Livsmedelsingenjörer i Brasilien och Frankrike utvecklade geler baserade på modifierad stärkelse för användning som "bläck" för att tillverka livsmedel och nya material genom additiv tillverkning. Kredit:Bianca C. Maniglia / USP
Livsmedelsingenjörer i Brasilien och Frankrike utvecklade geler baserade på modifierad stärkelse för användning som "bläck" för att tillverka livsmedel och nya material genom additiv tillverkning.
Det är redan möjligt att producera mat med en 3D-skrivare, vilket potentiellt kan leverera produkter som passar konsumenternas preferenser vad gäller smak, konsistens, kostnad, bekvämlighet och näring. Inom en snar framtid kommer det att vara möjligt att producera mat med personliga former, texturer, smaker och färger som anses attraktiva och hälsosamma för till exempel barn och äldre.
En grupp forskare vid universitetet i São Paulo's Luiz de Queiroz College of Agriculture (ESALQ-USP) i Brasilien, samarbetar med kollegor i Frankrike vid Nantes Atlantic College of Veterinary Medicine, Food Science and Engineering (Oniris) och National Institute for Research om jordbruk, livsmedel och miljö (INRAE), har gjort framsteg mot att uppnå detta mål. De utvecklar hydrogeler baserade på modifierad stärkelse för användning som "bläck" i 3D-utskrift av livsmedel.
De senaste resultaten av projektet, med stöd av FAPESP, publiceras i tidskriften Food Research International .
"Under de senaste åren har vi utvecklat olika tekniker för att modifiera stärkelse och erhålla geler med idealiska egenskaper för användning som 'bläck' för att producera mat genom 3D-utskrift," Pedro Esteves Duarte Augusto, professor vid ESALQ-USP och huvudutredare för projektet, berättade Agência FAPESP.
De första gelerna som forskarna producerade var baserade på kassavastärkelse. De utvecklade själva metoden som användes för att modifiera strukturen och egenskaperna hos stärkelsen med ozon under ett tidigare projekt som också stöddes av FAPESP.
De producerade ozon genom att applicera en elektrisk urladdning på syre, bubblade gasen i en behållare med en blandning av vatten och kassavastärkelse i suspension och torkade blandningen genom att avlägsna vattnet. Resultatet blev modifierad stärkelse.
Genom att variera aspekter av processen såsom ozonkoncentration, temperatur och tid kunde de erhålla geler med olika egenskaper vad gäller rätt konsistens för användning i 3D-utskrift.
"Kontroll av förhållandena gjorde det möjligt för oss att erhålla svagare geler för andra applikationer och fastare geler som är idealiska för 3D-utskrift eftersom de behåller formen på den utskrivna strukturen utan att flöda eller förlora fukt," sa Augusto.
Under de senaste två åren har forskarna utvecklat ytterligare en metod för modifiering av stärkelse. Detta innebär torr uppvärmning av kassava och vetestärkelse i en ugn samtidigt som man kontrollerar både temperatur och tid.
Med den nya metoden kunde de också erhålla geler baserade på modifierad stärkelse som visade optimal tryckbarhet, definierad som förmågan att göra ett 3D-objekt genom additiv tillverkning (lager-för-lager-avsättning) och att bibehålla dess struktur när det väl skrivits ut. Torr värmebehandling utökade också texturmöjligheterna för tryckta prover baserade på vetestärkelsehydrogeler.
”Vi fick bra resultat med båda metoderna. De är enkla, billiga och lätta att implementera i industriell skala”, sa Augusto.
Prover av gel baserad på kassava och vetestärkelse trycktes på Oniris och INRAE i Frankrike via ett projekt för att utveckla funktionella stärkelsebaserade geler för 3D-utskrift finansierat av Pays de la Loires regionala innovationsbyrå under ett program som heter "Food 4 tomorrow".
Genom partnerskapet med franska forskare genomförde ESALQ-USP-forskaren Bianca Chieregato Maniglia postdoktoral forskning vid Oniris och INRAE, och tillämpade ozon- och torrvärmetekniker för att producera geler baserade på modifierad kassava och vetestärkelse för 3D-utskrift av livsmedel.
Teknikerna utvecklades i samarbete med andra forskare i ESALQ-USP:s Process Engineering Research Group (Ge²P).
"Den kombinerade erfarenheten från alla forskare som var involverade i projektet gjorde det möjligt för oss att erhålla geler med bättre tryckbarhet, vilket resulterade i livsmedel med bättre form, definition och textur, vilket är väsentliga parametrar för produktens acceptans," sa Maniglia.
Nya ingredienser
ESALQ-USP-gruppen planerar nu att studera andra modifieringsmetoder och källor för produktion av 3D-matutskriftsgeler. ESALQ-USP har nyligen köpt en 3D-skrivare som de kommer att använda för att producera de strukturer som utvecklats med de nya gelerna.
Gelerna baserade på modifierad kassava och vetestärkelse kan användas för att skriva ut andra saker förutom mat, till exempel biomedicinska produkter inklusive läkemedelskapslar och nutraceuticals – livsmedel som inte bara är utformade för att ge näring utan också för att ge hälsofördelar.
"Vi har visat genomförbarheten av livsmedelsproduktion genom 3D-utskrift och tillverkning av skräddarsydda ingredienser. Nu planerar vi att utöka applikationerna och testa andra råvaror”, sa Augusto.
Referens:"Torrvärmebehandling:Ett potentiellt verktyg för att förbättra vetestärkelseegenskaperna för 3D-matutskriftstillämpning" av Bianca C. Maniglia,
Dâmaris C. Lima, Manoel da Matta Júnior, Anthony Oge, Patricia Le-Bail, Pedro E.D. Augusto och Alain Le-Bail, 22 september 2020, Food Research International .
DOI:10.1016/j.foodres.2020.109731
