Impresión 3D de alimentos

A impresión 3D de alimentos consiste nun proceso robótico e controlado dixitalmente co que é posible construír produtos alimenticios capa por capa. Para levalo a cabo utilízase unha impresora 3D da que escollemos unha receita que estea dispoñible dentro do seu mecanismo informático ou creamos unha propia.
Esta tecnoloxía abriu unha nova etapa na industria alimentaria que posibilita novas posibilidades como o deseño de alimentos complexos para satisfacer as necesidades individuais de saúde e actividade física, comidas personalizadas e produción en masa. O seu crecemento foi posible grazas á demanda no deseño de alimentos e nutrición personalizada, á ampliación do material alimentario dispoñible e á simplificación da cadea de subministración e procesado á hora de sintetizar un prato. Historia e contexto
Os primeiros conceptos sobre a impresión de alimentos en 3D apareceron en 2001, onde Nanotek Instruments, Inc. patentou un prototipo para facer bolos ou formas decorativas personalizadas para superficies de bolos; con todo, non chegaron a bo porto. Máis tarde, en 2010, Philips Design propuxo crear produtos alimenticios personalizados onde o usuario puidese seleccionar ingredientes, cantidades, formas, texturas e outras propiedades. A partir diso, o Instituto Tecnolóxico de Massachusetts (MIT) introduciu o concepto de gastronomía dixital que permitiu xerar un gran énfase na investigación da impresión de alimentos en 3D mediante o desenvolvemento de numerosos artigos onde, na súa maioría, se centran na fabricación de alimentos personalizados.
Para realizar unha impresión 3D precisa e precisa, débense establecer e investigar 3 aspectos principais como as propiedades dos materiais empregados, os parámetros do proceso e os métodos de postprocesamento.
Actualmente hai 3 grandes retos na impresión 3D: 1) Impresión precisa, 2) Produtividade do proceso e 3) Produción de produtos coloridos e saborosos con diferentes estruturas. Tipo de impresión 3D
Existen dúas formas de abordar a impresión 3D de alimentos, dependendo da finalidade buscada polo usuario que requiren unha experiencia de usuario completamente diferente.
En primeiro lugar, atopamos o método de fabricación aditiva de capas (ALM), en inglés "Additive Layer Manufacturing", que ten como obxectivo automatizar todas as operacións manuais individuais nos fogares, a restauración e as industrias alimentarias de fabricación de alimentos que se deben realizar para facer un produto. Así, por exemplo, os robots poderían mesturar os diferentes ingredientes na orde correcta e colocar a masa resultante nunha bandexa para facer unhas galletas.
Este proceso ten algunhas limitacións, como a necesidade de equipos e materiais especiais, e ten pouca relevancia no control da nutrición e na fabricación personalizada. Non obstante, tamén presenta múltiples vantaxes como o procesado rápido, automatizado e reproducible á hora de elaborar un prato que se pode gardar e dixitalizar nun software informático para evitar erros do procesador, favorecendo así unha comida con moita calidade.
En segundo lugar, atopamos o método de alimentos fabricados por capas (FLM), en inglés "Food Layered Manufacture", que integra a parte puramente automatizada do método ALM con técnicas gastronómicas de creación propia. Deste xeito, os usuarios poden fabricar comestibles cunha cor, textura, forma, sabor e nutrientes personalizados. Polo tanto, pódese mellorar a súa eficiencia e calidade dos alimentos.
Trátase dunha aplicación innovadora que permite experimentar e innovar constantemente no que se refire ás receitas culinarias. Materiais para impresión 3D
Os materiais de impresión 3D de alimentos pódense clasificar en tres categorías: materiais orixinariamente imprimibles, materiais orixinariamente non imprimibles e ingredientes alternativos.
Material orixinalmente imprimible
Algúns materiais como o hidroxel, o xeado (frosting) de bolos, o queixo, o hummus e o chocolate, son imprimibles e adoitan manter a súa forma baixo a gravidade. Porén, ningún deles se serve como prato principal das comidas. Algúns destes materiais son bastante estables e conservan a súa forma despois da impresión e a deposición, pero outros requiren un proceso posterior á deposición (como a cocción), que adoita asociarse con estruturas difíciles de conservar.
Materiais tradicionalmente non imprimibles
Outros alimentos como froitas, verduras e carnes non se imprimen de forma nativa. Para poder imprimir este tipo de alimentos temos que facer importantes esforzos de reformulación, pero este tipo de retos xa se enfrontou a gastronomía molecular. Por exemplo, é cada vez máis típico neste campo que os sólidos (por exemplo, as carnes) sexan extruíbles engadindo hidrocoloides.
Despois do proceso de impresión, a maioría destes alimentos precisan de cocción posterior á deposición, como asar, cocer ao vapor ou fritir.
Ingredientes alternativos
Os ingredientes alternativos como os extraídos de algas, fungos, tremoceiros e insectos son unha novidade polo seu valor nutricional pola gran cantidade de proteínas e fibras.
A introdución destes ingredientes alternativos na impresión de alimentos axudaría a desenvolver produtos alimenticios máis saudables (por exemplo, con baixo contido en graxa). Sistemas operativos
O sistema operativo das impresoras 3D está coordinado por un sistema cartesiano de tres eixos XYZ, baseado nos mecanismos de distribución, sinterización, un software e sistema de control desde o que podemos controlar a fabricación dos alimentos en tempo real. Os principais sistemas operativos están listados a continuación.
Sistemas operativos universais
Consisten en sistemas de impresión de código aberto co obxectivo de reducir o custo desta práctica e poñer a disposición de calquera usuario a impresión 3D. Un exemplo pódese atopar na impresora Fab@Home, unha das primeiras impresoras abertas ao público, ou MultiFab.
O obxectivo principal destes sistemas é a creación de formas 3D rápidas e económicas que permitan o estudo das propiedades dos distintos materiais; feito que implica unha revolución da impresión 3D por parte do consumidor. Non obstante, a súa aplicación e resolución é xeralmente limitada e só se poden aplicar a unha gama específica de materiais.
Sistemas operativos propios
Refírese a sistemas de impresión específicos deseñados para satisfacer necesidades específicas dependendo do material empregado e do método de dispensación que se prevexa utilizar. Por iso, todos os esforzos céntranse en mellorar o material e as máquinas para ter unha mellor resolución na impresión e uns pratos mellor acabados.
Un exemplo pódese atopar na impresora Foodini patentada pola empresa Natural Machines. Hoxe en día, esta impresora pode elaborar un gran número de pratos, onde atopamos pasta (pizza, pan, galletas), carne (hamburguesas e nuggets) ou verduras (patacas e puré). Todo isto dándolle o aspecto que queremos.
Sistemas operativos futuros
A finalidade futura será substituír o conxunto de procesos necesarios para a produción dos alimentos actuais e conseguir o mesmo resultado nun só paso con estes sistemas de impresión 3D. Para acadar este obxectivo, débese reformular o deseño e a técnica de procesado, como por exemplo a fermentación previa ou a formación do glute. Técnicas de impresión
A construción de alimentos en 3D consiste no deseño dun software informático (plataforma de impresión) dende o que se escanea un obxecto. O obxecto 3D sintetízase entón a partir de capas finas de material.
Estas tecnoloxías non requiren moita enerxía pero que o material empregado teña a suficiente rixidez e resistencia para evitar a deformación. Por último, a calidade final do comestible depende basicamente da tecnoloxía empregada, que podemos clasificar nos 4 métodos que se atopan a continuación.
Sinterización selectiva con láser e sinterización por aire quente
Tanto a sinterización selectiva con láser (SLS) como a sinterización por aire quente (SHA), en inglés "Selective Laser Sintering/Hot Air Sintering", son dous procesos de sinterización que utilizan unha fonte (raio láser para SLS e aire quente para SHA) para fundir partículas de po de diferentes capas de material para crear unha estrutura sólida.
Durante este proceso, o po quéntase até o punto de rebrandecemento, que ten lugar por debaixo do punto de fusión do material, xa que evita posibles distorsións térmicas e facilita a fusión. Despois fusiónanse as partículas e sintetizase unha capa segundo os perfís informáticos seleccionados. Deste xeito, as capas posteriores seguen o mesmo proceso até que se produce o obxecto 3D. Este método é moi aplicable en estruturas internas complexas e superficies porosas. Non obstante, a velocidade de sinterización é limitada e os produtos poden presentar deformacións causadas polo quecemento térmico.
Modelaxe de deposición fundida
A modelaxe de deposición fundida (FDM), en inglés "Fused deposition modeling", baséase na extorsión dun material polimérico fundido que se extrae da boquilla dunha matriz de extrusión, ao que se lle dá unha forma definida e onde, posteriormente, o arrefriamento inmediato de prodúcense as diferentes capas impresas.
É un método moi utilizado porque ten moita variabilidade e os custos de produción son baixos. Ao mesmo tempo, proporciona produtos moi uniformes e resistentes mecanicamente. Non obstante, a alta temperatura para fundir o material pode degradar os compostos activos e a resolución depende do tamaño da 'boquilla' utilizada.
Este método úsase amplamente para crear produtos de chocolate personalizados, onde a empresa ChocALM creou a primeira impresora de chocolate 3D Choc Creator V2 do mundo.
Método de encadernación
A encadernación, en inglés "Binder jetting", é un tipo de tecnoloxía de fabricación de capas aditivas (ALM) de baixo custo coa capacidade de imprimir en cor. Esta é a característica que a diferencia doutras técnicas, xa que variando a composición dos materiais conséguense diferentes tonalidades. Aínda así, o material empregado é só en forma de po, feito que precisa dun proceso de cocción posterior para obter unha mellor resistencia mecánica.
Este proceso realízase unindo o material en po cunha inxección de tinta formando un líquido aglutinado onde se forma a estrutura 3D engadindo capas.
Aínda así, hai que destacar o baixo valor nutricional que aporta o tipo de alimento fabricado con esta tecnoloxía debido á gran cantidade de azucre engadido. Isto dá lugar a un aumento da probabilidade de provocar obesidade, diabetes tipo 2 e doenzas cardiovasculares, o que limita moito a súa comercialización.
Impresión inxección de tinta
A impresión inxección de tinta, en inglés 'Inkjet printing', é un método que consiste en deixar caer o líquido de unión baixo demanda. Noutras palabras, é depositado selectivamente nun leito de po onde se consegue o resultado desexado. Emprégase principalmente no campo da pastelería para facer galletas, bolos ou mesmo para a fabricación de bases de pizza. Aplicacións
En canto ás aplicacións deste tipo de alimentos, baséanse en dous aspectos concretos: a súa densidade de nutrientes e a mellora dos produtos tradicionais en canto a aspecto e textura. A modo de exemplo, podemos atopar diferentes áreas onde xa se está a utilizar ou que poden ser un gran potencial no futuro.
Comida militar ou espacial
Tanto o exército dos Estados Unidos como a NASA mostraron certo interese na aplicación da impresión 3D en alimentos xa que esta tecnoloxía permite a produción baixo demanda, o que permite almacenar o material de forma sen procesar, facendo que este permaneza estable durante máis tempo.
Destaca o descenso nutricional das comidas preparadas actuais en misións de longa duración. É outro dos motivos polos que apostan por esta nova técnica de produción, onde poden personalizar os nutrientes dos alimentos segundo as necesidades persoais e enerxéticas para unha boa produtividade da tripulación nun ambiente de alto rendemento e estresante.
Comida para persoas maiores
As persoas de idade avanzada poden ter dificultades para mastigar e tragar alimentos, o que fai que teñan deficiencias nutricionais ao acabar perdendo o apetito. Co uso da impresión de alimentos en 3D pódese acadar unha textura suave axudando a comer con este tipo de problemas físicos.
Tamén cabe destacar a posibilidade de personalizar o alimento en función das necesidades nutricionais e enerxéticas de cada persoa, considerando a súa composición (tendo en conta calorías, micronutrientes e macronutrientes).
Mercado doce
Os doces son consumidos por unha gran poboación en todo o mundo. É por iso que moitas empresas e centros de investigación se centran na produción deste tipo de alimentos.
Actualmente xa hai empresas que producen chocolate como ChocCreator que foi deseñado por científicos da Universidade de Exeter.
Futuro utensilio de cociña
Esta técnica non só se está estudando para implantala a nivel industrial e como un feito extraordinario, senón que no futuro prevese contar cunha impresora 3D de alimentos como utensilio de cociña, tanto para particulares como para restaurantes. Espérase que o tamaño sexa como o dun microondas para poder compactalo no mobiliario dun espazo reducido.
Cómpre sinalar que haberá que configurar un sistema operativo apto para todo tipo de usuarios, é dicir, sen necesidade de ter un alto nivel de coñecemento sobre este tipo de ferramentas. Mesmo se valorou o feito de controlar a calibración dos ingredientes a través dunha aplicación para iOS.
Ámbito farmacéutico
Aínda que nos últimos anos a impresión 3D de alimentos tivo un gran incremento, cómpre sinalar que no ámbito da impresión 3D tamén se realizaron moitos esforzos para aplicar o método de Fabricación Aditiva (AM) no ámbito farmacéutico. Os avances culminaron coa aprobación da FDA ( Food and Drug Administration) do primeiro comprimido bucodispersable AM SPRITAM® (levetiracetam). Coa introdución desta tecnoloxía, perséguense 3 obxectivos: Fabricar xeometrías complexas para dar aos produtos farmacéuticos as súas múltiples funcións así como unha cinética de dosificación adecuada.
Ofrecer un servizo persoal grazas á capacidade de dosificación personalizada ou á posibilidade de imprimir implantes que eliminan fármacos.
Un prototipado rápido para personalizar a farmacoterapia do paciente na farmacia, onde os farmacéuticos fabrican in situ os comprimidos personalizados e llos entregan aos pacientes. Por outra banda, o método AM no ámbito farmacéutico tamén se viu potenciado grazas á rendibilidade do método (produción a baixo custo de pequenas cantidades de produtos personalizados).