As proteínas do sorgo oferecem uma base de "bioink" resistente para impressão 3D
As qualidades da proteína de sorgo ajudam a criar estruturas alimentares 3D estáveis
Os cientistas do sector alimentar estão a preparar o caminho para a produção de alimentos e produtos farmacêuticos impressos em 3D com base na proteína do sorgo, um cereal tolerante à seca que não se transforma numa bolha.
Ali Ubeyitogullari, à esquerda, professor assistente de engenharia alimentar nos departamentos de ciência alimentar e de engenharia biológica e agrícola, e Sorer Barekat, bolseiro de pós-doutoramento no departamento de ciência alimentar, demonstram a utilização de uma impressora 3D de alimentos com a sua nova "bioink" feita de proteína de sorgo.
U of A System Division of Agriculture photo by Paden Johnson, CC BY-NC-SA
O grão, que é capaz de crescer em condições climáticas contrastantes, é também conhecido pelos seus benefícios para a saúde, tais como a inibição da inflamação e a redução do risco de doenças cardíacas através da diminuição dos níveis de colesterol total e do aumento do potencial antioxidante com compostos fenólicos únicos. É também um grão de cereal sem glúten.
Ali Ubeyitogullari, professor assistente de engenharia alimentar nos departamentos de ciência alimentar e engenharia biológica e agrícola, já demonstrou que a farinha de sorgo pode ser transformada numa "bioink" para biscoitos de impressão 3D. O próximo passo, segundo ele, é otimizar as proteínas de sorgo que podem ser impressas para a produção de novos alimentos e medicamentos.
As proteínas de sorgo têm sido utilizadas em substitutos de carne e na impressão 3D de alimentos para criar recriações mais realistas de bifes de vaca, por exemplo. As proteínas do sorgo são também utilizadas em barras de proteínas e produtos de pastelaria.
O que torna as proteínas de sorgo particularmente úteis na impressão 3D de alimentos é a sua hidrofobicidade, ou capacidade de repelir a água, para ajudar na coesão do produto.
Muitos materiais alimentares, especialmente amidos e proteínas, são hidrofílicos e absorvem facilmente a água, o que limita a incorporação de componentes hidrofóbicos na formulação, explicou Ubeyitogullari.
"Até agora, a maioria dos esforços na pesquisa de proteínas para impressão 3D de alimentos tem sido em proteínas hidrofílicas, e tem havido uma necessidade de novas proteínas hidrofóbicas que são idealmente de fontes de proteína econômicas e sustentáveis para impressão 3D ", disse Ubeyitogullari.
Num trabalho recentemente publicado, Ubeyitogullari e Sorour Barekat, um pós-doutorado no departamento de ciência alimentar, mostraram que os melhores resultados de impressão 3D usando proteína de sorgo foram alcançados com 25% de proteína e uma velocidade de impressão de 20 milímetros por segundo com um bocal de 0,64 milímetros. O aumento da concentração de proteínas para 35 por cento não melhorou a capacidade de impressão 3D.
"O que mostrámos é que a proteína de sorgo pode ser transformada num novo gel imprimível em 3D, o que nunca foi feito antes", disse Ubeyitogullari. "Devido à sua estrutura única, esses géis podem ser usados nas indústrias alimentícia e farmacêutica como um bioink para encapsular medicamentos ou como um transportador de compostos hidrofóbicos e nutrientes."
Barekat foi o principal autor do estudo intitulado "Maximizando a capacidade de impressão das proteínas do sorgo: Otimização da formulação do gel e dos parâmetros de impressão 3D para desenvolver uma nova bioink", publicado no International Journal of Biological Macromolecules. Ubeyitogullari, membro do corpo docente da Estação Experimental Agrícola do Arkansas, o braço de investigação da Divisão de Agricultura do Sistema da Universidade do Arkansas, foi o orientador de Barekat. Ubeyitogullari também faz parte do Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences da Universidade do Arkansas.
O estudo da proteína do sorgo foi apoiado pelo United Sorghum Checkoff Program. O estudo de Ubeyitogullari sobre biscoitos impressos em 3D utilizando farinha de sorgo foi financiado pelo Arkansas Corn and Grain Sorghum Board.
Tinta proteica de sorgo óptima
O apoio financeiro para o estudo da impressão 3D de alimentos com proteína de sorgo foi fornecido pelo United Sorghum Checkoff Program e pelo National Institute of Food and Agriculture AFRI do Departamento de Agricultura dos EUA, com o número de prémio: 2023-67022-40164. Um instrumento reométrico utilizado no estudo foi também adquirido com o apoio do Arkansas Biosciences Institute.
Barekat e Ubeyitogullari também publicaram um estudo em maio deste ano no Journal of Food Engineering que investigou a incorporação de proteínas de soja e sorgo como estruturas proteicas hidrofílicas e hidrofóbicas para a impressão 3D de alimentos.
Progresso da impressão 3D de alimentos
Nos últimos dois anos, Ubeyitogullari e uma equipa de investigadores do seu laboratório publicaram vários estudos que permitiram avançar os conhecimentos fundamentais da impressão 3D de alimentos.
- "Melhorando a estabilidade da luteína por carregamento em géis de amido-etilcelulose de camada dupla usando impressão 3D de alimentos" foi publicado em maio de 2023 na Additive Manufacturing.
- "Designing future foods: Aproveitando a tecnologia de impressão 3D de alimentos para encapsular compostos bioativos" foi publicado em outubro de 2023 em Critical Reviews in Food Science and Nutrition.
- "Encapsulamento de luteína em géis de amido / zeína de camada dupla usando impressão 3D de alimentos: Improved storage stability and in vitro bioaccessibility" foi publicado em maio de 2024 no International Journal of Biological Macromolecules.
A autora principal destes estudos foi Safoura Ahmadzadeh, anteriormente investigadora de pós-doutoramento no departamento de ciência alimentar, tendo Ubeyitogullari como orientadora. Atualmente, Ahmadzadeh é engenheira de processamento de chocolate na Mars, Inc.
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