Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 06/2016, 13.06.2016

Mehrdimensionalität beim Lebensmitteldesign

Mit dem Aufkommen der additiven Fertigungstechnik werden Forscher und Entwickler in der Lebensmittelindustrie stärker als im bisherigen Mass damit konfrontiert sein, Lebensmittel als dreidimensionale Objekte aufzufassen. Darüber hinaus können sich aus einer dreidimensionalen Organisation aber noch weitere Dimensionen ableiten, die zusätzliche sensorische oder funktionelle Eigenschaften des Produkts beschreiben. Diese zusätzlichen Dimensionen bieten neue Produktdesignchancen.

Autor: Ulrike Brämswig Dozentin für Marketing

Bilder: BFH-HAFL

Wenn wir Lebensmittel essen, spielt der dreidimensio- nale Aufbau eine grosse Rolle. In erster Linie entscheidet er über die Textur. Genauso wichtig ist er aber auch für die aromasensorische Wahrnehmung – und wenn wir das Ganze konsequent weiterdenken, auch für Produktfunktionalitäten.

Mehrdimensionalität als Chance.

Mit dem Aufkommen 3D-drucktechnologischer Ansätze im Lebensmittelbereich sind völlig neue Möglichkeiten und Denkmodelle entstanden, Produkte aufzubauen, die Wahrnehmung von Phasen zu verändern und dem Produkt eine neue, sensorisch relevante Dimension hinzuzufügen. Die lebensmittelbezogene 3D-Drucktechnik steht noch völlig am Anfang ihrer Entwicklung, aber es wird bereits deutlich, dass sich die herkömmliche Sicht auf Lebensmittel verändern wird: Lebensmittelingenieure werden lernen müssen, Lebensmittel dreidimensional beziehungsweise multidimensional zu denken. Dies betrifft beileibe nicht nur Produkte, die über die 3D-Drucktechnik hergestellt werden beziehungsweise herzustellen sind. Allerdings wird das dadurch erzwungene dreidimensionale Durchdenken von Objekten zu einer neuen Betrachtungs- und Interpretationsweise führen. Die Auffassung von Lebensmitteln als dreidimensionale Körper führt unweigerlich zu daraus definierbaren beziehungsweise ableitbaren zusätzlichen Dimensionen «Sensorik» und «Funktionalität». Forscher an der BFH-HAFL arbeiten an solchen neuartigen, mehrdimensionalen Produktkonzepten, die entweder konventionelle Verfahren oder Adaptionen dieser nutzen oder in neuen, innovativen Prozesskomponenten münden.

Geringe Migrationsneigung als zusätzliche Funktionalität.

Ein bekanntes, einfaches und nur die Optik betreffendes Beispiel ist die Verhinderung der Migration von Farbstoffen. Häufig lässt sich bei Joghurts, die mit einer Fruchtzubereitung überschichtetet sind, eine Diffusion des Farbstoffs in das Joghurt beobachten, was Konsumenten als störend empfinden. Eine Gegenmassnahme könnte eine Barriere sein, die die Diffusion der Farbstoffe zumindest deutlich verzögert, so- dass die beiden Kompartimente mit unterschiedlichen Farben (beispielsweise weiss, gefärbt) voneinander abgetrennt sind. Solche Barrieren müssen so gestaltet sein, dass sie zwar eine Migrationsbarriere darstellen, aber gleichzeitig sensorisch nicht wahrnehmbar sind. Eine wesentliche Herausforderung besteht darin, solche Barrieren zu erzeugen respektive im Produkt zu platzieren. Eine alternative Herangehensweise wäre, die dreidimensionale Farbverteilung aufrecht zu erhalten, indem die Migrationsneigung der Farbstoffe reduziert wird. Sofern Hersteller die Viskosität, zum Beispiel über Erhöhung der Trockenmasse im Produkt, nicht verändern möchten, können sie entweder Farbstoffe immobilisieren oder auswählen beziehungsweise entwickeln, die ihrerseits bereits abgetrennt in Kompartimenten (zum Beispiel in intakten Zelle) vorliegen und so kaum migrieren. Geplante Studien beschäftigen sich mit der Untersuchung der Machbarkeit, um basierend auf dreidimensionalen Effekten Genussindikatoren für Lebensmittel zu entwickeln.

Alternative Lösungsstrategie für Reduktionsthemen?

Aus früheren Studien ist bekannt, dass insbesondere die äusseren Bereiche eines Produkts wesentlich sind für die Wahrnehmung von Salz oder Zucker. Eine Schichtung von Aufschnittscheiben nehmen Konsumenten dann als besonders salzig wahr, wenn die äusserste Schicht salzhaltiger ist (während die Salzwahrnehmung reduziert ist) als wenn die äusserste Schicht wenig Salz enthält. Der dreidimensionale Aufbau des Produkts beeinflusst also die sensorische Wahrnehmung respektive indirekt auch die sensorisch notwendige Salzkonzentration, sodass dem Produkt über den 3D-Aufbau zwei weitere Dimensionen hinzugefügt werden. Dies dürfte auch für Aromen oder adstringierende Verbindungen gelten. Weiter gedacht ist es vorstellbar, erwünschte sensorische Wahrnehmungen zu verstärken (Einsparung von Salz, Zucker, teuren Aromen) oder unerwünschte Wahrnehmungen zu reduzieren. Nach ersten Versuchen im Rahmen von studentischen Arbeiten ist eine weitere Machbarkeitsstudie geplant, die auf die sensorische Wahrnehmung fokussiert und vor allem die Stabilität solcher Produkte einbezieht.

Karten durch 3D-Drucktechnologie neu gemischt.

Eine der grössten Chancen für das multidimensionale Design von Lebensmitteln liegt darin, auf die bereits bekannte Einzigartigkeit der mehrdimensionalen Strukturierung (landläufig als «3D-Druck» bekannt) zu fokussieren. Auch wenn im Moment die Prozessgeschwindigkeiten noch sehr niedrig sind, so zeigt ein Vergleich mit der Fortentwicklung anderer umwälzender, disruptiver neuer Techniken, dass die Prozessgeschwindigkeit noch deutlich höher wird. Produktseitig ist bereits jetzt zu erkennen, dass allein der additive Aufbau die sensorische Wahrnehmung verändern kann. Wird ein Fluidstrang auf einen bereits ausgebrachten extrudiert, so ist entscheidend, dass es in Grenzschichtnähe zu einer lokalen Migration von Polymeren kommt, um einen Verbund zu erzeugen. Zurzeit ist wenig Wissen darüber vorhanden, wie sich die Interaktionen zwischen den Schichten gezielt einstellen lassen. In einem grösseren Projekt wird mithilfe einer neuartigen, selbstentwickelten Messzelle untersucht, wie sich die Verhaftung von konsekutiv ausgebrachten Materialien steuern lässt. Solche grundlegenden anwendungsbezogenen Erkenntnisse erlauben, effizient produktbezogene Entwicklungen voranzutreiben, gezielter Produkteigenschaften einzustellen und das gängige Produktentwicklungsprinzip «Versuch und Irrtum» zum Zweck der Zeit- und Kostenersparnis auf ein Minimum zu reduzieren. Zudem laufen an der BFH-HAFL Projekte zur Fortentwicklung der mehrdimensionalen Strukturierungstechniken. Aus Konsumentensicht sind Studien geplant, um mögliche Anwendungshürden zu erkennen und in die Entwicklungen einfliessen zu lassen. Besser zu verstehen gilt es auch noch, welche Herausforderungen bei der Vermarktung zu erwarten sind und wie diese zu adressieren sind.

Gemeinsam den entscheidenden Schritt machen.

Diese Beispiele verdeutlichen, dass es bei der Neuentwicklung von Lebensmitteln unter dem Aspekt Mehrdimensionalität zunehmend stärker auf eine engere und bewusstere Zusammenarbeit zwischen Materialwissenschaften, Lebensmitteldesign, Sensorik und auch Konsumwissenschaften ankommt. Eine ganze Reihe an Studien ist vor allem in Zusammenarbeit mit der Fachgruppe Lebensmittelwirtschaft und -konsum vorgesehen, um in diesem Zusammenhang die Bedürfnisse der potentiellen Zielgruppen besser zu verstehen, ihre «Insights» zu erforschen und daraus erfolgreiche Neuproduktkonzepte abzuleiten. Bei aller Faszination für innovative, technologisch getriebene neue Produktkonzepte stehen letztlich immer die Konsumenten im Mittelpunkt, um der Lebensmittelindustrie den Weg zu erfolgreichen Neuheiten von morgen zu ebnen, von denen die Konsumenten von heute noch nicht einmal ahnen, dass sie diese morgen mögen werden.


Weitere Informationen:
BFH-HAFL
www.hafl.bfh.ch

Dieser Artikel ist der fünfte von neun Beiträgen, die die Forschungseinheiten der Berner Fachhochschule BFH-HAFL vorstellen.



Kontrollierte Diffusionsvorgänge an Grenzflächen zur Verbindung von Fluiden beziehungsweise die Aufrechterhaltung von Gradienten sind Kernthemen im dreidimensionalen Körper