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Aplicacin de la manufactura aditiva en
el procesamiento de alimentos
Application of
additive manufacturing in food processing
Aplicao de manufatura
aditiva no processamento de alimentos
Correspondencia: ialmeida2508@utm.edu.ec
Ciencias tcnicas y
aplicadas
Artculos de investigacin
*Recibido: 16
de julio de 2021 *Aceptado: 30 de agosto
de 2021 * Publicado: 07 de septiembre
de 2021
I.
Estudiante de la Escuela de Ingeniera Qumica, Facultad de Ciencias
Matemticas, Fsicas y Qumicas, Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo,
Ecuador.
II.
Estudiante de la Escuela de Ingeniera Qumica, Facultad de Ciencias
Matemticas, Fsicas y Qumicas, Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo,
Ecuador.
III.
Magster, Docente del Departamento de Ingeniera Qumica, Facultad de
Ciencias Matemticas, Fsicas y Qumicas, Universidad Tcnica de Manab,
Portoviejo, Ecuador.
Resumen
El
presente Artculo de Revisin se desarroll a partir de una metodologa
sistemtica de tipo descriptivo, a partir de varias fuentes confiables de
revistas cientficas; por lo tanto, esta temtica tiene como objetivo conocer
los aspectos ms relevantes en la manufactura aditiva de alimentos, siendo esta
una nueva tecnologa que est revolucionando distintas industrias como la
farmacutica, automotriz y la de alimentos.
La
manufactura aditiva se realiza utilizando una impresora en 3D que cuenta con un
software de diseo cuyo formato debe ser exportado en Stero
Lithography otro que permite modificar diversos
parmetros como el modelo y velocidad de la impresora. La terminologa estndar
International ha establecido 7 categoras diferentes con respecto a la impresin
en 3D, pero no todas son aptas para realizar una impresin en 3D de alimentos.
Mediante una exhaustiva investigacin se logr determinar las 4 principales
categoras para la manufactura aditiva de alimentos, siendo estas: la impresin
basada en extrusin, chorro aglutinante, la sinterizacin
selectiva y la impresin por inyeccin de tinta, cuyas diferencias radican en
el tipo de materiales que usan y los parmetros de impresin. Entre los
principales alimentos que se han procesado con esta nueva tecnologa se
encuentran: chocolate, frutas, verduras, carnes, productos de confitera,
impresin de estructuras complejas en 3D utilizando azucares como polvos, pasta
de carne, queso mermeladas, geles, entre otros.
La
impresin en 3D aplicada a la industria de los alimentos tiene la ventaja de la
personalizacin de los alimentos, en otras palabras, es posible modificar los
valores nutricionales, formas y colores, dependiendo de las necesidades del
consumidor, logrando as una alta variedad de aplicaciones a futuro.
Palabras claves:
Manufactura de alimentos; impresin 3D; impresin 3D de alimentos.
Abstract
This Review Article was developed from a systematic
descriptive methodology, from several reliable sources of scientific journals;
Therefore, this topic aims to know the most relevant aspects in additive food
manufacturing, this being a new technology that is revolutionizing different
industries such as pharmaceuticals, automotive and food.
Additive manufacturing is carried out using a 3D
printer that has design software whose format must be exported in Stero - Lithography, another one that allows modifying
various parameters such as the model and speed of the printer. International
standard terminology has established 7 different categories regarding 3D
printing, but not all of them are suitable for 3D printing of food. Through an
exhaustive investigation it was possible to determine the 4 main categories for
food additive manufacturing, these being: printing based on extrusion, binder
jet, selective sintering and inkjet printing, whose differences lie in the type
of materials used. use and print parameters. Among the main foods that have
been processed with this new technology are: chocolate, fruits, vegetables,
meats, confectionery products, 3D printing of complex structures using sugars
such as powders, meat paste, cheese, jams, gels, among others.
3D printing applied to the food industry has the
advantage of personalizing food, in other words, it is possible to modify
nutritional values, shapes and colors, depending on the needs of the consumer,
thus achieving a high variety of applications to future.
Keywords: Food manufacturing; 3d print; 3D food printing.
Resumo
Este Artigo de Reviso foi desenvolvido a partir de uma
metodologia descritiva sistemtica, a partir de vrias fontes confiveis
de peridicos cientficos; Portanto, este tpico tem como
objetivo conhecer os aspectos mais relevantes na fabricao de alimentos
aditivos, sendo esta uma nova tecnologia que est revolucionando diferentes indstrias
como farmacutica, automotiva e alimentcia.
A manufatura aditiva realizada em uma impressora 3D que
possui um software de design cujo formato deve ser exportado em
Estero-Litografia, outro que permite modificar vrios parmetros como o modelo
e a velocidade da impressora. A terminologia padro internacional estabeleceu 7
categorias diferentes em relao impresso 3D, mas nem todas so adequadas
para a impresso 3D de alimentos. Atravs de uma investigao exaustiva foi
possvel determinar as 4 categorias principais para a fabricao de aditivos
alimentares, sendo elas: impresso por extruso, binder jet, sinterizao
seletiva e impresso a jato de tinta, cujas diferenas residem no tipo de
materiais utilizados, parmetros de uso e impresso. Entre os principais
alimentos que vm sendo processados com essa nova tecnologia
esto: chocolate, frutas, vegetais, carnes, produtos de confeitaria, impresso
3D de estruturas complexas a partir de acares como ps, pasta de carne,
queijos, gelias, gis, entre outros.
A impresso 3D aplicada indstria alimentcia tem a
vantagem de personalizar alimentos, ou seja, possvel modificar valores
nutricionais, formas e cores, dependendo das necessidades do consumidor,
alcanando assim uma grande variedade de aplicaes.
Palavras-chave: Fabricao de alimentos; Impresso 3D; Impresso 3D de
alimentos.
Introduccin
La
manufactura aditiva (AM) tambin conocida como impresin tridimensional (3D)
nace a finales de la dcada de los 80 y desde entonces se ha venido desarrollando
y aplicando en diversos sectores de la industria como la automotriz, mdica,
aeroespacial, entre otras. La impresin 3D se da mediante la tcnica de capa
por capa, construyndose sobre una matriz a partir de un modelo slido en 3D
digitalizado. Esta tecnologa aparece en un campo emergente, considerada como
una potencia debido a los estudios que se han realizado demuestran que en el
mercado global alcanzar los 30.19 mil millones de dlares para el 2022,
mientras que una proyeccin de McKinsey predice que
la manufactura aditiva tendr un impacto econmico de 550 mil millones de
dlares para el 2025 (Nachal et al., 2019).
Sin
embargo, la introduccin de la impresin 3D en el mundo de los alimentos es el
campo de estudio ms recientes ya que surge a partir de la ltima dcada, por
la necesidad de producir alimentos con
distintas caractersticas nutricionales, formas geomtricas y reduccin de
tiempos de produccin. El objetivo principal es poder imprimir alimentos
diseados para las necesidades de cada persona, sin herramientas o moldes,
tambin se espera aumentar la eficiencia de produccin y reducir el costo de
fabricacin en la industria de los alimentos.
El
presente estudio se basa en la recopilacin de informacin sobre estudios y
avances que han surgido en relacin a la manufactura aditiva de alimentos,
informacin que se encuentra en revistas y documentos cientficos, lo que
conlleva consigo un estudio exhaustivo de por medio.
Materiales y mtodos
Para
el presente trabajo se ha utilizado como mtodo la bsqueda y anlisis de informacin, donde se aplic la
metodologa sistemtica de tipo descriptivo para realizar la investigacin, con
la recopilacin de artculos cientficos y diferentes avances relacionados con
el tema de estudio que han surgido en la
industria alimentaria en relacin con la manufactura aditiva de alimentos,
se consideraron artculos
de revistas, publicaciones, documentos
o trabajos publicados, seleccionando as la informacin de los documentos y sitios web
de fuentes confiables, permitiendo analizar
informacin reciente y actualizada. Se incluyeron artculos, y
documentos que contengan informacin actualizadas acerca del tema. Se excluyeron aquellos documentos con
informacin errnea, estudios no relacionados con la temtica y publicaciones
con periodos de tiempo mayor a los ltimos 5 aos. La seleccin final de los
referentes bibliogrficos son los ms representativos y de mayor calidad para
el desarrollo del presente trabajo.
Anlisis y discusin de los resultados
La
manufactura aditiva es considerada como un mtodo de produccin digitalizada
que consiste en fabricar objetos previamente modelados.
Manufactura aditiva o impresin en 3D
La manufactura aditiva es considerada como un mtodo de produccin
digitalizada que consiste en fabricar objetos previamente modelados. El comit
F42 de la rama estadounidense de ASTM International define la fabricacin
aditiva como: El material utilizado para fabricar objetos con datos de modelos
3D, generalmente depositados capa por capa (Christoph et al., 2016; Kodama,
1981; Mal Alemany, 2016).
El primer intento de impresin 3D se remonta a 1980, inventado por el
Dr. Kodama. En 1986 Charles W. Hull invent la tecnologa de impresin de
estereolitografa (SLA), mientras que un ao despus Carl Deckard desarroll
una patente para la tecnologa de sinterizacin selectiva por lser (SLS), en
la Universidad de Texas (Bucco & Hofman, 2016). En los ltimos aos, esta
tecnologa verstil ha encontrado aplicacin en una variedad de campos,
incluidos el aeroespacial en donde ya existen ductos impresos en 3D en
materiales de alta resistencia a temperaturas con la ventaja de tener libertad
de geometras, menor peso y reducir costo de inventarios por refaccin o
mantenimiento (NASA, 2013). En cuanto a la ingeniera de tejidos, en el 2011 el
profesor Anthony Atala present por primera vez un rin bioempresa en 3D
(Murphy & Atala, 2014), y ms recientemente, el diseo de alimentos donde
destaca la impresin en 3D de chocolates, azcares y pastas (Garca Ros,
2019).
El importante crecimiento de la manufactura aditiva se debe
principalmente al descubrimiento continuo de nuevos e importantes beneficios
especficos que aporta esta tecnologa a un creciente nmero de sectores
industriales(Christoph et al., 2016).
Impresoras 3D
El principio de funcionamiento de la impresora 3D se basa en la
utilizacin del sistema Fused Deposition Technology (FDM), que consiste en
depositar el material capa por capa de abajo hacia arriba empujando el material
sinttico en forma de filamento enrollado en la jeringa desde el extrusor hasta
que se complete la parte diseada. Cuando el filamento sinttico se funde a la
temperatura adecuada, la jeringa se mueve a lo largo de dos ejes (x, y),
mientras que el lecho de impresin y el extrusor se mueven en paralelo al eje z
para permitir la deposicin de una nueva capa(Fonseca & Miranda 2018).
Carmona Reverte (2016), en su estudio denominado Diseo y prototipado
de extrusor para impresora 3D de alimentos hace referencia que el tipo de
material que se requiera utilizar afectan directamente el costo final que tiene
la impresora. Cualquier impresora que sea de bajo costo puede usar lo que son
termoplsticos, como el cido polilctico (PLA) y el acrilonitrilo butadieno
estireno (ABS). Sin embargo, algunas impresoras pueden manejar metales,
fotopolmeros, resinas lquidas y alimentos.
Una impresora 3D tpica consta de un circuito de control para integrar
la computadora y la impresora; un motor, filamento y sistema de transmisin
para guiar los motores; una cmara de mezcla para almacenar y mezclar el
suministro de material; rodillos de alimentacin; sensores de flujo;
reguladores de presin; boquillas; y una plataforma de impresin sobre la que
se imprime la comida (Nachal et al.,
2019), como se observa en la Figura 1 .
Figura 1. Diagrama
esquemtico de una impresora 3D por extraccin
Fuente: Nachal et
al, (2019).
Hay diferentes softwares disponibles para aplicaciones de escaneado,
desarrollo de modelos e impresin; su seleccin depende de la experiencia del
usuario y las caractersticas requeridas. Garca Ros (2019), en su estudio
Impresora 3D de Chocolate hace referencia a dos tipos softwares usados para
la impresin 3D el primero son los softwares de diseo y el segundo los
softwares de controles:
Softwares de diseo
Existen una amplia variedad de programas de diseo que se encuentran
actualmente en el mercado, diferenciados principalmente es la complejidad del
sistema para ser manejado debido a que en algunos casos se necesita un amplio
conocimiento de ingeniera. La particularidad de todos los softwares de diseo
es el formato en que deben ser exportados, que es el STL que en ingles estas
siglas significan Stero Lithography, se considera a la exportacin en STL
como el formato estndar en las impresiones en 3D.
Softwares para el control de impresoras 3D
Este software es el que permite realizar cambios en los diseos de
impresiones en 3D de acuerdo a las necesidades, es as como se puede modificar
los parmetros de calidad, la complejidad del modelo, velocidad, relleno,
altura entre otras caractersticas. En el mercado actualmente existen varios
programas que son gratuitos cuya complejidad puede llegar a tener un nivel
medio, pero por lo general las impresoras en 3D suelen venir con su propio
programa.
Con relacin a los softwares de diseo en la actualidad existen diversos
programas en el mercado como: el Solid Works, Tinkercad, Rhiniceros, Sketchup,
Dcatia, Fusin 360, FreeCad, CURA, entre otros. CURA es uno de los softwares
ms utilizados porque es un software gratuito, es decir, se puede acceder
fcilmente a l en Internet. El diseo del objeto tridimensional se almacena en
formato STL, posteriormente se debe convertir a un archivo en formato GCODE,
lenguaje que permitir al software de la impresora interpretar el movimiento
que fija la trayectoria generada durante el proceso de impresin de los
grficos 3D (Escudero Vasconez, 2018).
Categoras de manufactura aditiva
Segn la ISO/ASTM52900-15 (2015), describe que existen siete categoras
de AM reconocidas segn la terminologa estndar de ASTM para tecnologas de
fabricacin aditiva. En la Tabla 1, se realiz una recopilacin conceptual de
las siete categoras de la manufactura aditiva.
Tabla 1. Categoras de
manufactura aditiva
|
Categoras |
Generalidades |
Tecnologas
relacionadas |
|
Directed energy deposition Deposicin de
energa dirigida |
La energa
trmica es aplicada en los materiales que se funden tras la extraccin. |
●
Deposicin de metales
por lser (LMD) |
|
Material Extruction Material de extrusin |
El material se dispensa a travs de una boquilla u orificio |
●
Extrusin en caliente
(FDM) |
|
Vat Fotopolymeriation Fotopolimerizacin de tinta |
El fotopolmero lquido en una cuba se
cura selectivamente mediante polimerizacin activada por luz o UV |
●
Estereolitografa (SLA) ●
Procesamiento de luz
digital (DLP) |
|
Power Bed Fusion (PBF) Fusin en lecho de polvo |
Proceso de manufactura aditiva en el cual una energa termal
selectiva fusiona regiones de una cama de polvo |
●
Fusin por has de
electrones (EBM) ●
Sinterizacin selectiva por lser (SLS) ●
Sinterizacin selectiva por calor (SHS) |
|
Sheet Lamination Laminacin de
hojas |
La hoja de
materiales se une para formar un objeto. |
●
Fabricacin de objetos
laminados (LOM) ●
Consolidacin
ultrasnica (UC) |
|
Binder Jetting (BJ) Chorro de aglutinante |
Una fuente de energa trmica funde diversas capas de polvo de un
material |
●
Lecho de polvo y calor
por inyeccin de tinta (PHIH ●
Impresin 3D a base de
yeso (PP) |
|
Material Jetting (MJ) Chorro de
material |
Inyeccin del
material por gotas que se deposita selectivamente |
●
Modelado Multijet (MJM) |
Fuente: ISO/ASTM52900-15,
(2015).
Manufactura aditiva de alimentos
En un estudio
realizado por Griffiths et al.
(2016), mencionan que la tecnologa AM
tiene un gran potencial para producir alimentos con texturas y formas
geomtricas complejas de elaborar y que contengan un valor alto de
nutricin. Sin embargo, para Liu et al.
(2017), existen muy pocos estudios que analicen la precisin que se debe tener
para obtener alimentos que tengan controlada su estructura con la manufactura
aditiva. El aporte de esta nueva tecnologa radica en su utilizacin como un
arma que resalta las caractersticas ms atractivas de un alimento hacia un
consumidor, tambin la creacin de alimentos con nuevas estructuras o formas.
Algunos estudios de alimentos impresos en 3D utilizan
impresoras personalizadas, mientras que en otras investigaciones han modificado
a las impresoras 3D para implementar funciones como la coccin en vivo o la
gelificacin. Las impresoras que existen hasta el momento son la que estn
basadas en extrusin ya que suelen ser adecuadas para la impresin de alimentos
porque estn equipadas con jeringas y boquillas para llevar a cabo su funcin.
Algunas impresoras comerciales incluso estn especialmente desarrolladas para
imprimir alimentos (Tan et al., 2018).
Aplicar esta tecnologa en la produccin de alimentos
permite que los procesos sean rpidos, automatizados, repetibles y con libertad
de ser diseados, inclusive este tipo de tecnologa permite que se tenga una
fcil variabilidad en el proceso de coccin gracias a que puede ser
personalizada de acuerdo al individuo o inclusive a la regin donde se trabaje
(Pallottino et al., 2016).
Un sistema de impresin en 3D de alimentos representa
un proceso secuencial que se encuentra bien definido. Para llevar a cabo un
proceso de impresin en 3D Nachal et al. (2019), indica que se comienza con el
diseo del modelo en CAD en 3D con la idea de la geometra necesaria para la
impresin, seguido de la creacin del modelo o el escner especifico de la
geometra para obtener toda la informacin necesaria acerca de las caractersticas
de la superficie. Despus se utiliza un software que va a realizar los cortes
adecuados en capas individuales, para cada capa cortada se generan diferentes cdigos de mquina,
as los cdigos G y los cdigos M que
son generados en el proceso se transfieren a la impresora para llevar a cabo su
funcin. Los cdigos G son el lenguaje de control numrico que es generado por
el respectivo software CAD que ayuda a dirigir a los motores hacia su
respectiva regin de impresin, la velocidad de impresin y el eje, por otra
parte, los cdigos M ayudan al correcto funcionamiento de la mquina.
Es importante mencionar que no todos los tipos de
impresin en 3D descritos por la ASTM en la Tabla 1 son adecuados para la
impresin de alimentos debido a las amplias variaciones en las propiedades
fisicoqumica de estos. Al realizar una extensa bsqueda y revisin de estudios
se pueden llegar a sealar que los tipos ms adecuados para llevar a cabo una
impresin 3D son: impresin basada en extrusin, sinterizacin selectiva,
chorro aglutinante e impresin por inyeccin de tinta, cada tipo de impresin
utiliza diferentes materiales que pueden llegar a ser polvos, pastas, entre
otros (Cohen et al., 2009; Dankar et al., 2018; Godoi et al., 2016; Hao et al.,
2010; Hopkinson et al., 2006; Lipson & Kurman, 2013; Lipton et al., 2010;
Liu et al., 2017; Sher & Tut, 2015).
a. Impresin
basada en extrusin
Una de las tecnologas de extrusin utilizadas para la
fabricacin de alimentos es la extrusin de fusin en caliente o tambin se la
conoce como modelado de deposicin
fundida (FDM) (Yang et al., 2001). Este tipo de impresin en 3D se ha utilizado
para la elaboracin de productos de chocolate en 3D personalizados usando un
rango de temperatura que va desde 28C hasta 40C (Chen & Mackley,
2006).
La produccin de un alimento mediante la extrusin se
da mediante la aplicacin de calor a un material a travs de una jeringa o de
un bloque calefactor, es importante mantener la temperatura controlada para
controlar su viscosidad y as poder permitir que el material fluya fcilmente a
travs de la boquilla(Tadmor & Klein, 1970). La extrusin se considera uno de
los mejores mtodos para lograr utilizar ingredientes alimentarios frescos
(Godoi et al., 2016; Hao et al., 2010), es as como se han encontrado estudios
en los que aplican la extrusin con ingredientes como las frutas y verduras
(Severini et al., 2018),, la carne (Dick et al., 2019) y las pectinas
(Vancauwenberghe et al., 2018), la utilizacin de estos materiales se da
gracias a que los alimentos frescos pueden llegar a ser mezclados y licuados
para facilitar su utilizacin.
Lipton et al. (2010), utilizaron distintas recetas
para imprimir galletas de azcar mediante este tipo de impresin, al final de
su estudio demostraron que las variaciones de concentraciones de los
ingredientes influyen directamente en la fabricacin de los alimentos por lo
que tuvieron que agregar aditivos para ayudar a simplificar el proceso de
fabricacin del alimento.
b. Sinterizacin
selectiva
Dentro de la sinterizacin selectiva resaltan dos
tipos de sinterizacin, uno de los mtodos utiliza aire caliente y el otro
mtodo utiliza un lser (Godoi et al., 2016).
La sinterizacin selectiva se basa en la impresin de un alimento
teniendo como base un material de polvo, la idea es fusionar selectivamente
ciertas regiones del alimento en el lecho de polvo. Este lecho es calentado
justo por debajo de su punto de fusin para as facilitar la fusin con la capa
anterior y para poder minimizar la
distorsin trmica (Sun et al., 2015).
En la sinterizacin selectiva por lser (SLS), el
lser acta como una fuente de calor para fusionar el material en polvo de
acorde a los movimientos establecidos en la descripcin digital en 3D,
bsicamente la impresora crea una primera capa base de polvo en la seccin
transversal y a medida que se aplica una nueva capa lo hace sobre la capa
inicial, esto puede ser utilizado para aadir distintos tipos de sustratos para
el alimento en cada una de las capas que se formen (Diaz et al., 2014).
La sinterizacin por aire caliente, tambin conocida
como HAS por sus siglas en ingls Hot Air Sintering, se basa en la aplicacin
de una corriente de aire caliente a baja velocidad en un medio en polvo, esto
lograr formar una imagen bidimensional (Oskay
& Edman, 2006). Seguidamente al lecho de polvo se le aplica una capa
fina de polvo en la parte superior de la impresin logrando cubrir la primera
capa. El mismo proceso (aire caliente) fusiona selectivamente la nueva capa.
Este es un proceso repetitivo hasta completar el diseo del objeto 3D est
completamente formado (Godoi et al., 2016).
La SLS se ha utilizado con xito en la elaboracin de
estructuras 3D complejas utilizando azcar o polvos ricos en azcar como los
polvos NesQuik (Gray, 2010). Sin embargo, el mtodo HAS solo se ha limitado a
materiales a base de polvo (Lai & Cheng, 2008).
c. Chorro
Aglutinante
Tambin conocido como Binder Jetting, se basa en un
proceso repetitivo de unir un material de polvo utilizando un aglutinante
lquido lo cual formar el alimento en 3D. El aglutinante se adiciona en
pequeas gotas con dimetros inferiores a 100 m que son depositados sobre el
lecho de polvo, despus de esta disposicin toda la superficie del lecho de
polvo es expuesta a calor de una manera esttica, comnmente se usa la lmpara
de calor para generar una resistencia mecnica y que as el alimento gane
resistencia al cizallamiento y a la gravedad (Godoi et al., 2016; Pitayachaval
et al., 2018).
Segn indica Southerland et al. (2011), para lograr estabilizar el polvo se utiliza
agua nebulizada, esto se debe gracias a que minimiza las perturbaciones que se
pueden dar por la dispensacin del aglutinante, con ese concepto
utilizaron azcares en polvo junto con
una mezcla de almidn y con el aglutinante de Z Corportarion como plataforma
para la fabricacin de estructuras complejas con formas personalizadas. Con
esta tecnologa se puede utilizar lquidos aromatizantes y distintos colorantes
en la impresin que serviran para unir materiales en polvo como el azcar
(Sher & Tut, 2015). Uno de los principales alimentos que se fabrican con
esta tecnologa, son los productos de confitera de los cuales se crean diseos
nicos, complejos y sabrosos.
Holland et al. (2018) , en su estudio lograron desarrollar tintas de
grado alimenticio que son adecuadas para la impresin por chorro de aglutinante
utilizando una impresora Fuljifil Dimatix.
Una de las ventajas de la utilizacin de este tipo de
impresin es la reduccin de costos en los materiales y la rapidez de
produccin, sin embargo, su principal desventaja el alto costo de la
maquinaria, as como la rugosidad del acabado final (Sun et al., 2015).
d. Impresin
por inyeccin de tinta
Esta tcnica se basa en la adicin de chorro/gota
desde el cabezal de la impresora
siendo este un tipo de jeringa, el suministro de tinta puede ser de tipo
continuo o puede caer por gotas
(Nachal et al., 2019; Sun et al., 2015) . El cabezal que contiene la impresora
en 3D puede llegar a utilizar un mecanismo trmico o uno piezoelctrico. La
diferencia radica en que el trmico genera una presin constante capaz de
empujar las gotas desde la boquilla, en cambio, el sistema piezoelctrico
divide el lquido en gotas muy pequeas que sern expulsadas en intervalos
regulares (Murphy & Atala, 2014). Para este tipo de impresin se suele
utilizar materiales de baja viscosidad, por lo cual no siempre es adecuada para
la construccin de estructuras alimentarias complejas. Para Godoi et al.
(2016), los siguientes alimentos son los que se utilizan para ser depositados
mediante la impresin por inyeccin de tintas: chocolate, masa liquida,
glaseado de azcar, pasta de carne, queso, mermeladas y geles. Por otra parte,
Molitch-Hou (2016), en su estudio da a
conocer que con este mtodo se pueden imprimir galletas, tartas y pasteles.
Materiales imprimibles
La revisin de una recopilacin de estudios (Cohen et
al., 2009; Kim et al., 2017; Lipton et al., 2010; Silva et al., 2007; Sun et
al., 2015; Van Bommel & Spicer, 2011), permiten describir los materiales
que pueden ser usados para la impresin en 3D de alimentos y la clasificacin
de 3 categoras:
1.
Materiales
imprimibles de forma nativa: se refiere a materiales que se pueden imprimir por
sus propiedades inherentes que adems pueden adaptarse a las necesidades de la
impresin y el desarrollo de diversas frmulas, dentro de estos materiales
estn: el hidrogel, el glaseado de pasteles, el queso, el humus, mantequilla,
chocolates entre otros; aqu tambin se incluyen materiales en polvo como el
azcar y el almidn.
2.
Materiales
alimenticios tradicionales no imprimibles: se refiere a alimentos que su
naturaleza no les permite ser imprimibles por lo cual se les adiciona
hidrocoloides para que sean aptos a la impresin, as tenemos hidrocoloides
como: carragenina, goma arbiga, goma xantana y gelatina. Los materiales
alimenticio no imprimibles incluyen: frutas, carne, verduras y arroz.
3.
Ingredientes
alternativos: nacen bajo la preocupacin de poder utilizar material ecolgico
es as como se considera uso de algas, hongos, algas marinas, altramuces e
insectos como ingredientes alternativos, siendo fuentes ricas en protena,
fibra diettica y bioactivos.
Impactos de la manufactura
aditiva de alimentos
Imprimir alimentos mediante la manufactura aditiva
tiene ventajas que van desde el alto valor nutricional hasta la utilizacin de
alimentos naturales de bajo volumen de consumo, pero altamente nutritivos.
Southerland et al. (2011), realiz un estudio donde llev a cabo la
mezcla de azcares, almidn y pur de
papa para probar como los materiales en polvo funcionaban en una impresora 3D
con aglutinante. Por otra parte, Fabaroni (2014) , prob algunos alimentos
tradicionales para su estudio de imprimibilidad, de todos los materiales usados
el que result exitoso fue una masa de pasta que fue analizada segn su
viscosidad, consistencia y propiedades de solidificacin.
Lipton et al. (2010), logr utilizar aditivos simples
con los cuales modific recetas tradicionales y cre geometras complejas con
formulaciones novedosas.
Investigadores del MIT utilizaron chocolate
termofusible como liquido dispensador para desarrollar un prototipo de
impresora para fabricar caramelos de chocolate (Zoran & Coelho, 2011).
Derossi et al. (2018) , estudiaron la utilizacin de
materiales como pltano, championes secos, frijoles blancos, leche desnata en
polvo, jugo de limn y cido ascrbico, como resultado de su estudio obtuvieron
un producto alimenticio impreso de nivel nutricional personalizado que contiene
de 5 a 10% de la energa necesaria, vitaminas, hierro y calcio para nios de 3
a 6 aos.
Se encontr un estudio donde imprimen una pirmide en
3D con la utilizacin de zanahorias, kiwis, peras, brcoli, hojas de brcoli
raabexport y aguacate donde se controlaron propiedades microestructurales y
morfolgicas (Severini et al., 2018) .
Entre los alimentos que se han logrado imprimir en 3D estn: los snacks,
pastas, chocolates, queso fundido, confitera de azcar, carne, pur de
patatas, entre otras, demostrando la versatilidad de la manufactura aditiva de
alimentos.
Desde el punto de vista del diseo de alimentos
personalizados, la manufactura aditiva de alimentos permite tener el control al
usuario de formas, estructuras y sabores (Systems, 2013). En trminos de
nutricin esta nueva tecnologa permite crear una dieta individual y totalmente
personalizada que pueda cumplir con los requisitos de cada tipo de cuerpo
(Watzke & German, 2011).
Con los avances que existen en la actualidad de la
manufactura aditiva se puede simplificar la cadena de servicios alimentarios
gracias a que cada plataforma de impresin se puede personalizar para un rango
en particular de archivos o software compatibles, es decir que incluso
diferentes tipos de impresora pueden imprimir el mismo archivo (Nachal et al.,
2019).
Conclusiones
La tecnologa de la
impresin en 3D se est abriendo campo en diversas industrias como la aeroespacial
y la medicina, pero a su vez est incursionando en un campo con gran potencial
de desarrollo como lo es la industria de los alimentos. Esta tecnologa tendra
un gran impacto en la produccin y comercializacin de alimentos, esto debido a
que la manufactura aditiva aplicada en la industria de alimentos permite llegar
a individualizar cada producto final, esta individualizacin va desde colores,
formas y tamaos hasta el valor nutricional de cada alimento. La
personalizacin de estos alimentos complejos es posible porque todos los
procesos para su elaboracin estarn respaldados por un sistema informtico de
modelos en 3D y porque todas las operaciones sern automatizadas.
La impresin en 3D esta divida en 7 categoras distintas pero la impresin en
3D especfica para la industria de alimentos se puede llevar a cabo
principalmente en 4 de siendo estas: Impresin basada en extrusin, sinterizacin selectiva, chorro aglutinante e impresin por
inyeccin de tinta, esto es debido a que hasta el momento existen amplias
variaciones en lo que se refiere a las propiedades fsico-qumicas de los
alimentos.
El chocolate es uno
de los alimentos ms estudiados para la produccin mediante manufactura aditiva
pudiendo ser procesado mediante las tcnicas de impresin por inyeccin de
tinta y la impresin basada en extrusin.
La industria de la
pastelera sera una de las principales reas de inters para la produccin de
alimentos mediante la impresin en 3D, es as como ya existen estudios que
elaboran galletas, postres con formas personalizadas, pasteles decorados con
chocolate impreso en 3D y masas de pizza impresas de distintas formas.
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