Det är redan möjligt att producera mat med en 3D-skrivare, potentiellt leverera produkter som passar konsumenternas preferenser avseende smak, textur, kosta, bekvämlighet och näring. Inom en snar framtid, det kommer att vara möjligt att producera mat med personliga former, texturer, smaker och färger anses attraktiva och hälsosamma för barn och äldre, till exempel.

En grupp forskare vid University of 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 on Agriculture, Mat och miljö (INRAE), har tagit steg mot att uppnå detta mål. De utvecklar hydrogeler baserade på modifierad stärkelse för användning som "bläck" i 3-D-utskrift av livsmedel.

De senaste resultaten av projektet, stöds av FAPESP (São Paulo Research Foundation), publiceras i tidningen Food Research International . "Under de senaste åren har vi utvecklat olika teknologier för att modifiera stärkelse och erhålla geler med idealiska egenskaper för användning som "bläck" för att producera mat genom 3-D-utskrift, " Pedro Esteves Duarte Augusto, en professor vid ESALQ-USP och huvudutredare för projektet, berättade för Agência FAPESP.

De första gelerna som producerades av forskarna baserades på kassavastärkelse. De utvecklade själva metoden som användes för att ändra stärkelsens struktur och egenskaper med ozon under ett tidigare projekt som också stöds 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 ta bort vattnet. Resultatet blev modifierad stärkelse.

Genom att variera aspekter av processen, såsom ozonkoncentration, temperatur, och tid, de kunde få fram geler med olika egenskaper vad gäller rätt konsistens för användning i 3-D-utskrift.

"Kontroll av förhållandena gjorde det möjligt för oss att erhålla svagare geler för andra applikationer och fastare geler som är idealiska för 3-D-utskrift eftersom de behåller formen på den tryckta strukturen utan att flöda eller förlora fukt, Sa Augusto.

Under de senaste två åren, forskarna har utvecklat en annan metod för modifiering av stärkelse. Detta innebär torr uppvärmning av kassava och vetestärkelse i en ugn medan du kontrollerar både temperatur och tid.

Med den nya metoden kunde de också erhålla geler baserade på modifierad stärkelse som visade optimal tryckbarhet, definieras som förmågan att göra ett 3D-objekt genom additiv tillverkning (lager-för-lager-avsättning) och att behålla dess struktur när det väl har skrivits ut. Torr värmebehandling utökade också texturmöjligheterna för tryckta prover baserade på vetestärkelsehydrogeler.

"Vi fick bra resultat med båda metoderna. De är enkla, billigt och enkelt att implementera i industriell skala, sa Augusto.

Prover av gel baserat på kassava och vetestärkelse trycktes på Oniris och INRAE ​​i Frankrike via ett projekt för att utveckla funktionella stärkelsebaserade geler för 3D-tryck som finansieras av Pays de la Loire regionala innovationsbyrå under ett program som heter Food 4 Tomorrow.

Genom partnerskapet med franska forskare, ESALQ-USP-forskaren Bianca Chieregato Maniglia genomförde postdoktoral forskning vid Oniris och INRAE, tillämpa ozon- och torrvärmningstekniker för att producera geler baserade på modifierad kassava och vetestärkelse för 3-D-utskrift av livsmedel.

Teknikerna utvecklades i samarbete med andra forskare inom 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 få geler med bättre tryckbarhet, vilket resulterar i livsmedel med bättre form, definition och textur, som är väsentliga parametrar för produktacceptabilitet, sa Maniglia.

Nya ingredienser

ESALQ-USP-gruppen planerar nu att studera andra modifieringsmetoder och källor för produktion av 3-D 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 trycka andra saker förutom mat, såsom biomedicinska produkter, inklusive läkemedelskapslar och näringsämnen - livsmedel som är utformade inte bara för att ge näring utan också för att ge hälsofördelar.

"Vi har visat att livsmedelsproduktion är genomförbar genom 3D-tryckning och tillverkning av skräddarsydda ingredienser. Nu planerar vi att utöka tillämpningarna och testa andra råvaror, Sa Augusto.