Công nghệ in thực phẩm 3D: Cuộc cách mạng về dinh dưỡng

In 3D là phương pháp tiên tiến của việc phát triển và cấu trúc theo từng lớp. Máy tính được lập trình với thiết kế sản phẩm, phần mềm cũng được lập trình với phương pháp tương tự. Nguyên liệu thô được đưa vào máy ở dạng hạt nhỏ, sau đó được cánh tay robot tạo thành hình dạng 3D. 

Ngày nay, thức ăn cũng được sản xuất bằng công nghệ tương tự. Máy in 3D không chỉ hỗ trợ tạo ra các hình dạng 3D mà còn tạo ra thực phẩm với vẻ ngoài hấp dẫn và quan trọng nhất là hương vị. 

Công nghệ in 3D đã mang lại sự thay đổi to lớn trong ngành công nghiệp thực phẩm với những “ông lớn” như: TNO (Hà Lan), Print2tasteGmbH (Đức), Barilla (Ý), Beehex (Mỹ)...

Quá trình công nghệ in 3D được gọi là sản xuất phụ gia, trong đó máy in 3D lắng đọng từ các lớp vật liệu, lớp này chồng lên lớp kia cho đến khi hình thành sản phẩm. 

Máy in 3D sử dụng tia laser, vật liệu dạng bột và vòi phun để sản xuất và tạo ra thực phẩm, đang mở ra cánh cửa mới cho việc tùy chỉnh các sản phẩm thực phẩm bằng cách cung cấp một hỗn hợp các chất dinh dưỡng phù hợp với người dùng.

In thực phẩm 3D nằm trong danh sách “Top 10 xu hướng công nghệ thực phẩm và đổi mới năm 2021”, do Công ty khoa học dữ liệu StartUs Insights công bố cuối tháng 7-2021. 

Hiện phương pháp phổ biến nhất là ép đùn nguyên liệu. Ngoài ra, các công ty cũng đang sử dụng phương pháp in thực phẩm bằng tia laser và máy in phun, phương pháp in sinh học để phát triển các sản phẩm thực phẩm. 

Do yêu cầu thực phẩm in ra có thông số kỹ thuật chính xác và khả năng tái tạo, các công ty đang thực hiện nhiều nghiên cứu để sản xuất thực phẩm quy mô lớn nhằm giảm sự phức tạp và chi phí sản xuất.

Theo StartUs Insights, hai công ty khởi nghiệp đầy hứa hẹn tập trung vào việc tạo ra máy in thực phẩm 3D, cung cấp các lựa chọn thay thế thịt và dinh dưỡng cá nhân hóa là SavorEat - công ty sản xuất thịt dựa trên thực vật của Israel và Cocuus - công ty Tây Ban Nha đang phát triển các lựa chọn thay thế thịt dựa trên tế bào. 

Cả hai công ty này đã phát triển công nghệ in 3D riêng để xử lý các sản phẩm với thông số kỹ thuật chính xác và chất lượng tái tạo như thịt thật, hướng đến sản xuất thực phẩm quy mô lớn với chi phí thấp.

Với Cocuus, việc phát triển thành công loại cốt lết thịt tổng hợp sử dụng công nghệ in 3D là bước tiến đáng kể. Loại này có bề ngoài tương tự như thịt thật trong các cửa hàng bán thịt, hương vị không khác biệt mấy. 

Nhóm nghiên cứu hoàn thành sản phẩm dựa trên các liên kết sinh học từ tế bào động vật lấy từ các bộ phận ít sử dụng của bò, hoặc được tạo ra trong lò phản ứng sinh học. 

Cocuus bắt đầu hành trình năm 2017, khi ba nhà đồng sáng lập - Javier Zaratiegui, Daniel Rico và Paxti Larumbe - cùng suy nghĩ về các giải pháp cho hệ thống thực phẩm bị đứt gãy do thiếu an ninh lương thực. Hiện thế giới đang phải đối mặt với cuộc chiến khó khăn trong việc tìm ra cách đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của 10 tỉ người và chống chọi với biến đổi khí hậu. 

Trả lời trang FoodNavigator, Javier Zaratiegui nhấn mạnh: “Nguồn lực để nuôi toàn bộ dân số trên Trái đất là có hạn. Chúng ta không thể giải quyết thách thức này bằng các giải pháp hiện có”.

Ngày nay, có nhiều sản phẩm thịt làm từ thực vật trên thị trường, từ lát bánh mì kẹp thịt thuần chay đến miếng thịt gà. Những loại thực phẩm này thay thế bền vững cho protein động vật được tạo ra từ chăn nuôi gia súc truyền thống - phương pháp thâm dụng carbon. Nhưng một số người tiêu dùng cho rằng hương vị và giá cả là những lý do khiến họ gắn bó với thịt truyền thống.

Từ nhu cầu này, Cocuus phát triển công nghệ in 3D giúp các nhà sản xuất protein thay thế tạo ra các sản phẩm thế hệ tiếp theo với số lượng lớn. Nền tảng của Cocuus cho phép các công ty tạo ra sản phẩm tương tự thịt thật. Công nghệ này có tên gọi “Mimethica”, giúp phân tích cấu trúc của thức ăn, sau đó dựa vào mô hình toán học để tái tạo chúng hệt như bản mẫu.

Ngoài in 3D, nền tảng đã được cấp bằng sáng chế này còn kết hợp in phun và “các quy tắc đột phá” khác mà Cocuus không tiết lộ, để tạo ra các giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí. Họ đã tạo ra nguyên mẫu đầu tiên của mình: sashimi cá hồi và món bít tết ribeye in 3D. 

Trong một bài đăng trên mạng xã hội, người sáng lập kiêm giám đốc điều hành công ty, Patxi Larumbe, tuyên bố công nghệ mới cho phép sản xuất từ 8 - 10kg thịt có nguồn gốc từ thực vật và tế bào mỗi phút. Vừa qua, Cocuus nhận được sự hợp tác của Công ty khởi nghiệp Revo Foods, trụ sở tại Vienna (Áo) - công ty đã tạo ra cá hồi thuần chay in 3D và các sản phẩm hải sản khác.

Tại hội nghị Food 4 Future vào tháng 7-2021 ở thành phố Bilbao (Tây Ban Nha), du khách đã được xem trực tiếp món sườn cừu in 3D của Cocuus. 

Công ty này cũng tìm cách sản xuất thịt xông khói hoặc sườn cừu xông khói, muốn nhân rộng quy trình phát triển philê cá hồi và cá ngừ tổng hợp, tất cả đều sản xuất bằng máy in 3D. Cocuus đang xin bằng sáng chế cho máy in của họ, đưa sản xuất thịt lên quy mô công nghiệp.

Những “gương mặt” khác đang xuất hiện trên đường đua bao gồm Novameat của Barcelona (Tây Ban Nha), đơn vị phát triển cả bít tết thuần chay và thịt làm từ tế bào bằng công nghệ in 3D. Redefine Meat ở Israel thì ra mắt món “bít tết thay thế” được in 3D bằng các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật. 

Còn SavorEat (Israel) phát triển thịt làm từ thực vật bằng cách sử dụng kết hợp robot đầu bếp, in 3D độc quyền và các thành phần không biến đổi gene, vừa giới thiệu cho người tiêu dùng nếm thử sản phẩm đầu tiên của họ - bánh hamburger không thịt. 

Với kế hoạch mở rộng sang bít tết, thịt nướng và hải sản thay thế, SavorEat tuyên bố họ cung cấp món ăn phù hợp khẩu vị, chế độ ăn uống và lối sống cụ thể của từng thực khách.

Tiềm năng khổng lồ

Theo Công ty nghiên cứu thị trường Fatpos Global, thị trường in thực phẩm 3D toàn cầu dự kiến sẽ tăng từ 350,24 triệu USD năm 2020 lên hơn 1,617 tỉ USD vào năm 2030, với tốc độ tăng trưởng hằng năm là 16,54% trong giai đoạn 2021 - 2030.

 Dự báo này được đưa ra do các hoạt động mua bán và sáp nhập ngày càng tăng trên nhiều lĩnh vực, tạo ra nhu cầu trên toàn thế giới đối với thị trường in thực phẩm 3D. 

Ngoài ra, xu hướng cá nhân hóa cũng ngày càng tăng, đặc biệt về hình dạng, màu sắc, hương vị và kết cấu, trong khi máy in thực phẩm 3D có khả năng tạo ra những thực phẩm phù hợp và tiết kiệm thời gian, cân chỉnh các chất dinh dưỡng cần thiết cho người dùng.

Hiện thị trường in thực phẩm 3D toàn cầu có 5 khu vực chính bao gồm Bắc Mỹ, Mỹ Latinh, châu Âu, châu Á - Thái Bình Dương, Trung Đông và châu Phi. 

Trong đó, thị trường ở châu Âu chiếm thị phần lớn nhất năm 2020. Nhờ khách hàng nhanh chóng chấp nhận công nghệ mới, châu Âu dự kiến thống trị ngành công nghiệp trong thị trường này.

Tuy nhiên, Hoa Kỳ mới là quốc gia được kỳ vọng sẽ phát triển nhanh chóng nhờ tiến bộ công nghệ và sự ra đời của các máy móc tiên tiến có thể sản xuất thực phẩm bằng công nghệ in 3D.

Thị trường in thực phẩm 3D toàn cầu được chia theo các thành phần, gồm: bột, trái cây và rau quả, sản phẩm từ sữa, carbohydrate và các loại khác. 

Dự báo phân khúc carbohydrate sẽ mở rộng với tốc độ nhanh nhất. Các yếu tố thúc đẩy phát triển được đánh giá là do máy in thực phẩm 3D thường được ưa chuộng để sản xuất các loại chocolate cá nhân hóa cho người dùng, cũng như các sản phẩm thực phẩm ngọt khác có chứa carbohydrate trong thành phần chính gồm bánh rán, kẹo và bánh kếp.

Fatpos Global nhấn mạnh nhu cầu về sự tùy biến đang thúc đẩy thị trường máy in 3D toàn cầu, vì in 3D tiết kiệm thời gian và công sức. 

Các chất dinh dưỡng có thể được cá nhân hóa, cho phép người tiêu dùng hưởng lợi từ thực phẩm được thiết kế riêng cho nhu cầu dinh dưỡng của họ. In 3D cũng cho phép phát triển các công thức thực phẩm phù hợp nhu cầu dinh dưỡng của bệnh nhân, đặc biệt là người cao tuổi.

Trái ngược với các hệ thống chế biến thực phẩm thông thường, in 3D có tiềm năng cung cấp thực phẩm cho dân số toàn cầu đang ngày càng tăng. 

Ngoài ra, máy in thực phẩm 3D có khả năng cách mạng hóa dinh dưỡng bằng cách xác định chính xác lượng vitamin và carbohydrate cần thiết mà không cần phải tính toán. Dựa trên dữ liệu sinh trắc học và hệ gene, máy sẽ tạo ra loại thực phẩm chứa hàm lượng dinh dưỡng được cá nhân hóa tối ưu.

Tuy nhiên, máy in thực phẩm 3D vẫn còn một số trở ngại, đặc biệt là vấn đề chi phí. 