3D-geprinte voeding: de toekomst van gepersonaliseerd eten

We worden steeds ouder en leven ongezonder. De gemiddelde beginleeftijd van chronische aandoeningen was 55 jaar in de jaren 80; nu ligt die al op 43 jaar. Veel van deze chronische aandoeningen zijn gerelateerd aan leefstijl. TNO onderzoekt met samenwerkingspartijen verschillende gezondheidsinterventies om deze trend te keren. Wat blijkt: maatwerk helpt bij zowel het volhouden van de interventies als bij de effectiviteit hiervan. Gepersonaliseerde voeding speelt hierbij een belangrijke rol.

Gepersonaliseerde voeding biedt ook mogelijkheden voor andere maatschappelijke uitdagingen. Het aantal mensen met voedselallergieën stijgt en in de huidige 24-uurs maatschappij is het van belang om op elk tijdstip van de dag optimaal te presteren. Gepersonaliseerde voeding past binnen een bredere trend waarin gezondheid steeds meer maatwerk wordt, gestimuleerd door ontwikkelingen als smartwatches die onder andere je hartslag en bloeddruk meten, persoonlijke gezondheidsplatforms, genetische paspoorten en zelftesten

Voordelen van 3D-voedselprinten

Bij gepersonaliseerde voeding lag de focus tot nu op het adviseren van de juiste voedingsmiddelen binnen het bestaande aanbod. Mensen krijgen dan bijvoorbeeld boodschappenlijsten mee, of recepten of gepersonaliseerde maaltijdboxen. Ze moeten de maaltijden dan nog zelf klaarmaken.

Met 3D-voedselprinten komt een interessante vervolgstap in zicht: de productie van kant-en-klare gepersonaliseerde voedingsmiddelen. Bij 3D-voedselprinten wordt de container (‘cartridge’) van de printer gevuld met een voedingsmiddel, bijvoorbeeld deeg, waarna de printkop het product laag voor laag op een plaat opbouwt. Deze print-techniek wordt gecombineerd met geavanceerde doseer- en vultechnieken.

Het grote voordeel van 3D-voedselprinten is dat deze machines elke keer een ander product kunnen printen en aanpassingen in real time kunnen doorvoeren. Op deze manier kunnen ze individuele voedingsproducten produceren die variëren in calorieën, macronutriënten, micronutriënten, textuur, vorm en smaak.

Zo kunnen producten helemaal worden aangepast aan iemands persoonlijke behoeften en voorkeuren én zijn of haar activiteiten van die dag. Dit terwijl in de traditionele voedselproductie voedingsproducten in grote aantallen tegelijk worden geproduceerd en voor wijzigingen vaak hele productieketens moeten worden aangepast.

Multidisciplinaire innovatie

TNO heeft een grote verscheidenheid aan disciplines in huis die relevant zijn op het gebied van zowel gezondheid, voedingsproductie als 3D-printen. Denk aan voedingsdeskundigen, systeembiologen, gedragswetenschappers, bioinformatici, datascientists, system engineers, software-ontwikkelaars en werktuigbouwkundigen. Dankzij deze unieke combinatie van kennis en expertises kon TNO – samen met partners – een innovatief 3D-voedselprintsysteem in een mobiele keuken ontwikkelen.

Met dit systeem wordt op basis van persoonlijke informatie een zogenaamde ‘Nutri-Bite’ geproduceerd. Hierbij print de machine eerst een deegbodem. Deze wordt daarna gebakken in de oven en vervolgens door de machine gevuld. TNO werkte voor deze innovatie nauw samen met Wageningen University & Research (WUR). Voedingstechnologen van de WUR hebben – samen met de andere partners – de degen, vullingen en toppings voor de Nutri-Bite ontwikkeld.

Persoonlijk recept

Hoe wordt deze Nutri-Bite gepersonaliseerd? Eerst wordt met behulp van een softwareplatform een persoonlijk voedingsadvies opgesteld. Mensen vullen een vragenlijst in, over onder andere hun lichamelijke kenmerken, medische situatie, eventuele klachten of gevoeligheden, hun voedingsdoelen en smaakvoorkeuren. De antwoorden worden gecombineerd met de uitkomsten van persoonlijke metingen, zoals lengte, gewicht en en bodytype, en persoonlijke informatie, zoals leeftijd en geslacht. Algoritmes vertalen deze data vervolgens – op basis van wetenschappelijke kennis – naar een voedingsadvies.

Op basis hiervan wordt de ideale samenstelling van volume, macronutriënten (zoals vetten, koolhydraten en eiwitten), micronutriënten (vitamines, mineralen) en andere voedingsstoffen bepaald. Dit wordt als een ‘persoonlijk recept’ naar de machine gestuurd en in de vorm van een Nutri-Bite geproduceerd. Met dit productiesysteem kunnen ruim 50.000 verschillende varianten van de Nutri-Bite worden geproduceerd, met elk een ander volume en andere combinatie van voedingsstoffen

Testen in de praktijk met militairen en ziekenhuispatiënten

TNO heeft samen met de partners tijdens twee veldstudies onderzocht of er Nutri-Bites kunnen worden geproduceerd voor verschillende individuen, doelen en omstandigheden. En – ook niet onbelangrijk – of de doelgroepen de producten als voedingsmiddel acceptabel vonden en de indruk hadden dat het hen hielp bij het leveren van een prestatie, bij herstel of bij klachten.

Tijdens de eerste studie is getest of de Nutri-Bites militairen kunnen ondersteunen bij prestatieverbetering en uithoudingsvermogen. De militairen vulden van te voren via het platform een vragenlijst in over hun persoonlijke kenmerken, voedingsgewoonten en behoeften. Daaruit kwamen verschillende nutritionele adviezen en dus unieke Nutri-Bites. Deze zijn vervolgens door militairen die verschillende oefeningen uitvoerden getest.

Tijdens de tweede studie is onderzocht of de Nutri-Bites ziekenhuispatiënten kunnen ondersteunen bij hun herstel. Ook nu bleek hetzelfde productiesysteem in staat iedereen van unieke Nutri-Bites te voorzien. In beide gevallen bleek de doelgroep de Nutri-Bites acceptabel te vinden.

Dichten kloof tussen advies en praktijk

Dit is de eerste keer dat gepersonaliseerd voedingsadvies direct wordt omgezet naar een kant-en-klaar-product. Hiermee wordt het makkelijker om het advies in de praktijk toe te passen. Ook krijgt iemand met de Nutri-Bite veel van wat hij of zij nodig heeft binnen met één product, terwijl hiervoor normaal gesproken meerdere producten nodig zijn. Deze innovatie biedt daarmee veel nieuwe mogelijkheden. Zowel voor maatschappelijke vraagstukken als de tekorten in de zorg, als voor het bedrijfsleven.

Zoals de veldstudies laten zien, kan het systeem worden ingezet om voeding te optimaliseren voor prestaties of herstel, toegespitst op de individuele behoeften, voorkeuren én de omstandigheden van die dag. Dit is interessant voor verschillende doelgroepen, zoals (top)sporters, ziekenhuispatiënten, mensen met ernstige aandoeningen, ouderen, mensen die thuis revalideren na een ongeluk of operatie. Of voor mensen met een veeleisend beroep, zoals militairen, agenten, brandweerlieden, mensen die nachtdiensten draaien, of zorgpersoneel.

Verlagen drempel gezonde voeding

Maar het printsysteem en bijbehorend platform kunnen ook voor een groot publiek worden ingezet om een gezonde leefstijl te bevorderen. Met het platform kunnen mensen – waar en wanneer ze willen – persoonlijk voedingsadvies aanvragen. En of ze het hieraan gekoppelde product in de toekomst nou bestellen bij een producent, deze printen in de supermarkt of de sportschool, of misschien zelfs thuis een printer hebben staan: ze krijgen een kant-en-klaar tussendoortje met een voor hen optimale samenstelling.

Zo kan de innovatie mogelijk bijdragen aan het voorkomen of vertragen van leefstijlgerelateerde ziekten, en de druk op de zorg verlichten. En aan een gezonde leefstijl of een specifieke behoefte (bijvoorbeeld prestatievermogen, concentratie of herstel).

Vervolgstappen

Voor doorontwikkeling zijn verschillende richtingen mogelijk. Denk aan het verfijnen en versnellen van het productieproces, of de ontwikkeling van andere producten. Ook kunnen het voedingsplatform en de ingrediënten verder worden ontwikkeld, zodat meer doelgroepen kunnen worden bediend. Maar duidelijk is in ieder geval: het 3D-printen van voedsel maakt het produceren van gepersonaliseerde voedingsproducten haalbaarder én toegankelijker.