LA IMPRESIÓN 3D EN ALIMENTOS, ALGUNOS EJEMPLOS

Alberto M. Berga Monge
Dr. Veterinario. Director AMB Consultans
(a.berga.amb@gmail.com)

La impresión 3D constituye una tecnología innovadora para el diseño y procesado de alimentos que abre nuevas posibilidades para una alimentación personalizada, así como la creación rápida de prototipos para el desarrollo de nuevos alimentos.
Entre las distintas técnicas de impresión, la de mayor aplicación y estudio actual es la impresión por extrusión, especialmente el de tecnología basada en la jeringa ya que permite imprimir una amplia variedad de materiales alimentarios de alta viscosidad y resistencia mecánica.
La tecnología aditiva aplicada a alimentos se ha desarrollado de una forma importante en la última década. Las tecnologías aplicadas se diferencian en base a que los materiales a imprimir sean ricos en proteínas, grasas o carbohidratos, aunque estos últimos han sido los más estudiados. Se detallan, a partir de la bibliografía existente, algunos de los productos desarrollados.

IMPRESIÓN DE LECHE EN POLVO DESNATADA Y SEMIDESNATADA
Lille et als (2018) analizaron la leche en polvo como fuente potencial de proteína en estructuras impresas en 3D. Se evaluó, en concreto, el efecto del contenido en leche en polvo aplicado a la calidad del producto impreso, comparando la leche desnatada con la semidesnatada.
Se obtuvo como conclusión que la leche en polvo desnatada al 50% dio lugar a una pasta de alta viscosidad, la cual fue difícil de imprimir debido a su carácter pegajoso con lo que había una deposición desigual del material, el incremento de la concentración al 60% aumentó tanto la viscosidad de la pasta que fue imposible imprimirla incluso triplicando el diámetro de la punta. Un resultado importante fue la gran calidad de impresión de la leche en polvo semidesnatada a una concentración del 60%.
Se comprobó que el contenido de proteína de las pastas elaboradas con leches desnatada y semidesnatada era comparable, mientras que el contenido en grasa fue claramente diferente. Se concluyó que el mayor contenido graso de la leche en polvo semidesnatada podría haber actuado como un plastificante de la pasta incrementando su fluidez (Fu et al, 1997). Se concluyó, igualmente, una diferencia del contenido en carbohidratos entre las dos pastas de leche en polvo, lo que pudo haber influido en el comportamiento del flujo de materiales. El carbohidrato mayoritario en la leche en polvo desnatada fue la lactosa mientras que en la semidesnatada fueron productos de hidrolisis de la lactosa.

IMPRESIÓN DE PURE DE PAVO Y VIEIRAS CON TRANSGLUTAMINASA.
LIPTON, et al (2010) estudiaron la capacidad de impresión de purés elaborados a parir de carne de pavo y vieiras, con la adición de transglutaminasa, para evaluar su capacidad de ser sometidas a procesos de postprocesado como el asado en vacío o fritura.
En el caso de la impresión a base de carne de pavo con transglutaminasa adicionada como aglutinante, el producto se imprimió de una forma satisfactoria en forma de hemisferio truncado. Posteriormente, este se sometió a una cocción al vacío, lo cual provocó que la estructura se contrajera hacia adentro, haciendo que el objeto fuera más pequeño y el centro se inclinase hacia arriba. Sin embargo, se confirmó mediante cata y análisis sensorial que el sabor y la textura del producto eran adecuadas.
En el caso de la estructura 3D a base de vieira, se evaluó la calidad del producto impreso en dos geometrías: en forma de L truncada y de transbordador espacial, antes y después de freírse. Estas formas demostraron la capacidad de los materiales para retener curvas, bordes y superficies verticales durante y después de la fritura. Solo las secciones delgadas de las alas del transbordador se deformaron en la fritura profunda.

IMPRESIÓN DE GEL DE SURIMI DE PESCADO CON CLORURO SÓDICO.
Wang et al (2018) prepararon geles hechos de surimi de pescado (filete de carpa picado), como fuente alta en proteínas, y estudiaron la posibilidad de impresión 3D con la adición de diferentes concentraciones (0; 0,5; 1; 1,5) de cloruro sódico. Se investigó, por parte de los autores el efecto del ClNa sobre las propiedades reológicas, la resistencia del gel, la capacidad de retención del agua, la distribución del agua y la microestructura del gel de surimi. Se concluyó que la adición de ClNa al 1,5% fue la concentración óptima para obtener las propiedades mecánicas más adecuadas en el proceso de impresión 3D.

IMPRESIÓN DE QUESOS.
Camille et al (2017) estudiaron el efecto de la impresión 3D en la calidad del queso procesado. Los resultados demostraron que el queso impreso era significativamente menos duro, hasta en un 49%, y presentaba mayores grados de fusión (21%) en comparación con las muestras de queso no impresas en 3D.
Le Tohic et al (2018) demostraron que los niveles de calcio y pH afectan tanto a la temperatura de transición como a la velocidad del corte. Además se encontró que la fusión y el corte en el proceso de impresión afectan a la textura del queso, y la muestra impresa es significativamente más suave que su original debido a la afectación de los glóbulos de grasa.

IMPRESIÓN DE CHOCOLATE.
El chocolate fue uno de los primeros materiales utilizados en la impresión 3D en 2007. La comprensión de la cristalización de las grasas es crucial en la impresión 3D del chocolate, ya que la manteca de cacao es el ingrediente principal responsable del comportamiento estructural en el chocolate. Los triglicéridos en la manteca de cacao pueden cristalizar en seis formas diferentes con puntos de fusión crecientes que afectan a las características del producto final.
Hao et al (2010) estudiaron la relación entre los parámetros del proceso de fabricación de capas aditivas y el chocolate resultante. Compararon la estructura física del chocolate templado en el laboratorio (incorporando trozos de chocolate a una masa ya derretida, haciendo que la temperatura del chocolate descienda de manera natural creando una cristalización armoniosa) con chocolate templado comercialmente usando calorimetría diferencial de barrido (DSC). Esta técnica mide la diferencia de calor entre la muestra y una de referencia, donde ambas tienen aproximadamente la misma temperatura durante el experimento.
Los termogramas DSC de ambos tipos de chocolate mostraron picos de fusión en el mismo rango de temperatura (26-36ºC), y se formó la misma base cristalina (cristales V), concluyendo que el templado de semillas es un proceso deseable para ser aplicado sobre el chocolate.

También utilizaron un reómetro de placa para probar la viscosidad del chocolate antes de imprimirlo. Se encontró que el chocolate se comportó con una viscosidad relativamente constante entre 32 – 42ºC con un rango de 3,7 – 7 Pa/s. Se determinó que el tamaño ideal de la boquilla y la distancia entre la boquilla y el lecho de impresión eran de 1,25 y 2,9 mm, respectivamente.

IMPRESIÓN DE ALMIDÓN PREGELATINIZADO.
El almidón ha sido evaluado como fuente de carbohidratos en pruebas de impresión 3D, así como su funcionalidad como agente espesante o gelificante (Lille et al,2018). En este estudio se recomendó la aplicación de almidón pregelatinizado (hinchado en frio), ya que este tipo presenta una buena estabilidad al corte y un límite elástico adecuado que ayuda a mantener la forma del producto impreso después de la deposición. El almidón también muestra un comportamiento reológico que facilita la extrusión del material a través de la punta de la jeringa.
El almidón pregelatinizado dio lugar a una pasta adecuada para la impresión 3D a una concentración del 15%, el material durante e inmediatamente después de la impresión 3D fue fácil de imprimir pero el material no mantuvo completamente su forma después de la impresión, lo cual obstaculizó la precisión del patrón impreso.

IMPRESIÓN DE PURÉ DE PATARTAS CON ADITIVOS.
El uso de hidrocoloides y otros aditivos es común durante el procesado de alimentos ricos en carbohidratos para lograr las propiedades deseadas en productos alimenticios finales.
Dankar et al (2018) estudiaron el efecto de cuatro aditivos diferentes (agar, alginato, glicerol y lecitina) sobre las propiedades reológicas del puré de patata y los resultados se interpretaron en términos de cambios microestructurales del almidón. Cada uno de los aditivos se estudió en dos concentraciones diferentes (0,5% y 1%). El comportamiento reológico del almidón en combinación con los diferentes aditivos se analizó utilizando datos de viscosidad.
Las curvas de flujo de puré de patata sin aditivo y con este en distintas concentraciones (0,5% y 1%) mostraron una disminución exponencial de la viscosidad del puré de patatas con el incremento de la concentración de glicerol y lecitina, indicando un fuerte comportamiento no-newtoniano. Por otro lado, un aumento en la concentración de alginato condujo a un incremento en la viscosidad del puré de patata. Se concluyó que el menor peso molecular de la lecitina y el glicerol en comparación con el alginato permite que los primeros penetren fácilmente en los gránulos de almidón y rompan los enlaces de hidrógeno formando complejos más débiles (Hasenhuetti y Hartel, 2008).

BIBLIOGRAFIA.
CAMILLE,L.T. et als (2017).- Effect of 3D printing on the structure and textural properties of processed cheese. J. of Food Engineerin. 2017; 220: 56-64.
FU, J. et als (1997).- Effect od adde fat on the reological properties of wheat flour doughs. Cereal Chem. 1997, 74(3):304-313
HASSENHUETTI,G-,HARTEL,R.(2008).- Food emulsifiers and their applications. 2ºEd. Springer. New York. 2008

HAO,L. et als. (2010).- Material characterisation and process development for chocolate additive layer manufacturing. Virtual and Physical Prototyping, 2010. 5:57-64.
LE TOHIC,C. el als. (2018).- Effect of the 3D printing on the structure and textural properties of processed cheese. J. of Engineering, 2018. 220.
LILLE, M. et als (2018).- Applicability of protein and fiber rich food materials in extrusión-based 3D printing. J. Food Engineering. 201. 220:20 – 27.
LIPTON, J. et als (2010).- Multimaterial food printing with complex internal structure suitable for conventional post-processing. 21sr An.Int. solid freeform, an additive manufacturing conference.2010. 809-815.
PERIAD, D. et als. (2007).- 18th solid freeform fabrication symposium. Austin TX Printig food 2007.
WANG,L. et als (2018).- Investigation on fish surimi gel as promising food material for 3D oprinting. J. Food Engineering 2018. 220:101-108.