Las proteínas del sorgo ofrecen una resistente base de "biotinta" imprimible en 3D
Las cualidades de la proteína del sorgo ayudan a fabricar estructuras alimentarias tridimensionales estables
Los científicos de la alimentación están allanando el camino para la impresión en 3D de alimentos y productos farmacéuticos basados en la proteína del sorgo, un cereal tolerante a la sequía que no se convertirá en una mancha.
Ali Ubeyitogullari (izquierda), catedrático adjunto de Ingeniería Alimentaria de los departamentos de Ciencia Alimentaria e Ingeniería Biológica y Agrícola, y Sorer Barekat, becario posdoctoral del departamento de Ciencia Alimentaria, demuestran el uso de una impresora 3D de alimentos con su novedosa "biotinta" fabricada a partir de proteína de sorgo.
U of A System Division of Agriculture photo by Paden Johnson, CC BY-NC-SA
Este grano, capaz de crecer en condiciones climáticas contrastadas, también es conocido por sus beneficios para la salud, como la inhibición de la inflamación y la reducción del riesgo de cardiopatías al disminuir los niveles de colesterol total y aumentar el potencial antioxidante con compuestos fenólicos únicos. También es un cereal sin gluten.
Ali Ubeyitogullari, profesor adjunto de Ingeniería Alimentaria en los departamentos de Ciencias de la Alimentación e Ingeniería Biológica y Agrícola, ya ha demostrado que la harina de sorgo puede convertirse en una "biotinta" para imprimir galletas en 3D. El siguiente paso, dijo, es optimizar las proteínas de sorgo imprimibles para la producción de nuevos alimentos y medicamentos.
Las proteínas del sorgo se han utilizado en sustitutos de la carne y en la impresión 3D de alimentos para hacer recreaciones más realistas de filetes de ternera, por ejemplo. Las proteínas del sorgo en grano también se utilizan en barritas proteicas y productos horneados.
Lo que hace que las proteínas del sorgo sean especialmente útiles en la impresión 3D de alimentos es su hidrofobicidad, o capacidad de repeler el agua, para ayudar a la cohesión del producto.
Muchos materiales alimentarios, especialmente almidones y proteínas, son hidrófilos y absorben fácilmente el agua, lo que limita la incorporación de componentes hidrófobos a la formulación, explicó Ubeyitogullari.
"Hasta ahora, la mayoría de los esfuerzos en la investigación sobre proteínas para la impresión 3D de alimentos se han centrado en las proteínas hidrófilas, y ha surgido la necesidad de nuevas proteínas hidrófobas que idealmente procedan de fuentes de proteínas rentables y sostenibles para la impresión 3D", dijo Ubeyitogullari.
En un trabajo publicado recientemente, Ubeyitogullari y Sorour Barekat, becario posdoctoral del departamento de ciencias de la alimentación, demostraron que los resultados óptimos de la impresión 3D con proteína de sorgo en grano se conseguían con un 25 por ciento de proteína y una velocidad de impresión de 20 milímetros por segundo con una boquilla de 0,64 milímetros. Aumentar la concentración de proteína al 35 por ciento no mejoró la capacidad de impresión en 3D.
"Lo que hemos demostrado es que la proteína del sorgo puede convertirse en un novedoso gel imprimible en 3D, algo que no se había hecho antes", afirma Ubeyitogullari. "Gracias a su estructura única, estos geles pueden utilizarse en las industrias alimentaria y farmacéutica como biotinta para encapsular medicamentos o como portadores de compuestos hidrófobos y nutrientes".
Barekat fue el autor principal del estudio titulado "Maximizing sorghum proteins printability: Optimizing gel formulation and 3D-printing parameters to develop a novel bioink", publicado en International Journal of Biological Macromolecules. Ubeyitogullari, profesor de la Estación Experimental Agrícola de Arkansas, la rama de investigación de la División de Agricultura del Sistema de la Universidad de Arkansas, fue el asesor de Barekat. Ubeyitogullari también forma parte del Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences de la Universidad de Arkansas.
El estudio sobre la proteína del sorgo contó con el apoyo del United Sorghum Checkoff Program. El estudio de Ubeyitogullari sobre galletas impresas en 3D con harina de sorgo fue financiado por el Arkansas Corn and Grain Sorghum Board.
Tinta de proteína de sorgo óptima
El apoyo financiero para el estudio de impresión de alimentos en 3D con proteína de sorgo fue proporcionado por el United Sorghum Checkoff Program y por el Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura de EE.UU. AFRI número de concesión: 2023-67022-40164. También se adquirió un reómetro utilizado en el estudio con el apoyo del Instituto de Biociencias de Arkansas.
Barekat y Ubeyitogullari también publicaron un estudio este mes de mayo en el Journal of Food Engineering que investigaba la incorporación de proteínas de soja y sorgo como estructuras proteicas hidrófilas e hidrófobas para la impresión 3D de alimentos.
Avances en la impresión 3D de alimentos
Ubeyitogullari y un equipo de investigadores de su laboratorio han publicado varios estudios en los dos últimos años para avanzar en los conocimientos fundamentales de la impresión 3D de alimentos.
- "Mejora de la estabilidad de la luteína mediante la carga en geles de doble capa de almidón-etilcelulosa utilizando la impresión 3D de alimentos" se publicó en mayo de 2023 en Additive Manufacturing.
- "Diseñando los alimentos del futuro: Harnessing 3D food printing technology to encapsulate bioactive compounds" se publicó en octubre de 2023 en Critical Reviews in Food Science and Nutrition.
- "Lutein encapsulation into dual-layered starch/zein gels using 3D food printing: Improved storage stability and in vitro bioaccessibility" se publicó en mayo de 2024 en International Journal of Biological Macromolecules.
La autora principal de estos estudios fue Safoura Ahmadzadeh, anteriormente investigadora postdoctoral en el departamento de ciencia de los alimentos con Ubeyitogullari como asesora. Ahmadzadeh es ahora ingeniera de procesamiento de chocolate en Mars, Inc.
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