Технології
Технології

Надруковану на 3D-принтері курку підсмажили лазером

Американські матеріалознавці вирішили дослідити, який режим налаштування лазера зможе ідеально підрум'янити надруковану 3D-принтером курятину, та у майбутньому стати виробничою альтернативою звичним кухонним печам. Так, у процесі готування, вони з'ясували, що запечена таким чином страва допомагає добитися більш однорідної текстури та соковитості м'яса. Про те, яка потужність лазера здатна приготувати курку з найменшими втратами об'єму та без підгорілих країв, вчені розповіли у npj Science of Food.

J. D. Blutinger et al / npj Science of Food, 2021 

J. D. Blutinger et al / npj Science of Food, 2021

Хто друкує курку на 3D-принтері?

З появою адитивних технологій, які принесли за собою більшу точність і швидкість виготовлення, 3D-принтери проникли майже у всі сфери: від швидкого пошарового створення модельних прототипів і деталей низької вартості (не так давно за допомогою 3D-принтера змогли надрукувати бетонний міст і відмовитися від арматури) до медицини і навіть харчових технологій. Ми писали і про безліч друкованих на 3D-принтерах роботів, і про спростовану створеним таким чином гелікоїдом 150-річну фізичну теорію, і про надрукований МРТ-знімок серця з артеріями, на якому зможуть практикуватися хірурги. До їжі 3D-принтери дісталися у 2007 — тоді на Міжнародному симпозіумі зі створення тіл довільної форми інженери Корнелльського університету представили мультиматеріальний принтер, яким запропонували створювати тривимірні об'єкти з шоколадної глазурі, плавленого сиру та арахісового масла. На думку вчених, друкована їжа здатна обійти традиційні способи простотою налаштувань, можливістю керувати властивостями на міліметрових масштабах та створювати складні конструкції. Втім, якщо 3D-принтер може допомогти створити страву із довільним розміщенням інгредієнтів у точно контрольованих кількостях, все ж безпосередньо готувати їжу йому не під силу. Вчені розглядали можливість інтеграції принтерів з багатохвильовими лазерами, які могли б термічно обробляти продукти, однак досі далі за експерименти з тістом вони не виходили. Зокрема, приготування м'яса одночасно за допомогою принтера і лазерів досі не вивчалося і вченим нічого не відомо про можливі органолептичні властивості такої страви — чи буде вона їстівною?

Процес друкування курки із пюре на принтері. J. D. Blutinger et al / npj Science of Food, 2021 

Процес друкування курки із пюре на принтері. J. D. Blutinger et al / npj Science of Food, 2021

Як приготувати курку у 3D-принтері?

Оскільки сучасні принтери, які вміють друкувати їстівними продуктами, чи то шоколад, чи то овочеве або м'ясне пюре, не дають змогу одночасно налаштовувати температуру під час нанесення шарів. Тому у будь-якому разі доведеться звертатися до допомоги лазерів, які зможуть нагріти та приготувати страву зсередини та навіть лишити їй на поверхні рум'янець завдяки змінам зміни довжини хвилі променя і схеми того, як він рухається. На відміну від традиційних способів приготування курки у печі, що забезпечує рівномірне нагрівання, приготована лазером курка відчуватиме сплески енергії від рухомого променя світла, і за тим, як лазер рухатиметься поверхнею, слідуватимуть і ці теплові сплески. Тож лазер дасть змогу повністю перебрати на себе контроль за усіма етапами термічної обробки вашої страви. Лазери ближнього і середнього інфрачервоного діапазону можуть забезпечити смаження та підрум'янювання поверхні лише зовні, у той час, як синє випромінювання здатне проникати глибоко у текстуру та впливати на неї зсередини.

У цій роботі американські дослідники використовували синій діодний лазер потужністю 5-10 ватів, але, за їхніми словами, його можна замінити на більш потужний видимого або інфрачервоного діапазону, що дасть змогу прискорити процес готування. Оскільки потік енергії більший, її більше розподілятиметься через товщину продукту, а отже приготування буде більш проникним та швидким завдяки кращій теплопровідності. Також вчені провели експерименти з курятиною і лазерами ближнього (980-нанометрова хвиля) та середнього (10,6-мікрометрова хвиля) інфрачервоних діапазонів, і звичайною тостовою піччю. Під час них дослідники вираховували енергію, необхідну для досягнення безпечних для приготування курки температур, швидкість її охолодження, втрати ваги і обсягу після обсмажування, а також зміни кольору. Як кухонне приладдя спершу виступили розділені принтер з лазером, однак їх вдалося поєднати і у один пристрій — тоді курятина обсмажувалася після того, як додрукувався весь шар.

Лазерне обсмажування. J. D. Blutinger et al / npj Science of Food, 2021 

Лазерне обсмажування. J. D. Blutinger et al / npj Science of Food, 2021

Яким вийшло надруковане курча?

Для трикутних зразків, створених принтером із курячого пюре, знадобилося вісім хвилин на приготування за постійного впливу лазера, який нагрівав їх до 74 градусів Цельсію. Для таких самих, але квадратних знадобилося 9-10 хвилин. Енергії на все це вистачило близько 2,4 кілоджоуля, а температура придатна для повного знищення сальмонели — одного з найбільш поширених захворювань харчового походження. Втрата ваги і об'єму, таке собі лазерне усмажування, було пов'язане з тим, скільки курку тримали під впливом випромінювання. Втім, зразки, запечені у звичайній тостовій печі, втратили майже вдвічі більше ваги і обсягу в порівнянні із зразками, нагрітими лазером, за той самий час. Якщо для лазерного приготування це було 24 відсотки, то для звичайної печі — всі 40. Більш того, приготування зразків за допомогою синього лазера не призвело до потемніння поверхні курки, а от приготування у духовці змусило краї підгоріти.

Також дослідники спробували приготувати запаковану у пластик курку — лазеру вдалося і крізь перепону приготувати курку без потемніння поверхні, але при цьому пакування зменшувало випаровування вологи і потемніння завдяки обмеженому впливу кисню. Далі лазером ближнього інфрачервоного діапазону вчені все ж вирішили надати курці видимість приготування на грилі та нанесли відповідний малюнок і крізь пакування. Всі приготовані зразки запропонували спробувати двом дегустаторам наосліп — за словами дослідників, їм більше сподобалася приготована лазером курка, адже та була більш соковитою та однорідною за текстурою. Такий підхід до приготування їжі дасть змогу з точністю до міліметра приготувати гамбургер із точно витриманими ступенями просмажування, візерунками, а також упевненістю у безпечності отриманого продукту, який тепер можна готувати і крізь пакування, обмежуючи вплив людського фактора і навколишнього середовища.

Нанесення ефекту «гриля» на підсмажену лазером курку. J. D. Blutinger et al / npj Science of Food, 2021

Нанесення ефекту «гриля» на підсмажену лазером курку. J. D. Blutinger et al / npj Science of Food, 2021

Ступені готовності м'яса не просто так хвилюють вчених: погано просмажене м'ясо може нести загрозу для здоров'я, а сам процес готування хотілося б якось автоматизувати. І цю нову розробку вчених можна поєднати з електронним носом, якого навчили визначати готовність курки-гриль за її запахом і фото.