Özet
Gıda üretiminde yaşanan hızlı gelişmeler nedeniyle, gıda endüstrisindeki tüm profesyoneller üretim alanındaki en son trendleri, en iyi uygulamaları ve kullanılabilecek etkili araçları takip etmektedir. Bu yeniliklerden bir tanesi olan üç boyutlu (3D) baskı teknolojisi, normal üretim metotlarıyla oluşturulamayacak karmaşık yenilebilir şekiller oluşturmaya izin vermesi, kişiselleştirilmiş beslenme tarzına uyum sağlaması ve israfı önleme gibi konularda avantaj yaratması nedeniyle göze çarpan bir konudur. Fakat yazılabilecek gıdaların kısıtlı olması, proses hızının düşüklüğü ve baskı sonrası yapısal stabilitesinin korunmasında yaşanan problemler çözülmesi gereken durumlardandır. Bu kapsamda, derlemenin amacı; 3D baskı teknolojisiyle ilişkili olarak, gıda baskısı aşamalarını açıklamak, kullanılan materyalleri tanıtmak, farklı baskı teknolojileri hakkında bilgi vermek, bu teknolojinin faydalarını ortaya koymak ve son olarak da karşılaşılan problemleri özetlemektir. 
Anahtar Kelimeler: Üç boyutlu (3D) baskı teknolojisi, gıda endüstrisi, yenilikçilik, üretim aşamaları

1. Giriş

Gıda işleme prosesi genellikle hızlı ve tekrarlanan işlem basamaklarından oluşmaktadır. Bu nedenle, bir gıda üretim sürecinin otomasyon sistemleriyle gerçekleştirilmesi, işlem verimliliğini ve sonuçta ortaya çıkan gıdanın kalitesini artırabilmektedir. Hem robotik tabanlı gıda üretimi hem de 3D gıda baskı teknolojisi, gıda işleme sürecini otomatikleştirip, insan iş yükünü azaltabilse de, aslında iki üretim teknolojisi de tamamen farklı bir kullanıcı deneyimi yaratmaktadır. İlki, çeşitli manuel işlemleri otomatikleştirerek insan katılımını ve iş yükünü azaltmayı amaçlarken, 3D baskı teknolojisi ise kullanıcıların çeşitli gıdaları istenilen şekilde üretmelerini sağlayarak, kullanıcıların yaratıcılığını ve kontrolünü sürecin merkezine yerleştirmektedir [1]. 3D baskı veya eklemeli üretim teknolojisi, üç boyutlu bir nesnenin üretilmesi için belirli bir şekil elde edilinceye kadar malzemenin katmanlanması suretiyle işlenmesini kapsamaktadır. İlk 3D yazıcı, otuz yıldan uzun bir süre önce icat edilmiş olup, o zamandan beri 3D baskı teknolojisi muazzam bir şekilde gelişmektedir. Bu teknoloji başlangıçta makinelerin küçük parçalarını oluşturmak için hızlı ve ucuz bir yöntem olarak geliştirilmiş olsa da, günümüzde 3D yazıcılar birçok alanda başarıyla kullanılmaktadır [2]. Bu alanlar; biyomedikal mühendislik, prototipler üretme, vücut parçaları oluşturma, inşaat ve enerji endüstrileri gibi konuları kapsamaktadır [3]. Geleneksel üretim yöntemlerinden farklı olarak, 3D baskı teknolojisi, kişiselleştirilmiş geometri, azaltılmış üretim maliyeti, kısaltılmış üretim döngüsü ve görünüş bakımından karmaşık ürünlerde bile kullanım potansiyeli nedeniyle dikkat çekmektedir [4]. Bu üretim teknolojisi; teorik prensipler ve pratik uygulamalar bakımından önemli farklılıklar gösteren seçici lazer sinterleme, katmanlı yığın modelleme, bağlayıcı sıvılarla yazdırma vb. çeşitli tekniklerden oluşmaktadır [5]. Seçici lazer sinterleme, kullanılan sinterleme türüne göre iki tipte sınıflandırılabilmektedir: seçici lazer sinterleme veya seçici sıcak hava sinterleme. Bu tekniğin prensibini, toz partiküllerini kaynaştırmak ve katı bir katman oluşturmak için sinterleme kaynağının kullanılması oluşturmaktadır [6]. Katmanlı yığın modelleme tekniğinde, hammadde olarak polimerler kullanılmaktadır. Polimerler genellikle erimiş bir duruma gelinceye kadar ısıtılmakta ve ardından makinenin (3D yazıcı) başlığından ekstrüde edilmektedir [7]. Bağlayıcı sıvılarla yazdırma, toz halindeki malzemenin bir katmana yayıldığı ve tipik olarak polimerik bir sıvı şeklinde kullanılan bağlayıcıyla istenen katman şeklinin oluşturulmasına dayanmaktadır [8]. Kullanılan işlem sürecine ve malzemelere bağlı olarak, bu tekniklerin hem güçlü hem de zayıf noktaları vardır. Belirli bir amaç için uygun bir üretim teknolojisi seçerken dikkate alınması gereken en önemli unsurlar, hassasiyet, zaman ve imalat maliyetidir [9].
Cornell Üniversitesi'nden iki araştırmacı gıda ile uyumlu ilk 3D baskı sistemini, Fab @ Home Model 1 adı altında 2007 yılında sunmuştur [10]. Bu işleme teknolojisi son yıllarda gıda alanındaki araştırmaları da etkisi altına almaktadır. Bu araştırmalar;  (a) Baskı malzemeleri ve reçeteleri geliştirme, (b) Baskı teknolojileri ve teknikleri, (c) Baskı süreci optimizasyonları, (d) Mürekkep basılabilirlik optimizasyonları ve (e) Karakterizasyon çalışmaları olarak gruplandırılabilmektedir. Bu araştırmalar neticesinde 3D gıda baskıları ticari sektörde de kendine uygulama alanı bulmakta olup, özellikle düşük maliyetli gıda özelleştirme ve kusursuz beslenme kontrolünün sağlanması amaçlı kullanılmaktadır [11]. Bunların yanında 3D baskı teknolojisinin gıda endüstrisinde kullanılma sebepleri olarak, birçok materyalle çalışmaya izin vermesi, istenilen şeklin kolaylıkla üretilmesi, üretim sırasında insan etkileşimini ortadan kaldırması, çeşitli programlarla kolaylıkla çalışması (CAD), üretimde esneklik sağlaması ve üretim sonrası ortaya çıkan atık miktarını azaltması verilebilmektedir [12]. Ayrıca bu teknoloji genellikle gıdanın duyusal özelliklerini iyileştirmeyi ve gıdanın besin değerlerini artırmayı amaçlamaktadır. Besin değerini artırmak için; süt protein konsantreleri 3D gıda baskı teknolojisinde yeni bir protein kaynağı olarak kullanılabilmektedir [13].
Bu derlemenin amacı 3D gıda baskı teknolojisiyle ilişkili olarak, gıda baskısı aşamalarını açıklamak, kullanılan materyalleri tanıtmak, farklı baskı teknolojileri hakkında bilgi vermek, bu teknolojinin faydalarını ortaya koymak ve son olarak da karşılaşılan problemleri özetlemektir. 

1. 3D Gıda Baskı Teknolojisinin Aşamaları

3D gıda baskı teknolojisi üç aşamalı bir süreçten oluşmaktadır: Gıdanın 3D modelinin oluşturulması, gıdanın yazdırılması ve işlem sonrası uygulamaların gerçekleştirilmesidir (Şekil 1). Gıdanın 3D modelinin oluşturulması aşaması, modelin bilgisayar programı ile tasarlanmasını ve modelin STL dosyasına dönüştürülmesini ve daha sonra her bölümün ana hatlarını elde etmek için modeli katman katman dilimlemeyi içerir. Ardından, malzemelerin katman katman eklenmesiyle 3D nesneler oluşturulur. Son olarak, basılı nesneler kırpılabilir veya delinebilir [14]. 3D model oluşturma aşamasında çeşitli bilgisayar programları aracılığıyla sıfırdan bir model oluşturmak yerine, var olan bir nesnenin 3 boyutlu tarayıcılarla modelinin oluşturularak, onun üzerinden istenilen değişikliklerin yapılması da olasıdır. Bu amaçla kullanılabilen 3D tarayıcılar, bir nesneyi şekli ve muhtemelen görünümü (yani rengi) hakkında veri toplamak için analiz eden bir cihaz olarak tanımlanabilir. Toplanan veriler daha sonra gıda işleme dahil çok çeşitli uygulamalar için dijital 3D modeller oluşturmak için kullanılabilir. Kamera gibi 3D tarayıcılar, koni benzeri bir görüş alanına sahiptir ve yalnızca kapatılmamış yüzeyler hakkında bilgi toplayabilir. Bir kamera renk bilgilerini toplarken, tarayıcılar kendi görüş alanlarındaki yüzeyler hakkında mesafe bilgisi toplar. 3D tarayıcılar genellikle kalibre edilmiş bir kamera, döndürme tablası, lazer kaynağı ve elde edilen görüntüleri elde etmek ve analiz etmek için gerekli yazılıma sahip bir bilgisayardan oluşmaktadır [15]. Dilimleme yazılımı ise, oluşturulan dijital modeli gelişmiş bir modele dönüştürebilen bir araçtır. Genellikle dilimleme yazılımı, 3D modeli (STL dosyaları), bir tür sayısal kontrol programlama dili olan bir G-kodu dosyasına dönüştürür [16]. 3D gıda üretildikten sonra, oluşturulan şeklin stabilitesini sağlamak için yapılan işlemler kurutma ve hızlı soğutmadır. Elde edilen 3D gıdanın pişirilme süresince şekil stabilitesinin sağlanmasında formulasyonda kullanılan malzeme ve miktarının dikkatli seçilmesi ve bazen de katkı maddelerinin eklenmesi gerekebilmektedir [4].   

Şekil 1. 3D gıda örneğinin oluşturulma aşamaları [1]

1. 3D Gıda Baskı Teknolojisinde Kullanılan Maddeler

3D gıda baskısı için kullanılan bileşenler, üç kategoriye ayrılmakta olup, a) Doğal olarak basılabilir maddeler, b) Basılamayan geleneksel gıda maddeleri ve c) Alternatif maddeler olarak sınıflandırılabilmektedir [1].
Doğal olarak basılabilir gıda maddeleri, gam veya bağlayıcı gibi bileşenler eklenmeden doğrudan ekstrüzyona izin veren uygun viskoelastik özelliklere sahip mürekkepler olarak tanımlanmaktadır. Bu kategorideki maddeler, bir başlık aracılığıyla kolayca ekstrüde edilebilmekte olup, çikolata, süt ürünleri ve hidrojeller bu kapsamda değerlendirilmektedir [17]. Bu maddeler, baskıdan sonra şekillerini koruyacak kadar stabildirler ve sonrasında başka bir işleme gerek duymazlar. Doğal olarak basılabilir maddelerden yapılan gıda ürünleri, tat, besin değeri ve doku açısından tamamen özelleştirilebilir formdadır [18].
Basılamayan geleneksel gıda malzemeleri arasında et, pirinç, sebze ve meyveler bulunmaktadır. 3D baskıda kullanılan ekstrüzyona uygun hale getirmek için bunlara hidrokolloidler eklenmektedir. Bu hidrokolloidlerden en yaygın kullanılanları ksantan Gam ve jelatindir [19]. 
Alternatif maddeler içerisine, protein ve lif kaynağı olarak kullanılabilecek; algler, mantarlar, deniz yosunu ve böceklerden ekstrakte edilen bileşenler girmektedir. Çünkü bu bileşenler yüksek oranda, biyoaktif bileşenler içermektedir. Ek olarak, böcek tozundaki alternatif protein bileşenlerinin, geleneksel et ürünlerinde bulunan proteinden biraz daha yüksek olduğu tespit edilmiştir [18]. Bu nedenle alg veya böceklerden elde edilen besin maddelerinden biftek basılmış olup, modern teknikler kullanılarak, bu bileşenlerin partikül boyutlarının azaltılarak, vücuttaki besin emiliminin artırılabileceği düşünülmektedir. Böylelikle, gıda baskısında alternatif bileşenlerin kullanılmasının daha sağlıklı ürünler geliştirmeye yardımcı olabileceği tahmin edilmektedir ve bu bileşenlerin 3D gıda baskısında kullanılması, 3D yönteminin sürdürülebilirlik yönünü de vurgulaması açısından önem kazanmaktadır [20].
Sonuç olarak, hangi kaynak kullanılırsa kullanılsın, malzemenin akıcılığı plastikleştirme ve eritme ile elde edilmektedir. Çok bileşenli bir sistemde, protein, karbonhidrat ve yağ fraksiyonundaki farklılıklar, sıvı bazlı ve toz bazlı 3D gıda baskı işlemleri sırasında gıda malzemelerinin erime davranışını, camsı geçiş sıcaklığını ve plastikleşmesini etkilemektedir. Baskıdan çıkan gıdanın sonrasında yapısını koruması gerekmekte olup, bu durum işlem sıcaklığının değişimiyle ve/veya bir katkı maddesi ilavesi sonucunda jelleşme yoluyla elde edilebilmektedir [21].

1. 3D Gıda Baskı Yöntemleri
   1. Seçici Lazer Sinterleme / Sıcak Hava Sinterleme

Sinterleme yoluyla baskı işleminde ilk önce, toz katman tabaka yayılmakta, daha sonra sinterleme kaynağı ise X ve Y eksenleri boyunca hareket ederek toz partiküllerini birleştirmekte ve katı bir tabaka oluşturabilecek şekilde kaynaştırmaktadır (Şekil 2). Bu süreç; kaynaşmış yüzeyi yeni bir malzeme parçacıkları tabakası ile sürekli olarak kaplayarak 3D obje oluşturuluncaya kadar aşağı yönlü Z ekseninde tekrarlanır. Sinterleme kaynağı olarak hem lazer hem de sıcak hava kullanılabilmektedir [22]. Sinterlenmiş malzeme istenen objeyi oluşturmakta, sinterlenmemiş toz parçacıkları ise yapıyı desteklemek için yerinde kalmaktadır. Toz yatağı (katmanı), termal bozulmayı en aza indirmek ve önceki katmanla füzyonu kolaylaştırmak için, malzemenin erime noktasının hemen altında ısıtılmaktadır. Her iki sinterleme işlemi de, karmaşık gıda maddelerini kısa sürede, sonradan sertleştirme işlemine gerek kalmaksızın hızlı bir şekilde oluşturma özgürlüğü sunmaktadır. Bununla birlikte, bu yöntemler yalnızca nispeten düşük erime noktasına sahip gıda bileşenleri için uygundur ve işlem sürecinde birçok değişken bulunduğundan imalat süreçleri karmaşıktır [1]. Bu yöntemde toz materyal olarak şeker, çikolata ve yağ kullanılabilmektedir. Baskı hassasiyetini etkileyen ve kullanılan materyale bağlı faktörler; erime sıcaklığı, akışkanlık, partikül boyutu ve camsı geçiş sıcaklığıdır. Kullanılan lazer tipi, lazer gücü, lazer enerji yoğunluğu, tarama hızı, lazer noktasının çapı ve lazer kalınlığı ise baskıyı etkileyen işleme faktörleridir. Sinterleme işleminin avantajı; kompleks 3D gıdaların üretimine olanak sağlaması ve değişken tekstürdeki maddelerin üretilebilmesidir. Dezavantajı ise sınırlı sayıdaki materyalle çalışılması ve bu materyallerin daha az besleyici bileşenlerden meydana gelmesidir [23].   

Şekil 2. Sıcak hava sinterleme (a), Seçici lazer sinterleme (b) tekniği [22, 24] ve SLS tekniğiyle üretilmiş gıda örneği (c) [21]  

1. Katmanlı Yığın Modelleme

Bu yöntemde, yazdırma başlıkları x, y ve z düzleminde hareket etmektedir. Öncelikle şekli oluşturmak için x ve y eksenlerinde hareket eden başlık, gıdanın katı forma geçmesiyle yukarı yönlü z ekseninde çalışmakta (şekil 3) ve bu şekilde ikinci katmanı yazdırmaya başlamaktadır [25]. Bu teknoloji genellikle bir malzemenin eritilmesi amacıyla sıcaklığın kontrollü olarak uygulandığı veya yarı katı viskoz sistem kullanılan bir işlemi ifade etmektedir. Katmanlı yığın modelleme (KYM) işleminde, malzemeye ısı bir ısıtma bloğu veya şırınga aracılığıyla verilmekte olup, malzemenin türüne bağlı olarak uygulanmaktadır. Malzemenin başlıktan kolayca akmasını sağlamak için viskozitesini kontrol etmede uygun sıcaklık gerekmektedir [26]. Baskı işlemi sırasında, erimiş yarı katı gıda polimeri ekstrüzyondan hemen sonra katılaşmakta ve önceki katmanlara kaynaklanmaktadır. Bu baskı teknolojisinde, hamur, peynir ve et püreleri gibi yumuşak materyallerle, çikolata kullanılabilmektedir. Baskının kalitesini belirleyen ve materyale bağlı olarak değişen faktörler; reolojik özellikler, mekaniksel güç ve camsı geçiş sıcaklığıdır. Baskı yüksekliği, başlık çapı, baskı hızı ve başlığın hareket hızı gibi parametreler ise işleme sırasında önem kazanan faktörlerdendir. Bu yöntemin avantajı; birçok materyal seçimine olanak sağlaması ve basit bir cihazdan meydana gelmesidir. Dezavantaj olarak ise kompleks gıda dizaynına izin vermemesi ve baskı sonrasında 3D yapının stabilitesini korumadaki zorluklar verilebilmektedir [27].

Şekil 3. Katmanlı yığın modelleme tekniği (a) [22, 24] ve KYM tekniğiyle üretilmiş gıda örneği (b) [21]  
 
 

1. Bağlayıcı Sıvılarla Yazdırma

Bu yöntemde, toz haldeki gıda maddeleri (şeker, nişasta vb.) imalat platformu boyunca eşit olarak dağıtılmakta olup, bu platform üzerinde x ve y eksenlerinde hareket eden başlık sıvı bileşenler vasıtasıyla istenilen şeklin ilk katmanını meydana getirmektedir. Daha sonra diğer katmanların oluşturulmasında, platform aşağı yönlü z ekseninde hareket etmektedir [25]. İşlemden önce, toz malzemeyi stabilize etmek ve bağlayıcı dağıtımının neden olduğu yüzey bozukluklarını en aza indirmek için su buharı püskürtülmektedir [1, 22]. Bu teknolojide sıvı bağlayıcılar ve nişasta, şeker ve protein gibi toz formunda bileşenler kullanılabilmektedir. Baskı hassasiyetini etkileyen materyal özellikleri; akışkanlık, partikül boyutu, yüzey gerilimi ve sıvı bağlayıcının viskozitesi olup, başlık tipleri, baskı hızı, başlık çapı ve katman kalınlığı ise prosesi etkileyen faktörler olarak tanımlanmaktadır. Baskı sonrasında ısıtma, pişirme, yüzey kaplama ve istenmeyen parçaların uzaklaştırılması gerekmektedir. Bu yöntemin avantajı; kompleks 3D gıda üretimine izin vermesi, renk seçim aralığının geniş olması ve aynı zamanda aroma, tekstürel bakımdan da varyasyona olanak sağlamasıdır. Dezavantajı ise sinterleme yönteminde olduğu gibi, sınırlı sayıdaki materyalle çalışılması ve bu materyallerin daha az besleyici bileşenlerden meydana gelmesidir [23].      

Şekil 4. Bağlayıcı sıvılarla yazdırma tekniği (a) [22, 24] ve BSY tekniğiyle üretilmiş gıda örneği (b) [21]  
 

1. Mürekkep Jet Yazdırma

Mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi, bir termal veya piezoelektrik başlıktan, kurabiye, kek ve pizza gibi gıda yüzeylerinin belirli bölgelere bir damlacık akışının dağıtılmasını içermektedir (Şekil 5). İki tür mürekkep jet yazdırma yöntemi vardır: Sürekli jet baskı ve damla baskı. Sürekli bir jet yazıcıda, mürekkep, sabit bir frekansta titreşen bir piezoelektrik kristal yoluyla sürekli olarak püskürtülmektedir. Mürekkebin istenen akışkanlığını elde etmek için, bazı iletken maddeler mürekkebe eklenmektedir. Damla baskı yönteminde ise, bir valf tarafından uygulanan basınç altında mürekkep başlıklardan dışarı çıkmaktadır. Genel olarak, bu sistemlerin baskı oranları, sürekli jet sistemlerine göre daha yavaştır, ancak üretilen görüntülerin çözünürlüğü ve hassasiyeti daha yüksektir [27]. Sistemin prensibinde püskürtülen damlacıklar yerçekimi altında aşağıda bulunan yazdırma platformu üzerine düşmekte ve daha sonra buharlaşmayla kurumaktadır. Damlalar iki buçuk boyutlu bir dijital görüntü oluşturabilmekte olup, yüzey dolgusu veya görüntü dekorasyonu amacıyla kullanılabilmektedir [22]. Bu yazdırma yöntemi genel olarak ezme ve püre gibi düşük viskoziteli materyallerde kullanılmaktadır. Mürekkebin reolojik özellikleriyle yazdırma platformunun yüzey özellikleri baskı kalitesini etkilemektedir. Sıcaklık, baskı hızı, başlık çapı ve baskı yüksekliği gibi faktörler işleme sırasında önemli bir yer tutmaktadır. Bu sistem birçok materyal seçimine izin vermesi açısından avantajlı olup, sadece basit gıda dizaynlarını oluşturması bakımından ise dezavantaj içermektedir [27].

Şekil 5. Mürekkep jet yazdırma tekniği (a) [22, 24] ve MJY tekniğiyle üretilmiş gıda örneği (b) [21]  
 

1. 3D Gıda Baskı Teknolojisinin Sunduğu Avantajlar
   1. Kişiselleştirilmiş Beslenme

Son 20 yılda sağlık en önemli kişisel ve toplumsal değerlerden biri haline gelmiştir. Sağlık hizmetlerinin maliyetinin çok yüksek olması nedeniyle insanlar hastalıklarının önlenmesi konusuna daha büyük önem vermiştir. İnsanların hastalıklara yakalanmasını önleyebilecek çözümler arasında diyet en etkili olanlardan biridir. Doğru bir diyetin benimsenmesiyle ortaya çıkan sağlık yararları geniş çapta rapor edilmiştir [28].
Son zamanlarda, insanların gıda bileşenleri hakkındaki bilgisinin artması nedeniyle bireysel gereksinimlere göre özelleştirilmiş beslenme konsepti ilgi çekmektedir. Mevcut gıda üretim süreci bu benzersiz gereksinimi karşılayamamaktadır çünkü özel gıda üretimi karmaşık, yavaş ve pahalı olup, el yapımı beceriler gerektirmektedir [29]. Genel beslenme tercihlerinin yanı sıra, son yıllarda, bireyin sağlık durumuna ve vücut tipi gereksinimlerine karşılık gelen kişiselleştirilmiş beslenmeye çok fazla vurgu yapılmıştır. 3D gıda baskısı bir beslenme modeliyle entegre edildiğinde, kullanıcılar üretilen ürünün kalori ve içerik bileşenlerini tam olarak hesaplayabilmekte ve besinsel dağılımı kesin bir şekilde oluşturabilmektedir. Bireyler, bir kullanıcı ara yüzü aracılığıyla basılacak ürünün bileşenlerini seçebilmektedir. Bu nedenle, 3D gıda baskı teknolojisi, insanların beslenmesini ve enerji alımını dijitalleştirmek için uygun bir yol sağlamakta ve bireysel beslenme üzerinde daha iyi bir kontrol sunmaktadır [30].
Bireysel beslenmesine dikkat etmesi gereken gruplardan bir tanesi yaşlı bireylerdir. 50 yaşın üzerindeki insanların yaklaşık % 25'i çiğneme ve yutma sorunları yaşamaktadır. Bu nedenle ihtiyaç duydukları besinlerin çoğunu, çekici ve iştah açıcı olmayan, püre haline getirilmiş gıdalardan sağlalar. Yaşlılar için yumuşak, besleyici ve istenen tekstürde gıda üretmek gıda endüstrisi için büyük bir zorluktur. 3D gıda baskısı yönteminde; proteinler ve yağlar gibi besin bileşenlerinin miktarları değiştirilebilmekte, istenmeyen içerikler azaltılabilmekte veya ortadan kaldırılabilmektedir. Ayrıca; vitaminler, lifler ve fitokimyasallar gibi sağlıklı bileşenlerce zenginleştirilmiş, antrenmandan sonra rejenerasyon ürünlerine ihtiyaç duyan sporcular için veya anne adayları için de özelleştirilmiş gıdalar basılabilmektedir. Kişiselleştirilmiş beslenmeden yararlanabilecek diğer bir grup ise çocuklar olup, özel beslenme gereksinimi olan çocuklara kendi gıdasını oluşturma imkânı verilebilmektedir. Aynı zamanda farklı şekillerde gıda dizaynlarıyla ürünün albenisi de artırılmış olacaktır. 3D yazıcılar çocuklar için aynı zamanda eğitim araçları olarak da kullanılabilecek böylece yenilikçi şekilleri öğrenme fırsatı sunulurken, sağlıklı ve besleyici atıştırmalıkları tüketmeye özendirebileceklerdir [18].
 
 

1. Özelleştirilmiş Gıda Tasarımı

Gıda üretim tekniklerinin çoğu seri üretim için geliştirilirken, bu tekniklerde gıda yaratıcılığı ve şekiller, yapılar ve tatlar üzerinde özelleştirme genellikle göz ardı edilmektedir [30]. 3D gıda baskı teknolojisi kullanarak, el emeği veya geleneksel kalıpla elde edilemeyen bazı karmaşık ve fantastik gıda-yemek tasarımları, aşçılar, beslenme uzmanları ve gıda tasarımcılarının mutfak bilgisi ve sanatsal becerilerini içeren önceden belirlenmiş veri dosyalarına dayanarak sıradan insanlar tarafından üretilebilmektedir. Ayrıca, şekerleme ürünlerinin şekillerinin özelleştirilmesinde ve renkli görüntülerin katı yenilebilir alt tabakaların yüzeyine eklenmesinde de bu teknolojiden yararlanılabilmektedir [23].
Hammadde olarak çikolatadan örnek verilecek olursa, çikolata üreticileri, genellikle seri üretim yapmakta ve hediye kutularında farklılıklar yaparak sektörde yer edinmektedir. Fakat müşteriye katma değeri yüksek ürün sunmak için çeşitli ticaret platformları aracılığıyla doğrudan el yapımı çikolatalar satan bazı küçük ve orta ölçekli çikolata üreticileri de bulunmaktadır. Bazı firmalar ise çikolatada birçok kombinasyona izin veren özelleştirilmiş çikolata ürünleriyle piyasada yer edinmektedir. Bu çabalar, özelleştirilmiş çikolata ürünlerinin piyasaya sürülmesi bakımından gereksinimleri karşılamasına rağmen, bu ürünleri satın almak isteyen tüketiciler uzun sipariş-teslimat süresi ve geleneksel çikolata ürünlerinden genellikle 2-3 kat daha yüksek fiyatlar ile karşı karşıya kalmaktadır. Özelleştirilmiş çikolataya yönelik pazar gereksinimi artmaya devam ederken, nispeten düşük maliyetlerle özelleştirme ihtiyaçlarını karşılamak, bu sektördeki birçok üreticinin karşılaştığı bir zorluktur. Bu nedenlerden ötürü, çikolata endüstrisinde 3D gıda baskı teknolojisinin uygulanması, çikolataların toplu olarak özelleştirilmesine yönelik yenilikçi bir yaklaşım olarak göze çarpmaktadır [31].
Genel olarak değerlendirildiğinde; 3D baskı teknolojisi, diğer üretim tekniklerine göre sunduğu iki temel avantaj nedeniyle çoğu sektörde benimsenmektedir; geometrik açıdan karmaşık şekillere izin vermesi ve ürünleri bireysel özelleştirme imkanı sunması. Katman katman işleme, malzemenin kolayca işlenmesine izin vermektedir. Ayrıca ekonomik açıdan, 3D baskı yöntemleriyle kompleks şekiller oluşturmak, basit ve dolgulu şekilleri geleneksel yöntemlerle üretmeye göre daha ucuzdur. Bunun nedeni 3D baskı teknolojisinde daha az fire verilmesi ve üretim sürecinde daha az malzemenin işlenmesi nedeniyle daha az sürede makinenin çalıştırılmasıdır [32].

1. Gıda Tedarik Zincirinde Basitlik

Geleneksel gıda tedarik zinciri, 3D gıda baskısı ile basitleştirilebilir. Bu süreçte bir e-ticaret platformu altında, tüketiciler gıda tasarımlarını yapılandırabilir ve yakındaki bir üretim tesisini kullanarak fiziksel ürünler üretebilir. Tasarımdan pazara kadar olan süreci azaltmak için, birçok yenilikçi gıda tasarımı web sitesi ve mobil uygulama, kullanıcılara özelleştirilmiş gıda ürünleri tasarlama ve sipariş etme konusunda yardımcı olabilir [30]. Böylelikle imalat faaliyetlerinin yavaş yavaş müşterilere daha yakın yerlere taşınması sağlanarak, ürünleri tüketicilere daha kısa sürede ulaştıran ve nakliye hacminin azalmasına yol açan avantajlar sağlanabilecektir. Ayrıca bu sistem ile ambalajlama ve dağıtım gibi maliyetlerde azalma meydana gelebilecektir [23].

İsrafı Önleme
3D baskı teknolojisinin sunduğu bir avantaj da, atılacak malzemeleri yeniden kullanarak gıda israfını azaltabilecek olmasıdır. Bu ürünler, tüketicilerin estetik standartlarını karşılamayan gıdalar olarak değerlendirilebilmekte olup, brokoli sapları gibi kesilmiş sebzeler veya sakatat gibi hayvansal yan ürünler gibi genellikle atılan ancak yenebilecek formda olan gıdalardır.  3D gıda baskısı, ayrıca gıda yan ürünlerini kullanabilir ve bunları görsel ve psikolojik olarak daha çekici gıda ürünlere dönüştürerek, bireylerin onları tüketmesini daha olası hale getirebilmektedir [3]. Aynı zamanda bu teknolojiyle, yenilebilir gıda ambalajları da hazırlamak mümkün olduğundan, ambalaj atıklarının azaltılması sağlanabilecek ve böylece atıkların çevreye verdiği zarar azaltılabilecektir [33]. 3D gıda baskısı ayrıca, işleme sırasında birden fazla prosesi tek adımda birleştirebilen oldukça verimli bir süreçtir. Hizmet sektörü açısından değerlendirildiğinde; herhangi bir gıda sipariş verilmedikçe üretilmeyecek ve sonuç olarak hem gıda israfı oluşmayacak hem de tüketilmeyen gıda için harcanan su ve enerji gereksinimi ortadan kalkacaktır [18].

3D Gıda Baskı Teknolojisinde Karşılaşılan Problemler
3D gıda baskı teknolojisi hala geliştirme aşamasında olduğundan, çeşitli sorunlar bulunmaktadır. Bunlardan en önemlisi, yazılabilecek gıdaların kısıtlı olmasıdır. Doğrudan basılabilen peynir, hamur, hidrojel ve çikolata dışında, meyve ve sebze gibi gıda bileşenlerinin çoğu doğrudan yazdırılamamaktadır. Kullanılabilecek bileşenleri genişletmek için, uygun fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olacak şekilde ön işlemden geçirme aşaması gerekmektedir [4].
Bununla birlikte, bu teknolojinin gıda sektöründe yaygın olarak kullanılmasını engelleyen, baskı hassasiyeti ve doğruluğunun düşüklüğü, proses verimliliğinin istenilen seviyede olmaması ve renkli, çok aromalı ve çok yapılı ürünlerin üretiminde yaşanan problemler gibi diğer zorluklar da bulunmaktadır. Hassas ve doğru bir baskı, malzeme özellikleri (reolojik özellikler, partikül boyutu vb.), işlem parametreleri (başlık çapı, baskı hızı, baskı mesafesi vb.) ve işlem sonrası yöntemlere (pişirme, kızartma, pişirme, vb) bağlıdır. Proses verimliliğini artırmak ise, baskı hızını artırmak ve büyük başlık veya lazer çapı kullanmakla sağlanabilir. Ama bu işlemler genellikle basılı nesnelerin çözünürlüğünün azalmasına yol açtığından, 3D gıda baskısını elverişsiz bir duruma getirmektedir [23].
Gıda baskısında ayrıca mekanik kuvvet, dijital reçetelerin hazırlanması ve işleme basınçları gibi çok sayıda parametrenin optimize edilmesi gerekmektedir. Optimizasyon sürecinin zor olması; bu sürecin bireysel gereksinimleri karşılamak için özelleştirilmiş ihtiyaçların değerlendirilmesini gerektirmesindendir. Örneğin, yarı katı ekstrüzyonda, başlığın çapı ve boyutu; baskı oluşturma oranını ve çözünürlüğü önemli ölçüde etkileyebilmektedir. Bazen yoğun yağlı bir bileşen yazıcı başlığını tıkayarak istenen şekli oluşturmada zorluklara yol açabilmektedir [29].
Bu teknolojinin endüstriyel ölçekte benimsenmesi ise, yazıcının kısa sürede büyük bir kapasiteyle başa çıkabilmesi gerektiğinden zor olabilmektedir. Bu nedenle, sadece endüstriyel ölçekli bir 3D gıda yazıcısı geliştirmede değil, aynı zamanda bu kadar büyük ölçekli baskı için uygun özellikleri içeren bileşenler üzerinde de daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır. Tüketici açısından bakıldığında ise 3D baskı teknolojisi hakkındaki bilgi eksikliği belirsizliğe yol açmaktadır. Bu nedenle, bilimsel bulguların desteğiyle rasyonel bilgiler, tüketicilerin 3D baskı teknolojisine olumlu bakması için hayati önem taşımaktadır [26].
3D gıdalar için dikkat edilmesi gereken diğer önemli bir nokta ise raf ömründe yaşanabilecek sıkıntılardır. Çünkü işlem sırasında ekstrüde edilirken malzemelerin çoğu, ekstrüzyon başlığından geçebilmesi amacıyla ısıtılmakta daha sonra ise soğutularak şeklin katmanları oluşturulmaktadır. Bu ısıtma ve soğutma işlemi, gıdaları bakteri veya küflerin mikrobiyal büyümesine karşı daha duyarlı hale getirebilir ve dolayısıyla ürünün raf ömrünü kısaltabilir. Ayrıca 3D gıda baskı teknolojisi bazen pişirme, kaynatma ve kızartma gibi işlemlere gereksinim duyduğundan, uygulanan sıcaklık seviyeleri ürünlerin dokusal özelliklerinde değişmelere ve homojen olmayan yapılara neden olabilmektedir. Son olarak  yönetimsel açıdan ise, 3D gıda baskı teknolojisiyle ilgili yasal olarak henüz herhangi bir düzenleme yapılmamış olması kontrol edilebilirliliği zorlaştırmaktadır [18].

1. Sonuç

Geleneksel üretimde, herhangi bir gıdanın üretilmesinde merkezi olmayan yöntemler kullanılmakta olup, fabrika içerisindeki makineler birbiriyle entegre edilerek ham madde üzerinde farklı işlemler gerçekleştirmektedir. 3D gıda baskı teknolojisinde ise sadece yazıcılar kullanılarak merkezi bir yapı oluşturulmakta ve ham madde üzerinde birçok işlem tek bir ekipmanla gerçekleştirilmektedir. Bu nedenle 3D gıda baskı teknolojisi, geleneksel sürece göre birçok adımı ortadan kaldırmakta ve basitleştirmektedir. Son yıllarda özellikle 3D baskı konusundaki teknolojik ilerlemeler, çeşitli gıda teknolojisi uzmanlarının ve işletmelerin dikkatini bu uygulamanın gıda için potansiyelini incelemeye ve çoğaltmaya çekmektedir. Çünkü, 3D baskı teknolojisi tüketicilerin ihtiyaçlarını tercihlerine göre kişiselleştirebilmektedir. Ek olarak, karmaşık bir gıda tasarımı hazırlamak da bu yöntemle mümkündür, çünkü tüm süreçler 3D model yazılımı ile desteklenmekte ve tam otomatik olarak yapılmaktadır. Fakat, 3D gıda baskı teknolojisinin potansiyelini ortaya çıkarmak için, önümüzde duran belirli teknik zorlukları aşmak gerekmektedir. Bu nedenle kullanılacak baskı malzemeleri, bu malzemelerin farklı baskı yöntemlerindeki davranışları (baskı teknolojisini optimize etme) ve gıda pazarı ve müşteri kabulü üzerindeki etkileri hakkında daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir.

Kaynaklar
 
[1] Sun, J., Zhou, W., Huang, D., Fuh, J. Y. H., Hong, G. S., 2015. An overview of 3D printing technologies for food fabrication. Food and bioprocess technology 8: 1605-15.
[2] Manstan, T., McSweeney, M. B., 2020. Consumers’ attitudes towards and acceptance of 3D printed foods in comparison with conventional food products. International Journal of Food Science & Technology 55: 323-31.
[3] Burke-Shyne, S., Gallegos, D., Williams, T., 2020. 3D food printing: nutrition opportunities and challenges. British Food Journal.
[4] He, C., Zhang, M., Fang, Z., 2020. 3D printing of food: Pretreatment and post-treatment of materials. Critical reviews in food science and nutrition 60: 2379-92.
[5] Derossi, A., Paolillo, M., Caporizzi, R., Severini, C., 2020. Extending the 3D food printing tests at high speed. Material deposition and effect of non-printing movements on the final quality of printed structures. Journal of Food Engineering 275: 109865.
[6] Le-Bail, A., Maniglia, B. C., Le-Bail, P., 2020. Recent advances and future perspective in additive manufacturing of foods based on 3D printing. Current Opinion in Food Science 35: 54-64.
[7] Mwema, F. M., Akinlabi, E. T. Basics of Fused Deposition Modelling (FDM).  Fused Deposition Modeling: Springer; 2020. p. 1-15.
[8] Mostafaei, A., Elliott, A. M., Barnes, J. E., Li, F., Tan, W., Cramer, C. L., et al., 2020. Binder jet 3D printing–process parameters, materials, properties, and challenges. Progress in Materials Science: 100707.
[9] Shirazi, S. F. S., Gharehkhani, S., Mehrali, M., Yarmand, H., Metselaar, H. S. C., Kadri, N. A., et al., 2015. A review on powder-based additive manufacturing for tissue engineering: selective laser sintering and inkjet 3D printing. Science and technology of advanced materials.
[10] Malone, E., Lipson, H., 2007. Fab@ Home: the personal desktop fabricator kit. Mechanical and aerospace Engineering, Cornell University. Rapid Prototyping Journal, Emerald Group Publishing.
[11] Chua, C. K., 2020. Publication Trends in 3D Bioprinting and 3D Food Printing. International Journal of Bioprinting 6.
[12] Kumar, R., Kumar, R., 2020. 3D printing of food materials: A state of art review and future applications. Materials Today: Proceedings.
[13] Park, S. M., Kim, H. W., Park, H. J., 2020. Callus-based 3D printing for food exemplified with carrot tissues and its potential for innovative food production. Journal of Food Engineering 271: 109781.
[14] Yang, F., Zhang, M., Bhandari, B., 2017. Recent development in 3D food printing. Critical reviews in food science and nutrition 57: 3145-53.
[15] Uyar, R., Erdoğdu, F., 2009. Potential use of 3-dimensional scanners for food process modeling. Journal of Food Engineering 93: 337-43.
[16] Guo, C., Zhang, M., Bhandari, B., 2019. Model building and slicing in food 3D printing processes: a review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 18: 1052-69.
[17] Voon, S. L., An, J., Wong, G., Zhang, Y., Chua, C. K., 2019. 3D food printing: a categorised review of inks and their development. Virtual and Physical Prototyping 14: 203-18.
[18] Dankar, I., Haddarah, A., Omar, F. E. L., Sepulcre, F., Pujolà, M., 2018. 3D printing technology: The new era for food customization and elaboration. Trends in food science & technology 75: 231-42.
[19] Izdebska, J., Zolek-Tryznowska, Z., 2016. 3D food printing–facts and future. Agro FOOD Industry Hi Tech 27: 33-7.
[20] Nachal, N., Moses, J. A., Karthik, P., Anandharamakrishnan, C., 2019. Applications of 3D printing in food processing. Food Eng Rev 11: 123-41.
[21] Godoi, F. C., Prakash, S., Bhandari, B. R., 2016. 3d printing technologies applied for food design: Status and prospects. Journal of Food Engineering 179: 44-54.
[22] Sun, J., Peng, Z., Zhou, W., Fuh, J. Y. H., Hong, G. S., Chiu, A., 2015. A review on 3D printing for customized food fabrication. Procedia Manufacturing 1: 308-19.
[23] Liu, Z., Zhang, M., Bhandari, B., Wang, Y., 2017. 3D printing: Printing precision and application in food sector. Trends in Food Science & Technology 69: 83-94.
[24] Aydın, H. Y., Kılıç, A., Tekin, A. R., 2019. Geleneksel Türk gıdalarının 3B yazıcı ile yazdırılması. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry 3: 1-10.
[25] Değerli, C., El, S. N., 2017. Üç Boyutlu (3D) Yazıcı Teknolojisi ile Gıda Üretimine Genel Bakış. Türk Tarım-Gıda Bilim ve Teknoloji dergisi 5: 593-9.
[26] Mantihal, S., Kobun, R., Lee, B.-B., 2020. 3D food printing of as the new way of preparing food: A review. International Journal of Gastronomy and Food Science: 100260.
[27] Liu, Z., Zhang, M. 3D Food Printing Technologies and Factors Affecting Printing Precision.  Fundamentals of 3D Food Printing and Applications: Elsevier; 2019. p. 19-40.
[28] Severini, C., Derossi, A., 2016. Could the 3D printing technology be a useful strategy to obtain customized nutrition. Journal of clinical gastroenterology 50: S175-S8.
[29] Vithani, K., Goyanes, A., Jannin, V., Basit, A. W., Gaisford, S., Boyd, B. J., 2019. An overview of 3D printing technologies for soft materials and potential opportunities for lipid-based drug delivery systems. Pharm Res-Dordr 36: 4.
[30] Sun, J., Peng, Z., Yan, L., Fuh, J. Y. H., Hong, G. S., 2015. 3D food printing an innovative way of mass customization in food fabrication. International Journal of Bioprinting 1.
[31] Jia, F., Wang, X., Mustafee, N., Hao, L., 2016. Investigating the feasibility of supply chain-centric business models in 3D chocolate printing: A simulation study. Technological Forecasting and Social Change 102: 202-13.
[32] Lipton, J. I., 2017. Printable food: the technology and its application in human health. Current opinion in biotechnology 44: 198-201.
[33] Lupton, D., Turner, B., 2016. ‘Both fascinating and disturbing’: Consumer responses to 3D food printing and implications for food activism. Digital Food Activism, edited by Tanja Schneider, Karin Eli, Catherine Dolan and Stanley Ulijaszek, by Routledge, London, Forthcoming.