachen Akzeptanz und Nutzung aus Sicht der Konsumentinnen und Konsumenten hat eine qualitative Analyse an der Justus-Liebig-Universität in 2016 ergeben, dass der Einsatz im Privathaushalt aufgrund von hohem Anschaffungspreis und fehlenden individuellen Mehrwert schwer vorstellbar sei. Lediglich für die Kreation persönlicher Geschenke, individueller Grußbotschaften oder die Verzierung von Gebäcken und Torten oder auch für die spielerische Zubereitung von gesundem Essen für Kinder (z. B. Gemüsepüree in Form von Tierfiguren) sei die Anwendung für Zuhause denkbar. Bedenken gegenüber der Technologie oder den gedruckten Lebensmitteln existierten nur wenige. Aktuell sind sowohl 3-D-Lebensmitteldrucker als auch 3-D-gedruckte Nahrung noch zu kostenintensiv, um massentauglich zu werden. Es bleibt abzuwarten, wie sich Angebot und Nachfrage weiter entwickeln werden.


Wie lautet das Fazit?

Aus ernährungsphysiologischer Sicht handelt es sich bei den 3-D-Lebensmitteln um künstlich erzeugte oder veränderte Nahrungsmittel, denen mittels der vorgestellten Technologien bestimmte Eigenschaften zugewiesen werden. Der Umfang der Eigenschaften beinhaltet unter anderen bestimmte Geschmacksrichtungen, Farben oder Konsistenzen, aber auch die Erzeugung völlig neuer Lebensmittelformen.

Die Grundzutaten sind in erster Linie protein- und stärkehaltige Materialien. Welche Auswirkungen 3-D-Lebensmittel auf das Mikrobiom haben, ist zum jetzigen Zeitpunkt noch unerforscht.

Auch wenn ein personalisiertes 3-D-gedrucktes Essen im Einzelfall durchaus Vorteile bergen kann, so bieten gemeinsame Mahlzeiten Anlass, über das Essen, die Zubereitung und die Herkunft von Lebensmitteln zu sprechen. Essen verbindet - über alle Sinne. Der nachhaltige Einkauf und die Zubereitung frischer Produkte sind nicht nur aus gesundheitlicher Sicht zu bevorzugen, auch bietet Frischküche eine ganz andere Sinneswahrnehmung als ein Menü auf Knopfdruck.


Quellen und weiterführende Informationen
















Kerstin.Bruser@dlr.rlp.de     www.fze.rlp.de/ernaehrungsberatung