Le proteine del sorgo offrono una base resistente per il "bioinchiostro" stampabile in 3D
Le qualità della proteina del sorgo aiutano a realizzare strutture alimentari 3D stabili
Gli scienziati dell'alimentazione stanno aprendo la strada a prodotti alimentari e farmaceutici stampati in 3D basati sulle proteine del sorgo, un cereale tollerante alla siccità che non si trasforma in un blob.
Ali Ubeyitogullari, a sinistra, professore assistente di ingegneria alimentare presso i dipartimenti di scienze alimentari e di ingegneria biologica e agraria, e Sorer Barekat, borsista del dipartimento di scienze alimentari, mostrano l'uso della stampante alimentare 3D utilizzando il loro nuovo "bioinchiostro" a base di proteine di sorgo.
U of A System Division of Agriculture photo by Paden Johnson, CC BY-NC-SA
Questo cereale, che è in grado di crescere in condizioni climatiche contrastanti, è noto anche per i suoi benefici per la salute, come l'inibizione dell'infiammazione e la riduzione del rischio di malattie cardiache grazie alla riduzione dei livelli di colesterolo totale e all'aumento del potenziale antiossidante con composti fenolici unici. È anche un cereale privo di glutine.
Ali Ubeyitogullari, professore assistente di ingegneria alimentare presso i dipartimenti di scienze alimentari e di ingegneria biologica e agraria, ha già dimostrato che la farina di sorgo può essere trasformata in un "bioinchiostro" per la stampa 3D dei biscotti. Il passo successivo, ha detto, è stato quello di ottimizzare le proteine di sorgo stampabili per la produzione di nuovi alimenti e medicinali.
Le proteine del sorgo sono state utilizzate per i sostituti della carne e per la stampa 3D di alimenti, ad esempio per ricreare in modo più realistico le bistecche di manzo. Le proteine del sorgo sono utilizzate anche nelle barrette proteiche e nei prodotti da forno.
Ciò che rende le proteine del sorgo particolarmente utili nella stampa alimentare 3D è la loro idrofobicità, ovvero la capacità di respingere l'acqua, per favorire la coesione del prodotto.
Molti materiali alimentari, soprattutto amidi e proteine, sono idrofili e assorbono facilmente l'acqua, il che limita l'incorporazione di componenti idrofobici nella formulazione, ha spiegato Ubeyitogullari.
"Finora, la maggior parte degli sforzi di ricerca sulle proteine per la stampa alimentare 3D ha riguardato le proteine idrofile e si è sentita l'esigenza di nuove proteine idrofobiche, idealmente provenienti da fonti proteiche sostenibili ed economicamente vantaggiose per la stampa 3D", ha detto Ubeyitogullari.
In un lavoro pubblicato di recente, Ubeyitogullari e Sorour Barekat, borsista post-dottorato presso il dipartimento di scienze alimentari, hanno dimostrato che i risultati ottimali della stampa 3D con le proteine del sorgo sono stati ottenuti con il 25% di proteine e una velocità di stampa di 20 millimetri al secondo con un ugello da 0,64 millimetri. L'aumento della concentrazione di proteine al 35% non ha migliorato la stampabilità 3D.
"Abbiamo dimostrato che le proteine del sorgo possono essere trasformate in un nuovo gel stampabile in 3D, cosa che non era mai stata fatta prima", ha dichiarato Ubeyitogullari. "Grazie alla loro struttura unica, questi gel possono essere utilizzati nell'industria alimentare e farmaceutica come bioinchiostro per incapsulare farmaci o come vettore di composti idrofobici e sostanze nutritive".
Barekat è stato l'autore principale dello studio intitolato "Massimizzare la stampabilità delle proteine del sorgo: Optimizing gel formulation and 3D-printing parameters to develop a novel bioink", pubblicato su International Journal of Biological Macromolecules. Ubeyitogullari, membro di facoltà dell'Arkansas Agricultural Experiment Station, il braccio di ricerca della Divisione di Agricoltura del sistema dell'Università dell'Arkansas, è stato il consulente di Barekat. Ubeyitogullari fa anche parte del Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences dell'Università dell'Arkansas.
Lo studio sulle proteine del sorgo è stato sostenuto dallo United Sorghum Checkoff Program. Lo studio di Ubeyitogullari sui biscotti stampati in 3D con farina di sorgo è stato finanziato dall'Arkansas Corn and Grain Sorghum Board.
Inchiostro proteico di sorgo ottimale
Il sostegno finanziario per lo studio sulla stampa 3D di alimenti a base di proteine di sorgo è stato fornito dallo United Sorghum Checkoff Program e dall'Istituto Nazionale per l'Alimentazione e l'Agricoltura AFRI del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti con il numero di premio 2023-67022-40164. Uno strumento reometro utilizzato nello studio è stato acquistato con il supporto dell'Arkansas Biosciences Institute.
Barekat e Ubeyitogullari hanno inoltre pubblicato a maggio sul Journal of Food Engineering uno studio che ha analizzato l'incorporazione delle proteine della soia e del sorgo come strutture proteiche idrofile e idrofobe per la stampa alimentare 3D.
Progressi nella stampa alimentare 3D
Negli ultimi due anni Ubeyitogullari e un team di ricercatori del suo laboratorio hanno pubblicato diversi studi che hanno fatto progredire le conoscenze fondamentali della stampa alimentare 3D.
- "Enhancing the stability of lutein by loading into dual-layered starch-ethyl cellulose gels using 3D food printing" è stato pubblicato nel maggio 2023 su Additive Manufacturing.
- "Progettare gli alimenti del futuro: Harnessing 3D food printing technology to encapsulate bioactive compounds" è stato pubblicato nell'ottobre 2023 su Critical Reviews in Food Science and Nutrition.
- "Incapsulamento della luteina in gel di amido/zeina a doppio strato utilizzando la stampa alimentare 3D: Improved storage stability and in vitro bioaccessibility" è stato pubblicato nel maggio 2024 sull'International Journal of Biological Macromolecules.
L'autrice principale di questi studi è Safoura Ahmadzadeh, già ricercatrice post-dottorato nel dipartimento di scienze alimentari con Ubeyitogullari come consulente. Ahmadzadeh è ora ingegnere nella lavorazione del cioccolato presso Mars, Inc.
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