Aprenda como criar seus produtos alimentícios impressos em 3D com a otimização da textura no topo da sua lista de objetivos
Há uma nova fronteira na impressão 3D que está apenas começando a ganhar foco: alimentos. Inovações recentes tornaram possíveis máquinas que imprimem, cozinham e servem alimentos em grande escala. A crescente conscientização das pessoas sobre os alimentos que consomem e o impulso por novas experiências sensoriais personalizadas está impulsionando o desenvolvimento de novas tecnologias que podem satisfazer os padrões desses novos consumidores. A impressão 3D causou 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 quaisquer problemas iniciais. As impressoras 3D de alimentos podem:
Melhore o valor nutricional das refeições – um produto alimentício ou uma refeição completa pode ter seus ingredientes adaptados para atender às necessidades ou requisitos dietéticos de um paciente em um hospital ou casa de repouso, levando a uma dieta mais fortificada ou melhor recuperação. A impressão 3D também tem o potencial de tornar a vida mais fácil para as pessoas que usam rastreadores de saúde. Existe a possibilidade de que, no futuro, o rastreador de condicionamento físico do usuário possa enviar dados para a impressora 3D, que produzirá uma refeição perfeitamente adaptada aos requisitos dessa pessoa. Essa “personalização” foi apontada como a força motriz para interromper as formas tradicionais de produzir e entregar alimentos e encantar uma variedade de clientes.
Produzir esculturas intrincadas e imaginativas a partir de alimentos do dia a dia, dando liberdade aos chefs e fabricantes. Isso permitiria a criação de produtos alimentícios com características de design específicas, sabores e cores, estruturas geométricas e experiências texturais para o consumidor. Isso inclui adaptar alimentos a eventos especiais ou incorporar nomes ou imagens de clientes e, assim, permitir aparência personalizável.
Reduzir o desperdício de alimentos – usar 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, eles podem ser moldados em um formato mais apetitoso com a ajuda da impressão 3D. Produtos alimentícios podem ser impressos sob demanda, então produtos perecíveis podem ser fabricados conforme e quando sua necessidade surgir. A tecnologia é empolgante e abre 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.
Acabar com 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 jato de ligante, e impressão a jato de tinta são os três principais processos usados na impressão 3D para alimentos, embora existam várias estratégias para atingir o resultado necessário dentro dessas três técnicas. Extrusão é um conceito simples, com um bico empurrando uma camada de alimento de forma semelhante à que uma impressora 3D pode extrudar plástico para fazer uma peça de máquina. A extrusão de fusão a quente emprega material alimentício que foi aquecido logo acima de seu ponto de fusão, então extrudado e solidificado. O chocolate é frequentemente impresso usando esse 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 então forçados a se unir para formar alguma estrutura sólida. Como necessita do uso de substâncias em pó, é tipicamente empregado para fazer doces ou balas. A impressão a jato de tinta depende da gravidade para imprimir, com ‘tinta alimentícia’ comestível sendo depositada em uma superfície, geralmente a de outro alimento.
Pioneiros em alimentos impressos em 3D
Algumas corporações já estão usando essa tecnologia na fabricação de seus produtos, como Hershey’s (chocolates), Barilla (macarrão), Ruffles (batata frita), Oreo (biscoitos) e Mazola (frutas e vegetais). Na produção de produtos à base de carne, Aleph Farms e Meatech usam Impressão 3D na produção de carne cultivada em laboratório.
Para consumidores que evitam carne por razões de bem-estar animal ou preocupação ambiental, há empresas como a Redefine Meat e a Novameat que estão pesquisando carne que teve toda a sua estrutura impressa em 3D a partir de materiais vegetais. Uma desvantagem comum dos substitutos de carne vegetais 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 texturais de um pedaço real de carne. Você pode imprimir camadas com a tecnologia de impressão 3D, e cada camada pode fornecer algo diferente – como “gordura alternativa” ou “músculo alternativo” – de modo que, quando você morde um bife vegano, obtém textura em uma área, o sabor e a sensação de gordura em outra e o sabor macio da carne em outra. Esta “carne alternativa” é um passo radical à frente e, para este tipo de pesquisa alimentar, um analisador de textura é essencial.
Problemas de textura associados a alimentos impressos em 3D
Não há dúvidas sobre isso — a impressão 3D de alimentos percorreu um longo caminho. O primeiro desafio a ser superado é a gama de produtos alimentícios 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, juntamente com as condições de impressão para alcançá-los (como temperatura, velocidades e matérias-primas).
Além do sabor e da aparência, um dos principais fatores na aceitação do consumidor é a textura e a sensação na boca do alimento. Enquanto o sabor e a aparência são os fatores que atraem mais atenção durante a produção de alimentos e a compra do consumidor, a textura é crucial nas preferências alimentares e pode fazer a diferença no momento 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 ingrediente ou modificação de processo.
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 alimentícias como exemplo, ingredientes alternativos são frequentemente incorporados em produtos alimentícios pelo uso da impressão 3D para melhorar o perfil nutricional daquele 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 Texture Analysis é então realizada em amostras com porcentagens variáveis de aditivos e níveis de aceitabilidade usados para determinar o melhor retorno entre alto conteúdo nutricional e boas propriedades texturais.
A Stable Micro Systems fabrica instrumentos que medem as propriedades de tração e compressão de ingredientes crus, materiais individuais e produtos acabados. É importante medir as propriedades texturais 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, fornecendo 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, pegajosidade, crocância e extensibilidade, para citar apenas alguns.
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 podem ser acoplados aos instrumentos, dependendo do produto/material a ser testado.
Como a textura dos materiais alimentícios impressos em 3D pode ser medida
Compressão e Extrusão
Materiais alimentícios para impressão devem ter propriedades reológicas adequadas que possam ser facilmente extrudadas e manter sua forma. No entanto, há muito poucos alimentos que atendem a essa condição e ainda é um desafio processar muitos materiais alimentícios para serem aplicáveis a esse método. Quaisquer materiais propostos para impressão 3D exigirão testes de “impressão” para garantir que possuam as propriedades reológicas ou consistência 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 à expectativa do cliente.
Testes típicos de compressão e extrusão em um analisador de textura
Aqui estão exemplos específicos de pesquisas onde a análise de textura foi aplicada dessa maneira:
Impressão 3D de géis à base de gomas xantana/konjac
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 comuns. Produtos impressos, como chocolate, podem precisar ser testados de forma semelhante à que são avaliados por um consumidor. O método usado é simplesmente adequado ao alimento em questão, talvez com ênfase em 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 mudar sua cor ou design. No entanto, para mostrar a capacidade do processo de impressão 3D, designs ornamentados, rendados e abertos são frequentemente usados. Eles não são particularmente fortes e podem quebrar durante o armazenamento ou o transporte. Para avaliar sua resistência, um teste de dobra de biscoito padrão é usado, colocando em uso um Analisador de Textura TA.XTplus e um Equipamento de Dobra de Três Pontos . A resistência à fratura de vários designs pode ser avaliada dessa forma.
Um teste típico de flexão de três pontos em um analisador de textura
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 Texture Analyser com uma lâmina de faca acoplada.
Um teste de corte típico em um analisador de textura
Como um analisador de textura pode avaliar a fluidez do pó base da impressora 3D
A Análise de Textura também pode ser usada em outros estágios 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 para o leito de sinterização, a camada deve ser uniforme e da 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 demonstra ser um método preciso e confiável de medição das características de fluxo de pós secos e úmidos, com capacidade de medir coesão, aglomeração e dependência de fluxo de velocidade, bem como densidade aparente e outras propriedades.
O analisador de fluxo de pó no analisador de textura TA.XTplusC
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 bolsa da NASA) para imprimir pizza em 3D. O objetivo dessa 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 estar passando muito mais tempo no espaço. Para salvar os visitantes do espaço do trabalho penoso de engolir “comida espacial” liofilizada e pré-embalada 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 principais aspectos da satisfação do consumidor da comida impressa 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 impressos 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 carne, produzindo menos metano e consumindo menos água. A impressão 3D permite que a proteína do inseto seja reformada em um formato mais atraente.
Outro ramo da pesquisa de impressão 3D de alimentos 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 bico, envolvidos no processo de impressão 3D. Neste tipo de estudo, uma gama de condições é usada e a textura do produto impresso é avaliada, 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:
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 então 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 iterações de impressão do seu design são quase inevitáveis para ajustar as configurações de impressão para obter um produto que seja dimensionalmente preciso. A avaliação digital precisa das dimensões físicas torna-se, portanto, uma necessidade. O Volscan Profiler fornece essa solução – um scanner de bancada baseado em laser que mede o volume, a densidade e os perfis dimensionais de produtos sólidos.
Modelos Volscan Profiler para medição de volume, densidade e perfis dimensionais
Formas típicas de montagem de amostras para escanear e medir seus perfis dimensionais:
Amostra de barra de chocolate pronta para digitalização e uma digitalização arquivada da amostra
A indústria alimentícia está passando por uma mudança de paradigma em seus esforços para fornecer novas e emocionantes experiências alimentares ao consumidor. Para ler mais sobre como aplicar análise de textura aos seus desenvolvimentos de alimentos impressos em 3D, você pode solicitar este artigo
