Blockdit Logo (Mobile)
นิตยสารสาระวิทย์
•
21 เม.ย. 2022 เวลา 15:20 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
3D printed food: เครื่องพิมพ์สามมิติ อนาคตของอาหาร
เรื่องและภาพโดย วริศา ใจดี
เมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมา ฉันได้มีโอกาสเข้าร่วมกิจกรรม “3D printed Chocolate” ณ ห้องเรียนออกแบบ Weissman Foundry ของ Babson College วิทยากรเป็นรุ่นพี่ปริญญาโทที่กำลังทำโครงงานพัฒนาเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลตสามมิติ เพื่อประยุกต์ใช้กับโรงงานช็อกโกแลตในอนาคต
3
อันที่จริงการพิมพ์อาหารสามมิติเป็นที่รู้จักแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหารมาระยะหนึ่งแล้ว โดยมีการพัฒนาด้านความหลากหลายของวัตถุดิบที่ใช้เป็นส่วนประกอบในการพิมพ์อย่างต่อเนื่อง อย่างเช่นในปี พ.ศ. 2549 โครงการที่เป็นที่รู้จักกันดีคือ Fab@Home โดยกลุ่มนักวิจัยจากคอร์เนล ได้ริเริ่มเครื่องพิมพ์สามมิติแบบรองรับวัตถุดิบหลากหลายเครื่องแรกที่เปิดให้คนทั่วไปสามารถเข้าถึงได้ และประสบความสำเร็จในการพิมพ์ช็อกโกแลต, แต่งหน้าเค้ก รวมถึงก้อนเนยแข็งให้ออกมาเป็นรูปทรงต่าง ๆ อย่างน่าสนใจ นับตั้งแต่นั้นเครื่องพิมพ์สามมิติก็นำมาใช้ในวงการอาหารอย่างกว้างขวางมากขึ้น และรูปแบบของเครื่องก็มีการพัฒนาโดยมุ่งเป้าหมายที่ลดต้นทุนให้ถูกลงและมีขนาดกระทัดรัดสำหรับใช้ในครัวเรือน
2
ห้อง Weissman Foundry ที่ Babson College
การพิมพ์อาหารสามมิติมักใช้ในการสร้างสรรค์รูปลักษณ์ภายนอกของอาหารให้ดูสวยงามน่ารับประทาน ที่เรียกว่า เทคนิค mouthfeel ช่วยกระตุ้นความอยากกินและเพิ่มมูลค่าให้แก่อาหาร ซึ่งนอกจากอาหารจะสวยงามน่ารับประทานแล้ว เรายังประยุกต์ใช้เทคนิคการพิมพ์สามมิติปรับรูปแบบเชิงโครงสร้างภายในของอาหาร ที่แม้ปริมาณแคลอรีที่ผู้บริโภครับประทานจะได้รับเท่าเดิม แต่ผู้บริโภคต้องใช้เวลาในการเคี้ยวนานขึ้น
1
งานวิจัยภายใต้โครงการ FoodFab ได้สรุปไว้ว่า ยิ่งเราใช้เวลาเคี้ยวนานมากขึ้นเท่าไหร่ ความอิ่มและความพึงพอใจในการรับประทานก็ยิ่งมีแนวโน้มจะเพิ่มมากขึ้นเท่านั้น เทคนิคการดัดแปลงรูปแบบของโครงสร้างภายในนี้เรียกว่า infill ที่แม้ภายนอกจะดูลักษณะเหมือนกัน แต่การออกแบบโครงสร้างภายในก่อให้เกิดช่องว่างมีรูพรุนเพิ่มขึ้น ซึ่งฉันคิดว่าเทคนิคนี้น่าสนใจมากทีเดียวสำหรับการผลิตอาหารสำหรับผู้ป่วยหรือผู้ที่ต้องการลดน้ำหนัก เพราะทำให้รู้สึกอยากอาหารและรับประทานอาหารอร่อย ๆ ในปริมาณที่อิ่มพอดี แถมร่างกายได้รับสารอาหารที่ถูกต้องตามหลักโภชนาการ โดยที่ยังควบคุมปริมาณการรับประทานให้เหมาะสมได้อีกด้วย แบบนี้เราก็สามารถผลิตอาหารที่มีสูตรผสมที่ลงตัวตามความต้องการของผู้บริโภคกันได้เลยนะนี่ เจ๋งใช่ไหมล่ะ
1
ตัวอย่างรูปแบบ infill ซึ่งพิมพ์ออกมาแม้รูปร่างภายนอกจะเหมือนกันแต่ถ้าผ่าดูภาพหน้าตัดจะมีโครงสร้างภายในที่ออกแบบต่างกันไป กำหนดได้ด้วยการพิมพ์สามมิติ
จริง ๆ แล้วเครื่องพิมพ์สามมิติมีผู้ผลิตจำหน่ายหลากหลายบริษัทด้วยกัน แต่ที่ฉันได้ทดลองใช้ในกิจกรรมนี้เป็นเครื่องพิมพ์ยี่ห้อ Procusini ที่ออกแบบมาเพื่อใช้พิมพ์อาหารโดยเฉพาะ ซึ่งวัตถุดิบที่นำมาใช้พิมพ์นั้นก็แล้วแต่เราจะเลือกสรร ไม่ว่าจะเป็นเครื่องเคียงอย่างซอสอาโวคาโด พิวเร ไปจนถึงอาหารคาวหวาน กระทั่งเส้นพาสตา ส่วนที่เราจะทำในวันนี้ก็คือ ช็อกโกแลต
ภาพเครื่องพิมพ์อาหารสามมิติ Procusini
เครื่อง Procusini ประกอบไปด้วยส่วนประกอบหลักคือหัวพิมพ์ (extrusion nozzle), ท่อใส่วัตถุดิบ และแผ่นรองพิมพ์ หลักการทำงานก็คล้ายกับเครื่องพิมพ์สามมิติทั่วไป คือแต่ละส่วนจะสามารถขยับไปมาในพื้นที่พิกัดคาร์ทีเซียน (แกนx, y, z) ขณะที่หัวพิมพ์ซึ่งมีระบบให้ความร้อนเพื่อละลายวัตถุดิบ แล้วรีดผ่านหัวพิมพ์ออกเป็นเส้นเล็ก ๆ เหลว ๆ เพื่อขึ้นรูปลงบนแผ่นรองพิมพ์ซิลิโคนตามรูปทรงที่โปรแกรมสั่งการไป
แท่งช็อกโกแลตสำหรับป้อนให้เครื่อง
ก่อนจะถูกหัวพิมพ์รีดออกมาเป็นเส้นช็อกโกแลต
การทำงานนั้นแอบคล้ายกับการวาดรูปด้วยมือ เพียงแต่ว่าในกรณีนี้ ไม่ใช่แค่มือเราอย่างเดียวที่ขยับไปมา แต่แผ่นกระดาษเองก็ขยับด้วย ตัวหัวพิมพ์จะขยับในแนวแกน Y และ Z (หน้า-หลังและขึ้น-ลง) ส่วนแผ่นรองพิมพ์จะขยับในแนวแกน X (เข้า-ออก) สอดคล้องร่วมกันเป็น 3 มิติ การแบ่งหน้าที่รับผิดชอบของแต่ละแกนนี้ทำให้เครื่องที่ออกมาแบบมามีขนาดกระทัดรัดขึ้นแต่ใช้งานได้ครอบคลุมครบทั้งสามแกนตามเดิม
1
แกนการเคลื่อนไหวทั้งสามของเครื่อง Procusini
การสร้างสรรค์ชิ้นอาหารเริ่มต้นจากการออกแบบรูปทรงในซอฟต์แวร์ และรูปแบบที่ทดลองทำกันในกิจกรรมพิมพ์อาหารครั้งแรกนี้เป็นแบบเรียบง่าย ก็คือเป็นชื่อของพวกเรานั่นเอง แค่ป้อนคำสั่งลงไป โปรแกรมก็จัดการเปลี่ยนชื่อของพวกเราให้เป็นภาพวาดสามมิติพร้อมคำสั่งโครงสร้างภายใน แล้วจึงส่งต่อไปยังเจ้าเครื่องพิมพ์สามมิติ Procusini
1
ภาพหน้าโปรแกรมสำหรับออกแบบดีไซน์เพื่อส่งไปยังเครื่อง
เนื่องจากมีผู้เข้าร่วมกิจกรรมหลายคน หลากชื่อ เครื่องจึงใช้เวลาค่อนข้างนานในการปรับระดับและทดสอบการพิมพ์ในแต่ละครั้ง เพื่อไม่ให้เสียเวลาเปล่า พวกเราจึงขอลองชิมวัตถุดิบที่สูญเสียระหว่างการทดสอบนั้นไปพลาง ๆ ก่อน และแล้วผลตอบแทนจากการเฝ้ารอเป็นเวลานานก็คุ้มค่า งานที่ออกมาทั้งละเอียดและเนี้ยบสุด ๆ ถ้าหยิบขึ้นมาดูใกล้ ๆ จะเห็นเส้นช็อกโกแลตเล็ก ๆ เรียงต่อกันในแต่ละเลเยอร์เลยทีเดียว
และนี่คือชื่อของฉันที่พิมพ์ออกมา !
ถึงแม้เจ้าเครื่อง Procusini ที่ฉันได้มาทำความรู้จักในวันนี้จะใช้หลักการของเครื่องพิมพ์สามมิติทั่ว ๆ ไป ที่มุ่งเน้นเพื่อความสวยงาม เพื่อช่วยตกแต่งรูปลักษณ์ภายนอกของอาหารให้น่ารับประทาน แต่ก็นับว่าเป็นพื้นฐานสำคัญที่ทำให้ฉันได้เข้าใจว่าทำไมนวัตกรรมที่เริ่มจากความคิดเชิงศิลป์นี้ถึงมีความสำคัญและเป็นที่จับตามองในวงการวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอุตสาหกรรมอาหารแห่งอนาคตอย่างอาหารสำหรับนักบินอวกาศ ก็เพราะภายใต้ความสวยงามเชิงศิลป์ของชิ้นงานนั้นซ่อนความสามารถในการรักษาสภาพของสารอาหาร การยืดอายุของอาหารให้เก็บได้นาน และการดัดแปลงรูปร่างให้สะดวกต่อการรับประทานในสถานการณ์ต่าง ๆ รวมไปถึงการควบคุมคุณค่าของอาหารทั้งในแง่ของรสสัมผัสและปริมาณสารอาหารที่เหมาะสมกับร่างกายของมนุษย์ในแต่ละวัน
1
การสำรวจอวกาศต้องใช้เวลานานและมีข้อจำกัดของการขนส่งทรัพยากรไปเติม ต้องมีอาหารที่เก็บรักษาได้ในระยะเวลานานและจำนวนมากพอ อีกทั้งยังต้องคำนึงถึงสุขภาวะที่ดีของนักบินอวกาศอีกด้วย อาหารจากเครื่องพิมพ์สามมิติช่วยร่นระยะเวลาในการปรุง แถมยังยืดหยุ่นรองรับต่อการปรับเปลี่ยนวัตถุดิบภายใต้ข้อจำกัดต่าง ๆ ได้เป็นอย่างดี อย่างกิจกรรมในวันนี้ ถ้าเราเปลี่ยนวัตถุดิบจากแท่งช็อกโกแลตเป็นอาหารอื่น ๆ เครื่องก็สามารถรองรับการทำงานโดยใช้หลักการเดียวกัน แถมยังมีรุ่นอื่น ๆ ที่พัฒนาต่อให้มีท่อนำส่งหลายท่อ เพื่อพิมพ์อาหารที่หลากหลายรูปแบบมากยิ่งขึ้น เพิ่มตัวเลือกของวัตถุดิบ ส่วนผสม สีสัน และรูปทรงที่ซับซ้อนขึ้น แม้แต่พิซซาก็มีคนพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติมาแล้ว
นาซาเองก็ได้นำเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์อาหารสามมิตินี้มาพัฒนาต่อยอด เพื่อหวังให้นักบินอวกาศได้รับประทานอาหารที่นอกจากจะอร่อยแบบที่เคยรับประทานบนโลกแล้ว ยังมีทางเลือกที่หลากหลายในการควบคุมสัดส่วนของสารอาหารให้สมดุลกับสภาพร่างกายในสภาวะไร้น้ำหนักได้อย่างสะดวกอีกด้วย ฉันจึงขอยกให้เทคโนโลยีเครื่องพิมพ์อาหารสามมิติเป็นหนึ่งในนวัตกรรมวิทย์สานศิลป์ ที่ใช้ได้ตั้งแต่ระดับครัวเรือนไปจนถึงอวกาศเลยละ
โฆษณา