안녕하세요. 신도리코 3D 프린팅 솔루션 코너입니다. 오늘 만나볼 3D 프린팅 솔루션이 적용된 분야는 먹거리 즉, 식품 업계입니다. 우리가 먹는 음식도 3D 프린팅 기술을 통해 똑 같이 찍어낼 수 있다면 믿어지시나요? 오늘은 3D 푸드 프린팅의 개념과 기술 발전 현황 등에 대해 소개해 드리겠습니다.

 

먹는 음식을 프린팅하고자 하는 시도는 사실 오래전부터 시작됐습니다. 2차원 평면에 식용색소를 이용해 이미지를 프린트하는 방법부터 더 나아가 원하는 모양대로 음식 이미지를 프린트해 2.5차원의 푸드 프린팅을 하는 등 점점 입체화 하고자 하는 노력을 계속해 왔습니다.

 

3D 푸드 프린터의 개발과 현황

 

▲3D 푸드 프린터 Bocusini (출처: 네이버 지식백과)

 

▲2D 이미지를 프린트한 포토 케이크 (출처: 코피 베이크)

 

그런 노력의 일환으로 2011년 영국 엑스터 대학(Exeter University) 연구진들이 초콜릿을 재료로 하는 3D 프린터를 개발해냈는데요. 개발자인 리차드 에버슨 교수와 리양 하오 박사에 따르면 초콜릿은 형태 변형이 가능하면서도 재료를 비교적 손쉽게 구할 수 있고 결과물을 다시 바꾸고 싶을 때 얼마든지 재활용하여 만들 수 있다는 큰 장점으로 선택했다고 하네요. 이 초콜릿 3D 프린터기는 컴퓨터에서 전용 프로그램을 사용해 디자인된 3차원 설계에 따라 초콜릿을 녹이고 짜내서 얇은 층을 쌓아가는 방식으로 프린트되었다고 합니다. 이후에도 세계 각국 연구기관과 IT기업, 식품회사들이 3D 푸드 프린터를 개발하는 시도를 해 오고 있습니다.

 

가장 흔히 쓰이는 3D 푸드 프린팅 기술은 ‘압출 적층 조형(Fused Deposition Modeling, FDM)’ 방식입니다. 압출기가 노즐을 통해 원료를 밀어내며 얇게 그리고 층층이 쌓아 올리는 방식인데요. 원료가 나오는 노즐과 원료가 쌓이는 플랫폼이 함께 움직이며 3D 모양이 형성되는데 초콜릿이나 크림, 반죽 등 먹을 수 있는 식재료를 원료로 사용한다는 것이 일반 3D 프린터와의 차이라고 할 수 있습니다.

 

그 외에도 ‘선택적 레이저 소결 조형(Selective Laser Sintering, SLS)’ 방식으로도 사용되는데, 고운가루 형태의 원료를 얇게 뿌린 다음, 형상을 만들 지점을 레이저로 소결시키는 방식을 말합니다. 즉 레이저가 닿는 부분에 열이 가해지고 그 가루가 점차 구워지면서 결합되는 방식입니다. 이 밖에도 SLS 방식과 유사하지만 레이저가 아닌 바인더라고 불리는 접착제와 컬러잉크를 설계대로 뿌려 쌓아 올리는 방식의 ‘파우더 베드 프린팅(Powder Bed and inkjet head 3D Printing, PBP)’, ‘광경화성물질 적층 조형(Stereolithography Apparatus, SLA)’ 방식 등도 있습니다. SLA방식은 액체 원료에 레이저를 분사해 만들고자 하는 형상대로 고체화하는 방식입니다.

 

각각의 프린트 방식의 장단점에 따라 맞춰서 활용하고 있는 편입니다. 설탕처럼 가루로 만드는 음식에는 PBP 또는 SLS 방식을 사용하고 퓨레나 페이스트, 반죽 등의 점성이 있는 물질을 원료로 할 때는 FDM 방식을 사용한다고 합니다.

 

▲2011년 영국 엑스터 대학에서 개발한 초콜릿 3D 프린터 (출처: 구글)

 

이후 네덜란드 응용과학연구소(TNO)는 3D 푸드 프린팅 프로젝트 ‘스파이스 바이트(Spice bites)’를 진행했는데요. 이는 밀가루, 설탕, 지방으로 이루어진 파우더에 각각 카레, 계피, 파프리카, 생강을 첨가해 정육면체, 정사면체, 원기둥, 오각기둥 모양의 과자를 만드는 프로젝트로 SLS방식을 사용한 조형 방식을 선보였습니다.

 

또 미국의 3D 시스템즈(3D Systems)는 설탕을 정교한 모양의 사탕으로 만들어내는 ‘셰프젯(Chefjet)’ 프린터를 개발했습니다. 어떤 모양이든 설계된 대로 프린트하며 고급형의 경우 색상도 다양하게 입힐 수 있습니다. 이 밖에도 초콜릿으로 잘 알려진 허쉬와도 협력해 ‘코코젯(Cocojet)’이라는 초콜릿 3D 프린터도 개발하기도 했는데, 다크, 화이트, 밀크 초콜릿 중 원하는 맛도 선택 가능하다고 하죠.

 

이처럼 3D 푸드 프린팅 기술이 점점 발전할수록 모양과 맛 등만 그대로 재현해 내는 것뿐만 아니라 원래의 음식 자체 보다도 더 뛰어난 품질과 맛을 구현한 사례들이 등장하고 있습니다.

 

스페인에서 만들어진 3D 푸드 프린터 ‘푸디니(Foodini)’는 음식물을 인쇄하는 데 어떤 재료가 사용되는지 정확히 알 수 있게 해줍니다. 보통의 3D 푸드 프린터는 음식의 재료가 프린터 안에 장착되지만, 푸디니는 음식의 재료를 프린터 안의 캡슐에 채워 넣는 방식입니다. 따라서 사용자가 원하는 재료나 영양을 고려해 자유롭게 반죽을 선택할 수 있다는 장점이 있는 반면 반죽을 직접 만들고 프린트된 재료를 다시 조리해야 한다는 단점도 있습니다. 버터 몰드의 경우 3D CAD로 모델링 한 데이터를 3D 프린터에서 조형한 다음 식품 제조에 사용 가능한 실리콘을 이용해 틀을 제작하는 방식입니다. 기본적인 모양이나 디자인 외에도 사용자가 직접 제작하거나 개발한 이미지를 업로드해 인쇄할 수도 있습니다. 푸디니는 현재 미슐랭 스타급 요리사들이 실제 사용하고 있다고 합니다.

 

▲스페인 내추럴 머신 社에서 개발한 3D 푸드 프린터 ‘푸디니’. (출처: 구글)

 

국내에서도 3D 푸드 프린팅 기술 연구가 활발한데요. 2019년 10월 개최한 <식량작물을 활용한 3D 식품 프린팅 국제 심포지엄>에서는 3D 식품 프린팅 기술에 식량 작물을 접목하기 위한 국내외 기술을 공유한 바 있습니다. 또한 이화여대 기술지주 자회사인 슈팹에서 대체육 식감 개선과 3D 프린팅으로 만든 제품 상용화를 목표로 연구 중입니다.

 

3D 푸드 프린팅 기술이 앞으로 나아갈 방향

 

앞으로 주목받게 될 3D 푸드 프린터 기술은 육류 개발인데요. 비건(Vegan) 시장이 점차 커짐에 따라 동물을 도살하지 않고 식물성 고기를 만드는 ‘윤리적 음식’을 구현하기 위해 많은 글로벌 기업들이 연구에 매진하고 있습니다. 실제 2018년에서 2023년까지 제품 유형별 시장 연평균 증감률은 육류(49.5%), 과자류(48.1%), 반죽 류(46.1%), 유제품(43.0%), 과일 및 채소류(42.5%), 기타(40.8%)순으로 높은 것을 알 수 있습니다.

 

이스라엘 스타트업 리디파인미트는 2021년부터 육류 유통업체에 식물성 스테이크를 만드는 3D 푸드 프린터를 제공할 계획입니다.

 

▲식물 기반 3D프린팅 대체육 스테이크 요리. (출처=리디파인미트)

 

또한 버려지는 많은 양의 음식 쓰레기 처리에도 3D 푸드 프린터 기술이 이용될 수도 있습니다. 네덜란드 스타트업 업프린팅 푸드를 설립한 반 둘웨어드 대표는 전 세계에서 완성된 음식의 3분의 1이 버려진다는 것을 깨닫고 사업을 시작했다고 합니다. 베이징의 한 3D 프린터 회사가 이 과정에서 기술 협업을 했다고 합니다.

 

이 밖에 3D 푸드 프린터 기술은 노인 친화형 음식을 개발하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 독일 바이오준은 3D 프린터로 인쇄한 음식 ‘스무스푸즈’를 독일 내 1,000개의 양로원에 제공하고 있는데 각종 영양소가 담긴 채소, 찜 음식을 잘게 썰어 합치는 방식으로 제조하고 있습니다. 유럽연합(EU)기구로부터 300만유로(한화로 약 43억원)의 지원금을 받아 진행된 ‘노년층을 위한 개인 영양식’ 프로젝트의 결과물이라고 합니다.

 

이처럼 3D 프린터로 찍어낸 음식들을 하루 빨리 상용화해 선보이기 위해 많은 노력을 기울이고 있음을 알 수 있는데요. 제조 속도를 높이고, 전력 소비량과 가격대를 낮춤으로써 상용화할 수 있는 기술 개발이 좀 더 필요한 상황입니다.

 

 

오늘은 식품업계에서 활약하고 있는 3D 푸드 프린팅 기술과 그 현황, 앞으로의 전망에 대해 알아봤는데요. 매년마다 빠르게 성장하고 있는 3D 프린트 시장인 만큼 하루 빨리 3D 푸드 프린팅이 상용화되어 만나볼 수 있으면 좋겠습니다! 그럼 다음에도 흥미진진한 주제의 3D 프린팅 솔루션으로 찾아 뵙겠습니다.

 

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