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Medição de textura de alimentos impressos em 3D

Publicado em: 14/02/2022 Autor/fonte: Extralab
Medição de textura de alimentos impressos em 3D

Há uma nova fronteira na impressão 3D que está apenas começando a entrar em foco: comida. Inovações recentes possibilitaram máquinas que imprimem, cozinham e servem alimentos em grande escala. A crescente conscientização das pessoas sobre os alimentos que consomem e a busca por novas experiências sensoriais personalizadas estão impulsionando o desenvolvimento de novas tecnologias que possam satisfazer esses novos padrões de consumidores. A impressão 3D teve um grande impacto em muitos setores, mas sua entrada na indústria alimentícia não foi uma jornada simples. No entanto, os benefícios potenciais da incorporação da impressão 3D na fabricação de alimentos são significativos e superam em muito os problemas iniciais. As impressoras de alimentos 3D podem:

Melhorar o valor nutricional das refeições – um produto alimentar ou uma refeição completa pode ter seus ingredientes adaptados para atender às necessidades ou exigências dietéticas de um paciente no hospital ou em uma casa de repouso, levando a uma dieta mais fortificada ou melhor recuperação. A impressão 3D também tem o potencial de facilitar a vida das pessoas que usam rastreadores de saúde. Existe a possibilidade de que, no futuro, o rastreador de fitness do usuário possa enviar dados para a impressora 3D, que produzirá uma refeição perfeitamente adaptada às necessidades dessa pessoa. Essa 'personalização' tem sido apontada como a força motriz para romper com as formas tradicionais de produzir e entregar alimentos e encantar uma variedade de clientes.

Produza esculturas intrincadas e imaginativas com alimentos do dia a dia, dando liberdade a chefs e fabricantes. Isso possibilitaria a criação de produtos alimentícios com características específicas de design, sabores e cores, estruturas geométricas e experiências texturais para o consumidor. Isso inclui adaptar a comida a eventos especiais ou incorporar nomes ou imagens dos clientes e, assim, permitir uma aparência personalizável.

Reduzir o desperdício de alimentos – consumir alimentos que de outra forma seriam jogados fora. Esses alimentos podem não ser atraentes o suficiente para venda, como as sobras feias do processo de produção. No entanto, pode ser moldado em uma forma mais apetitosa com a ajuda da impressão 3D. Os produtos alimentícios podem ser impressos sob demanda, de modo que os produtos perecíveis podem ser fabricados conforme e quando necessário. A tecnologia é empolgante e abre as portas para um futuro sustentável.

Reduza os custos de mão de obra e economize tempo, pois não há necessidade de operação manual após o início da impressão.

Resolva a fome em regiões do mundo que não têm acesso a ingredientes frescos e acessíveis.

 

Como os alimentos são impressos em 3D

 

Extrusão, sinterização seletiva a laser e jateamento de ligante e impressão a jato de tinta são os três principais processos usados ??na impressão 3D para alimentos, embora existam várias estratégias para alcançar o resultado desejado nessas três técnicas. A extrusão é um conceito simples, com um bico empurrando uma camada de comida de maneira semelhante à que uma impressora 3D pode extrudar plástico para fazer uma peça de máquina. A extrusão a quente emprega material alimentício que foi aquecido logo acima de seu ponto de fusão, depois extrudado e solidificado. O chocolate é frequentemente impresso usando este método devido à sua capacidade de solidificar rapidamente após ser aquecido.

Sinterização seletiva a laser é o termo técnico para alimentos em pó sendo aquecidos e depois forçados a se unir para formar uma estrutura sólida. Como requer o uso de substâncias em pó, normalmente é empregado para fazer doces ou balas. A impressão a jato de tinta depende da gravidade para imprimir, com 'tinta de comida' comestível sendo depositada em uma superfície, geralmente a de outro alimento.

 

Pioneiros em alimentos impressos em 3D

 

Algumas corporações já utilizam essa tecnologia na fabricação de seus produtos, como Hershey's (chocolates), Barilla (macarrão de massa), Ruffles (batata chips), Oreo (cookies) e Mazola (frutas e legumes). Na produção de produtos à base de carne, Aleph Farms e Meatech usam impressão 3D na produção de carne cultivada em laboratório.

Para os consumidores que evitam a carne por motivos de bem-estar animal ou preocupação ambiental, existem empresas como Redefine Meat e Novameat que estão pesquisando carnes que tiveram toda a sua estrutura impressa em 3D a partir de materiais à base de plantas. Uma desvantagem comum dos substitutos de carne à base de plantas é que sua textura não é próxima o suficiente da coisa real. No entanto, a impressão 3D permite que a estrutura seja perfeitamente adaptada, ajustando-a para corresponder à sensação na boca e aos parâmetros de textura de um pedaço de carne real. Você pode imprimir camadas com tecnologia de impressão 3D, e cada camada pode fornecer algo diferente - como 'gordura alternativa' ou 'músculo alternativo' - para que, ao morder um bife vegano, você obtenha textura em uma área, o sabor e a sensação de gordura em outro, e o sabor de carne macia em outro ainda.

 

Problemas de textura associados a alimentos impressos em 3D

 

Não há dúvida sobre isso – a impressão 3D de alimentos percorreu um longo caminho. O primeiro desafio a vencer é a gama de produtos alimentares que até agora eram imprimíveis. Além disso, as propriedades dos produtos impressos em 3D acabados exigem uma grande quantidade de pesquisa (textura e reologia, bem como cores e aparência geral) e desenvolvimento junto com as condições de impressão para alcançá-las (como temperatura, velocidades e matérias-primas).

Além do sabor e da aparência, um dos principais fatores de aceitação do consumidor é a textura e a sensação na boca do alimento. Enquanto o sabor e a aparência são os fatores que mais chamam a atenção durante a produção dos alimentos e a compra do consumidor, a textura é crucial nas preferências alimentares e pode fazer a diferença na hora da compra.

A Análise de Textura é o primeiro passo na Pesquisa e Desenvolvimento de produtos alimentícios impressos em 3D, quando a textura pode ser imprevisível e deve ser medida após cada iteração de modificações de ingredientes ou processos.

 

Como a análise de textura pode ajudar no desenvolvimento de alimentos impressos em 3D

 

Um Analisador de Textura é uma ferramenta muito útil para a pesquisa e desenvolvimento associados à impressão 3D. Usando aplicações em alimentos como exemplo, ingredientes alternativos são frequentemente incorporados em produtos alimentícios por meio de impressão 3D para melhorar o perfil nutricional desse alimento. Um estudo seria realizado para avaliar a quantidade do ingrediente alternativo que pode ser adicionado antes que a textura do alimento original seja alterada significativamente. A análise de textura é então realizada em amostras com porcentagens variadas de aditivos e níveis de aceitabilidade usados ??para determinar o retorno ideal entre alto teor nutricional e boas propriedades de textura.

A Stable Micro Systems fabrica instrumentos que medem as propriedades de tração e compressão de matérias-primas, materiais individuais e produtos acabados. É importante medir as propriedades de textura dos alimentos para garantir que correspondam às expectativas do consumidor. Como em qualquer inovação de fabricação, o produto final deve passar por um processo de controle de qualidade para avaliar suas propriedades mecânicas (e sensoriais). Um analisador de textura é uma parte crucial deste procedimento, oferecendo uma maneira confiável de testar produtos aplicando uma escolha de testes de compressão, tensão, extrusão, adesão, flexão ou corte para medir suas propriedades físicas ou texturais, por exemplo, firmeza, aderência, crocância e extensibilidade , para citar apenas alguns exemplos.

 

Uma variedade de analisadores de textura está disponível variando em capacidade de força máxima e opções de altura adequadas aos requisitos da aplicação.

Uma vasta gama de sondas e acessórios pode ser anexada aos instrumentos dependendo do produto/material a ser testado.

Para mais informações sobre Analisadores de Textura ou sobre os dispositivos aqui abordados, entre em contato com os engenheiros da Extralab Brasil por e-mail: contato@extralab.com.br ou telefone: 11 4524 2414.

Como a textura de materiais alimentícios de impressão 3D pode ser medida

Compressão e Extrusão

Os materiais alimentícios para impressão devem ter propriedades reológicas adequadas que possam ser facilmente extrudadas e manter sua forma. No entanto, existem muito poucos alimentos que atendem a essa condição e ainda é um desafio processar muitos materiais alimentares para ser aplicável a esse método. Quaisquer materiais propostos para impressão 3D exigirão testes de 'impressão' para garantir que possuam as propriedades ou consistência reológicas corretas. As formulações precisarão ser avaliadas quanto à sua extrudabilidade e os produtos impressos resultantes medidos por meio de um teste de compressão para garantir que a textura corresponda às expectativas do cliente.

 

Aqui estão exemplos específicos de pesquisa de onde a análise de textura foi aplicada dessa maneira:

Impressão 3D de géis à base de gomas xantana/konjac

Capacidade de impressão e propriedades físico-químicas de lanches impressos em 3D enriquecidos com microalgas

Formas personalizadas para produtos à base de carne de frango: estudo de viabilidade em nuggets impressos em 3D

Estudo de viabilidade de carne suína impressa em 3D incorporada em hidrocolóide como alimento para disfagia

Fratura e flexão

A Análise de Textura envolvida em um estudo de impressão 3D de alimentos não é diferente da Análise de Textura de alimentos comum. Produtos impressos, como chocolate, podem precisar ser testados de maneira semelhante à avaliação do consumidor. O método utilizado é simplesmente adequado ao alimento em questão, talvez com destaque para uma propriedade que pode variar mais com o processo de impressão 3D. Por exemplo, biscoitos impressos em 3D são frequentemente usados ??como um alimento inovador, pois é muito simples alterar sua cor ou design. No entanto, para mostrar a capacidade do processo de impressão 3D, desenhos ornamentados, rendados e abertos são frequentemente usados. Estes não são particularmente fortes e podem quebrar durante o armazenamento ou transporte. Para avaliar sua resistência, é usado um teste padrão de dobra de biscoito, usando um analisador de textura TA.XT plus e umEquipamento de curvatura de três pontos . A resistência à fratura de vários projetos pode ser avaliada dessa maneira.

 

Corte

Como um alimento impresso é mordido é outro parâmetro de interesse. Materiais de impressão variados e a estrutura interna de preenchimento podem afetar a 'dureza' do produto final. Muitos alimentos são inseridos entre os incisivos superiores e inferiores e mordidos. A força necessária para fazer isso dá ao consumidor uma indicação de sua dureza ou 'força de mordida'. Este tipo de teste pode ser facilmente imitado usando um Analisador de Textura com uma lâmina de faca acoplada.

 

Como um analisador de textura pode avaliar a fluidez do pó da base da impressora 3D

 

A análise de textura também pode ser usada em outras etapas do processo de impressão 3D, não apenas para a medição das propriedades do produto final. Por exemplo, as propriedades do pó base usado na Sinterização Seletiva a Laser afetam o processo de sinterização, bem como as propriedades do produto final. O fluxo de pó é uma dessas propriedades. À medida que cada nova camada de pó é varrida sobre o leito de sinterização, a camada deve ser uniforme e com a espessura e distribuição corretas. Um analisador de fluxo de pó (PFA) é um complemento muito útil para um analisador de textura Plus Connect para ajudar a medir essas propriedades de fluxo.

O PFA prova ser um método preciso e confiável de medir as características de fluxo de pós secos e úmidos, com capacidade de medir coesão, aglomeração e dependência de velocidade de fluxo, bem como densidade aparente e outras propriedades.

 

Análise de textura e seu papel na NASA

 

Agora que a tecnologia de impressão 3D se tornou mais vital e relevante do que nunca, a Silicon Valley BeeHex aproveitou essa tecnologia (financiada por uma doação da NASA) para imprimir pizza em 3D. O objetivo desta invenção era criar uma maneira para os astronautas selecionarem e produzirem comida deliciosa para si mesmos em missões. À medida que a missão tripulada a Marte se torna uma possibilidade cada vez maior, os astronautas podem passar muito mais tempo no espaço. Para salvar os viajantes do espaço do trabalho penoso de engolir “comida espacial” pré-embalada e liofilizada dia após dia, mês após mês, a NASA decidiu que era hora de desenvolver uma maneira de cozinhar no espaço. Como de costume, eles precisarão garantir que todos os aspectos-chave da satisfação do consumidor do alimento impresso resultante estejam em vigor e é aí que entra um Analisador de Textura!

Mais exemplos de como a análise de textura está sendo aplicada na pesquisa de alimentos impressa em 3D

A impressão 3D também tem a capacidade de usar fontes alternativas de proteína, como insetos. Há uma relutância em comer insetos no Ocidente, o que é lamentável, pois eles contêm uma excelente fonte de proteína e são mais ecológicos do que a carne, produzindo menos metano e consumindo menos água. A impressão 3D permite que a proteína do inseto seja reformada em uma forma mais atraente.

Outro ramo da pesquisa de impressão de alimentos 3D envolve a investigação das condições de impressão. A textura do produto alimentício acabado depende fortemente de vários parâmetros, por exemplo, velocidade de impressão e diâmetro do bocal, envolvidos no processo de impressão 3D. Neste tipo de estudo são utilizadas diversas condições e avaliada a textura do produto impresso, com o objetivo de encontrar o conjunto de variáveis ??para um produto final com textura ótima.

Aqui estão exemplos específicos de onde a análise de textura foi aplicada dessa maneira:

Propriedades de textura programáveis ??de lanches à base de cereais mediadas por tecnologia de impressão 3D

Desenvolvimento de lanches impressos em 3D enriquecidos com fibras a partir de alimentos alternativos: um estudo sobre o cogumelo botão

Impressão por extrusão 3D de amido de arroz e otimização de variáveis ??de processo

 

A necessidade de medir perfis dimensionais

 

Se você projetou um produto em um pacote CAD e o imprime, uma preocupação será se o que foi impresso é o que você projetou. Em muitos casos, você precisará que seu objeto impresso seja dimensionalmente preciso e as iterações de impressão de seu design são quase inevitáveis ??para ajustar as configurações de impressão para obter um produto dimensionalmente preciso. A avaliação digital precisa das dimensões físicas torna-se assim uma necessidade. O Volscan Profiler fornece essa solução – um scanner baseado em laser de bancada que mede o volume, densidade e perfis dimensionais de produtos sólidos.

 

Formas típicas de montagem de amostras para escanear e medir seus perfis dimensionais:

 

A indústria alimentícia está passando por uma mudança de paradigma em seus esforços para fornecer novas e excitantes experiências alimentares ao consumidor. Para ler mais sobre como aplicar a análise de textura aos seus desenvolvimentos de alimentos impressos em 3D, você pode solicitar este artigo

 

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