รู้จัก “อาหาร 3 มิติ” เทคโนโลยีอาหารที่รองรับโลกในอนาคต

อาหาร อันเป็นหนึ่งในปัจจัยสี่ที่มนุษย์ขาดไม่ได้ ธุรกิจเกี่ยวกับอาหารและเครื่องดื่มจึงเป็นธุรกิจที่ไม่มีวันตาย และสามารถสร้างสรรค์นวัตกรรมต่าง ๆ ที่น่าตื่นเต้นได้มากมาย เพราะไม่ว่ายังไงคนก็ต้องกินอาหารเพื่อการดำรงชีวิต อย่างไรก็ตาม โลกในยุคปัจจุบันมีปัญหาด้านอาหารที่เรียกว่า “วิกฤติการณ์อาหาร” ซึ่งอาจทำให้ประชากรโลกขาดแคลนอาหารได้

เพื่อรองรับการบริโภคของมนุษยชาติในอนาคต ควบคู่ไปกับพัฒนานวัตกรรมและเทคโนโลยีให้ทันสมัย จะทำให้เราได้เห็นเทคโนโลยีด้านอาหารในปัจจุบันที่กำลังได้รับความนิยมและแพร่หลายมากขึ้นเรื่อย ๆ นั่นก็คือ เทคโนโลยีอาหาร 3 มิติ (3D printing food) ที่สามารถเนรมิตอาหารขึ้นมาได้ภายในเวลาไม่กี่นาที แถมยังสร้างสรรค์วัตถุดิบจากพืชให้กลายเป็นเนื้อสัตว์เทียมได้อย่างง่ายดาย เป็นอาหารทางเลือกให้กับคนที่ไม่บริโภคเนื้อสัตว์ แต่อยากลองกินเนื้อสัตว์เทียมจากพืช

อาหาร 3 มิติ คืออะไร

อาหาร 3 มิติ เป็นอาหารที่ “สร้างขึ้น” จากเครื่องพิมพ์อาหาร 3 มิติ หรือ 3D Food Printer ซึ่งเป็นเครื่องขึ้นรูปอาหารแบบ 3 มิติ มีลักษณะคล้ายกับเครื่อง 3D Printer ทั่วไป แต่เปลี่ยนจากการใช้พลาสติกในการขึ้นรูป มาเป็นวัตถุดิบอาหารแทน การใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ จะขึ้นรูปทีละชั้น ทำให้สามารถออกแบบอาหารที่มีโครงสร้างซับซ้อนหลากหลายรูปทรงได้ และสามารถเติมสารอาหารต่าง ๆ เข้าไปเพื่อเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการ หรือควบคุมองค์ประกอบต่าง ๆ ในอาหารได้อย่างละเอียดและแม่นยำ นอกจากนี้ยังใช้พื้นที่ในการประกอบอาหารไม่มาก จึงไม่ต้องกังวลเรื่องกลิ่นและควันในระหว่างการเข้าครัว

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีอาหาร 3 มิติ ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่ แต่มีพัฒนาการมานานกว่า 30 ปีแล้ว สามารถสร้างสรรค์เมนูอาหารได้หลากหลายทั้งคาวหวาน แต่ในปัจจุบัน เครื่องพิมพ์อาหาร 3 มิติ ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการผลิตเนื้อสัตว์เทียม โดยใช้วัตถุดิบจากพืชแทนเนื้อสัตว์ ให้ออกมามีรูปลักษณ์และรสชาติที่ใกล้เคียงกับเนื้อสัตว์นั้น ๆ มาก ทำให้อาหารที่ได้จะเป็นลักษณะเดียวกันกับ plant-based meat โดยเทคโนโลยีการพิมพ์อาหาร 3 มิติ จะแบ่งออกเป็น 3 เทคนิคหลัก ได้แก่

1. การพิมพ์แบบ Extrusion-based หรือ Fused Deposition Method (FDM)

เป็นเทคนิคที่แพร่หลายมากที่สุด เนื่องจากขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์อาหารได้ง่าย คล้ายคลึงกับกระบวนการแปรรูปอาหารแบบอัดรีดผ่านเกลียว อีกทั้งเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้มีราคาไม่สูงมากสำหรับรุ่นเริ่มต้นเมื่อเทียบกับเทคนิคอื่น ตัวอย่างผลิตภัณฑ์อาหารที่ขึ้นรูปโดยเทคนิคนี้ เช่น ช็อกโกแลต พาสต้ารูปทรงฟรีฟอร์ม เนื้อสัตว์ รวมถึงผลิตภัณฑ์อาหารผู้สูงอายุ โดยเฉพาะผู้ที่มีภาวะเคี้ยวกลืนลำบาก

2. การพิมพ์แบบ Powder Bed Fusion หรือ Selective Laser Scanning

เป็นเทคนิคการพิมพ์โดยการเกลี่ยวัตถุดิบอาหารที่มีลักษณะเป็นผงให้เป็นชั้นบาง ๆ แล้วใช้ลำแสงเลเซอร์ยิงไปยังตําแหน่งที่ต้องการพิมพ์ เพื่อให้ผงวัตถุดิบหลอมตัวจนประสานเข้าด้วยกัน จากนั้นจึงทำซ้ำแบบนี้ในการพิมพ์ชั้นถัด ๆ ไป จนกว่าจะได้ผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะตามที่ออกแบบไว้ การพิมพ์ด้วยเทคนิคนี้มีต้นทุนการผลิตที่สูงกว่าเทคนิค FDM แต่มีศักยภาพสูงในการพิมพ์วัตถุดิบที่มีลักษณะเป็นผง และสามารถใช้ออกแบบผลิตภัณฑ์ขนมหวานที่ทำจากน้ำตาล ให้มีขนาดและรูปร่างเฉพาะหรือซับซ้อน และยังช่วยลดปริมาณวัตถุดิบในกระบวนการผลิตได้

3. การพิมพ์แบบ Binder Jetting

เป็นเทคนิคที่คล้ายกับการพิมพ์แบบ Powder Bed Fusion แต่ใช้การพ่นของเหลวหรือส่วนผสมวัตถุดิบอาหารอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่าตัวประสาน เพื่อประสานผงวัตถุดิบเข้าด้วยกันในตำแหน่งที่ต้องการ กระบวนการนี้จะทำซ้ำไปซ้ำมาตามจำนวนชั้นที่ต้องการ จนผลิตภัณฑ์ฝังตัวลงในผงวัตถุดิบ ส่วนผงวัตถุดิบที่ไม่ติดกับสารยึดเกาะจะถูกนำออกและนำกลับมาใช้ในการพิมพ์ครั้งต่อไป ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะนำไปผ่านกรรมวิธีในขั้นตอนสุดท้ายด้วยกระบวนการที่เหมาะสม เช่น การอบ เทคนิคนี้นิยมใช้ออกแบบผลิตภัณฑ์ในกลุ่มเบเกอรี่และขนมหวาน ให้ลักษณะเนื้อสัมผัสที่เป็นเอกลักษณ์

วัตถุดิบที่ใช้เป็นหมึกพิมพ์

ในส่วนของวัตถุดิบที่สามารถนำมาใช้กับเครื่องพิมพ์อาหาร 3 มิติ ส่วนใหญ่จะเน้นไปที่ผลิตภัณฑ์อาหารหวาน แต่ก็มีวัตถุดิบอื่น ๆ ที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้กับเครื่องพิมพ์ ได้แก่

• กลุ่มผักและผลไม้ เช่น แอปเปิล แอปพริคอต อะโวคาโด กล้วย หัวบีต มะละกอ ฟักทอง มะม่วง แคร์รอต ผักโขม
• กลุ่มธัญพืช เช่น ข้าวบาร์เลย์ ข้าวโพด ข้าวโอ๊ต ข้าว แพนเค้ก พาสตา พิซซา แป้งโดว์ ควินัว
• กลุ่มโปรตีน เช่น เนื้อวัว เนื้อไก่ เนื้อปลา เนื้อหมู ถั่ว เต้าหู้ แมลงต่าง ๆ
• กลุ่มอาหารข้นและเหลว เช่น ซอสหอยนางรม น้ำจิ้มอาหารทะเล เจลลี
• กลุ่มผลิตภัณฑ์จากนม เช่น เนย ชีส ครีม วิปครีม โยเกิร์ต
• กลุ่มขนมหวาน เช่น คุกกี้ ช็อกโกแลต น้ำตาลไอซิ่ง ไอศกรีม

ตัวอย่างอาหารที่ได้จากการพิมพ์ด้วย 3D Food Printing คือเนื้อวัว ที่สามารถทำกินเองได้โดยไม่ต้องฆ่าสัตว์ แต่เหมือนได้กินเนื้อวัวจริง ๆ เนื้อวัวเทียมนี้สร้างขึ้นจากเครื่อง 3D Food Printer ของบริษัท Redefine meat จากประเทศอิสราเอล เนื้อวัวที่พิมพ์ออกมาจะถูกเรียกว่า Alt-Steak ที่มีลักษณะ รสชาติ และกลิ่นที่เหมือนสเต็กเนื้อวัวแท้ ๆ เนื่องจากมีสูตรการพิมพ์ที่แยกออกเป็น 3 ส่วน คือ Alt-Muscle (กล้ามเนื้อ) Alt-Fat (ไขมัน) และ Alt-Blood (เลือด) จากหมึกพิมพ์ที่เป็นวัตถุดิบจากพืชหลากหลายชนิด เช่น ถั่วเหลือง โปรตีนถั่ว ไขมันมะพร้าว น้ำมันดอกทานตะวัน นำมาเข้ากระบวนการพิมพ์ซ้ำ ๆ เพื่อขึ้นโครงสร้างทีละชั้นเลียนแบบเนื้อวัว

หรือแม้กระทั่งเนื้อปลาแซลมอน ทุกวันนี้ก็ใช้วิธี 3D Food Printing สร้างขึ้นมาได้ แถมยังมีการนำไปวางจำหน่ายจริงในซูเปอร์มาร์เก็ตที่ประเทศออสเตรียแล้วด้วย เนื้อปลาแซลมอนนี้เป็นโซลูชันด้านอาหารสำหรับคนเป็นมังสวิรัติแต่อยากลองกินเนื้อปลา นอกจากนี้ยังมีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ลดการจับปลาหรือการเพาะเลี้ยงเนื้อสัตว์แบบเดิม ๆ ลดความเสี่ยงที่สัตว์บางประเภทจะสูญพันธุ์ ลดการทำลายที่อยู่อาศัยของสัตว์น้ำ ที่สำคัญ คือลดปัญหาการปนเปื้อนของมลพิษทางทะเล จึงกลายเป็นอาหารทางเลือกที่ดีต่อสุขภาพ ได้คุณค่าทางโภชนาการ โปรตีนสูง และมีโอเมก้า 3 คอเลสเตอรอลต่ำ และปราศจากสารมลพิษที่มักพบในปลาจริง

ประโยชน์ของการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์อาหาร 3 มิติ และข้อจำกัด

เนื่องจากเทคโนโลยีการพิมพ์อาหาร 3 มิติ เป็นรูปแบบหนึ่งในการผลิตอาหารให้เพียงพอต่อความต้องการของผู้บริโภค แต่ในขณะเดียวกันก็มีประโยชน์ในด้านอื่น ๆ ดังนี้

• สร้างสรรค์อาหารได้อย่างไร้ขีดจำกัด

เครื่อง 3D Food Printer ทำให้เราสามารถสร้างสรรค์อาหารได้ตามจินตนาการอย่างไม่มีขีดจำกัด เนื่องจากเราสามารถออกแบบรูปทรงและลวดลายของอาหารแบบ 3 มิติได้ตามใจชอบ ตัวเครื่องจะสร้างสรรค์ผลงานให้เราเอง

• สร้างทางเลือกให้กับผู้บริโภค

เนื่องจากผู้บริโภคในปัจจุบันมีความต้องการด้านอาหารที่หลากหลาย ทั้งการไม่บริโภคเนื้อสัตว์ การเลือกกินอาหารที่เน้นสุขภาพหรือข้อจำกัดด้านสุขภาพ ผู้บริโภคจึงต้องเลือกกินอาหารที่เหมาะกับตัวเอง การพิมพ์อาหาร 3 มิติจึงทำให้ผู้บริโภคสามารถเลือกอาหารและสารอาหารที่เหมาะกับตัวเองได้

• ลดต้นทุนในการผลิตและขนส่ง

ต้นทุนของวัตถุดิบและระยะทางการขนส่งอาหารที่ห่างไกล เป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้อาหารมีราคาแพง การนำเทคโนโลยีการพิมพ์อาหารแบบ 3 มิติมาใช้ จึงสามารถช่วยลดต้นทุนการผลิตลงได้ ทำให้ผู้บริโภคที่อยู่ปลายทาง ได้มีโอกาสกินอาหารที่มีรสชาติแบบเดียวกัน คุณภาพสดใหม่ ได้ในราคาที่ถูกลงกว่าเดิม

• ลดปริมาณอาหารเหลือทิ้ง

ขั้นตอนการเตรียมอาหารบางอย่าง รวมถึงการกินอาหารแบบเหลือทิ้ง ทำให้เกิดขยะอาหาร อีกทั้งยังเป็นการใช้ทรัพยากรที่ไม่คุ้มค่า แต่การผลิตอาหารโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ จะช่วยให้สามารถใช้ทรัพยากรโดยไม่เสียเปล่า เพราะสามารถเปลี่ยนให้กลายเป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตอาหารด้วย 3D Food Printer ได้ จึงเป็นการช่วยลดปริมาณอาหารเหลือทิ้งได้ในคราวเดียว

• แหล่งอาหารสำหรับนักบินอวกาศ

การพิมพ์อาหารแบบ 3 มิติ สามารถเป็นแหล่งผลิตอาหารสำหรับนักบินอวกาศที่ต้องไปปฏิบัติภารกิจอยู่นอกโลกได้ สำหรับอาหารที่มีประโยชน์และมีสารอาหารครบถ้วน

อย่างไรก็ตาม การพิมพ์อาหาร 3 มิติก็ยังมีข้อจำกัดอยู่มาก แม้ว่าทิศทางในอนาคตและเทคโนโลยีที่ใช้จะดูน่าตื่นเต้นแค่ไหนก็ตาม เนื่องจากอาหารบางชนิดไม่เหมาะที่จะใช้เทคโนโลยีนี้ อาหารต้องแปรรูปล่วงหน้าเพื่อเตรียมใช้ในเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งจะทำงานได้ดีที่สุดกับส่วนผสมที่มีความหนืดคล้ายแป้งเปียก สามารถคงรูปหลังจากถูกดันผ่านหลอดฉีดอาหาร และจำเป็นต้องเติมสารเพิ่มความข้นให้กับผักและผลไม้ที่มีปริมาณน้ำสูง หากจะใช้การพิมพ์ 3 มิติ อาหารที่มีลักษณะนิ่มอาจยุบตัวได้หากใส่หลายชั้นเกินไป และอาจเสียเนื้อสัมผัส รสชาติ และคุณค่าทางโภชนาการหลังจากวัตถุดิบเคลื่อนผ่านเครื่องด้วย

นอกจากนี้ อาหาร 3 มิติยังมีอายุการเก็บรักษาที่จำกัด เก็บไว้ได้ไม่นานเท่ากับอาหารทั่วไป เพราะอาหารจะเสื่อมสภาพเร็วและกระบวนการย่อยสลายมักสั้นกว่า อีกทั้งยังไม่เหมาะกับผู้ที่ต้องการการกินอาหารแบบเร่งรีบ อาหารตามสั่ง หยิบได้ทันที หรือเสิร์ฟแบบร้อน ๆ และที่สำคัญ เครื่อง 3D Food Printer ก็ยังมีราคาสูงต่อการลงทุน และไม่สามารถทดแทนการปรุงอาหารแบบดั้งเดิมที่สามารถใช้วัตถุดิบสดใหม่ได้

วิกฤติอาหารโลกร้ายแรงแค่ไหน และความสำคัญของอาหาร 3 มิติ

วิกฤติอาหารโลก (Global food crisis) หมายถึง สถานการณ์ที่มีการขาดแคลนอาหาร หรือประชากรบางกลุ่มไม่สามารถเข้าถึงอาหารที่เพียงพอและมีคุณค่าทางโภชนาการ วิกฤตินี้อาจเกิดจากปัจจัย เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ ที่ส่งผลต่อกิจกรรมการผลิตอาหารของโลก ภัยธรรมชาติ ความขัดแย้ง ความไม่มั่นคงทางเศรษฐกิจ ปัญหาเชิงระบบภายในระบบการผลิต และการจำหน่ายอาหาร ผลที่ตามมาของวิกฤติอาหาร อาจรวมถึงความหิวโหยที่เพิ่มขึ้น ภาวะทุพโภชนาการ ความไม่สงบทางสังคม และความตึงเครียดทางภูมิรัฐศาสตร์ รัฐบาล องค์กร และบุคคลต่าง ๆ

เพราะมันดูเป็นเรื่องที่ไม่น่าเป็นไปได้ที่ “อาหารจะหมดโลก” แต่จริง ๆ ในปัจจุบันนี้มีหลายประเทศกำลังเผชิญกับปัญหาวิกฤติอาหารโลกจริง ๆ ที่เห็นได้ชัด คือการที่อาหารมีราคาสูงขึ้น ทำให้ภาวะการขาดแคลนอาหารของทั่วโลก มีแนวโน้มขยายวงกว้าง และทวีความรุนแรงมากขึ้นเรื่อย ๆ จนอาจส่งผลให้ในอีก 30-40 ปีข้างหน้า เราจะไม่มีอาหารการกินที่อุดมสมบูรณ์แบบที่เป็นอยู่ในปัจจุบันก็เป็นได้

ข้อมูลจากองค์การอาหารและการเกษตรแห่งสหประชาชาติ (Food and Agriculture Organization of the United Nations : FAO) แสดงให้เห็นว่าในหลาย ๆ พื้นที่ของโลกกำลังเข้าสู่ช่วงการเกิดวิกฤติการณ์อาหารมาตั้งแต่ปี 2019 โดยประชากรโลกกว่า 2,000 ล้านคน หรือประมาณ 25.9 เปอร์เซ็นต์ของประชากรโลก กำลังเผชิญกับความไม่มั่นคงทางอาหาร และคาดการณ์ว่าในปี 2030 ประชากรโลกจำนวน 660 ล้านคนอาจจะยังคงเผชิญกับความหิวโหย

การเพิ่มขึ้นของประชากรโลก ถือเป็นปัจจัยอันดับต้น ๆ ที่ส่งผลกระทบต่อความมั่นคงด้านอาหาร โดยองค์การสหประชาชาติ (UN) ได้คาดการณ์ว่าประชาการโลกจะเพิ่มขึ้นจากปัจจุบันที่มีอยู่ราว 7,300 ล้านคน เป็น 8,500 ล้านคน ในปี 2030 และเพิ่มเป็น 11,200 ล้านคน ในปี 2100 ส่งผลให้โลกมีแนวโน้มที่จะขาดแคลนอาหารเนื่องมาจากปริมาณความต้องการบริโภคที่เพิ่มสูงขึ้น

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายของวิกฤติการณ์นี้ทวีความรุนแรงเพิ่มขึ้นไปอีก เมื่อมีโรคระบาด ภัยธรรมชาติ และสงครามมาเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาให้โลกขาดแคลนอาหารมากกว่าเดิม กรณีสงครามรัสเซีย-ยูเครน ที่ยังไม่มีข้อสรุปว่าจะจบลงอย่างไร ก็ได้ส่งผลกระทบอย่างรุนแรงอย่างต่อเนื่อง จนอาจทำให้เกิดวิกฤติขาดแคลนอาหารของโลกไปด้วย เพราะรัสเซียและยูเครนเป็นผู้ส่งออกข้าวสาลีรวมกันแล้วเกือบ 30 เปอร์เซ็นต์ของโลก โดยข้าวสาลีก็ถือเป็นวัตถุดิบหลักในครัวเรือนเสียด้วย สงครามทำให้ภาคการส่งออกของ 2 ประเทศนี้มีปัญหา ราคาข้าวสาลีทั่วโลกจึงพุ่งสูงขึ้นเป็นประวัติการณ์เมื่อช่วงเดือนมีนาคม 2022

ไม่เพียงเท่านั้น ต้นทุนอื่น ๆ ก็ล้วนแพงขึ้น ส่งผลให้ต้นทุนในการผลิตอาหารสำหรับคนและสัตว์มีราคาพุ่งสูงขึ้นตาม จนนำไปสู่การเกิด “วิกฤติการณ์อาหารโลก” ผู้คนจำนวนหลายล้านคนทั่วโลกต้องประสบกับความอดอยากและหิวโหย ทั้งที่อาหารเป็น 1 ในปัจจัย 4 ที่มนุษย์จำเป็นต้องได้รับอย่างเพียงพอ

อาหาร 3 มิติ จึงนับเป็นเทคโนโลยีที่ออกแบบมาเพื่อรองรับวิกฤติการณ์การขาดแคลนอาหาร เมื่อกระบวนการผลิตอาหารแบบเดิม ๆ และปัจจัยทางธรรมชาติด้านอื่น ๆ ทำให้ไม่สามารถผลิตอาหารได้เพียงพอต่อความต้องการของประชากรโลก ในขณะที่มนุษย์ต้องผลิตอาหารเพิ่ม แต่ผลผลิตทางการเกษตรและการปศุสัตว์กลับลดลง นอกจากนี้ยังมีการปนเปื้อนของสารพิษ ที่ทำให้อาหารไม่มีคุณภาพเพียงพอจะนำมาเป็นอาหาร

การพิมพ์อาหาร 3 มิตินับเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมอาหารในอนาคตอย่างมาก ช่วยลดปริมาณอาหารเหลือทิ้ง ทั้งจากขั้นตอนการเตรียมอาหาร และของเหลือจากการบริโภค ในขณะที่อาหารเหลือทิ้งบางอย่างยังอุดมไปด้วยสารอาหารสำคัญ ที่สามารถนำมาเปลี่ยนสภาพให้เป็นหมึกพิมพ์อาหาร เพื่อนำไปใช้ในการขึ้นรูปด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์อาหาร 3 มิติได้ นับเป็นการสร้างมูลค่าเพิ่มให้แก่อาหารเหลือทิ้ง และลดปริมาณการสูญเสียในห่วงโซ่การผลิตอาหาร

การผลิตอาหาร 3 มิติ จึงเป็นกระบวนการผลิตอาหารที่ใช้ทรัพยากรธรรมชาติและวัตถุดิบอย่างคุ้มค่า สามารถรักษาคุณค่าทางโภชนาการได้ครบถ้วน และไม่เกิดของเหลือทิ้งในกระบวนการ รวมถึงสามารถลดการปล่อยคาร์บอนในกระบวนการผลิตที่ต่ำกว่าการทำฟาร์มปศุสัตว์เสียด้วยซ้ำ จึงมีการคาดการณ์กันว่าในอนาคตจะมีอาหารที่ได้จากกระบวนการอาหาร 3 มิติแพร่หลายมากขึ้น เนื่องจากวิวัฒนาการและนวัตกรรมดิจิทัลที่ก้าวหน้ากว่าเดิม เทคโนโลยีอาหาร 3 มิติ จะเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมอาหารในอนาคตอย่างมาก และเป็นความท้าทายทั้งในภาคเทคโนโลยีและภาคอุตสาหกรรมอาหารด้วย

ข้อมูลจาก MTEC, PETROMAT