Desarrollo de un sistema de estrusionado de masa panaria para la impresión en 3D

Abstract

[ES] La impresión 3D alimentaria se encuentra en un momento crítico desde el punto de vista evolutivo ya que se han conseguido desarrollar sistemas simples de impresión 3D para materias primas muy básicas. La impresión y cocinado alimentario exige introducir en la extrusión transiciones de primer y segundo orden gobernadas por flujos de calor y de trabajo, reacciones bioquímicas de transformación o incluso reacciones químicas que finalicen el desarrollo del alimento hasta alcanzar sus propiedades sensoriales finales. El presente trabajo de fin de master tiene como objetivo el diseño y construcción de una impresora 3D que permita el uso de matrices alimentarias complejas que requieran tanto operaciones de calentamiento y deshidratación, como de enfriamiento. Para llevar a cabo el proyecto se estudiarán los procesos físicos, químicos y bioquímicos que ocurren durante el proceso de impresión. Estos se tendrán en cuenta para el diseño y construcción de los sistemas que permitan la realización de las operaciones necesarias para dar como resultado un alimento con características organolépticas aceptables. La materia prima elegida para seguir diversas transformaciones físico-químicas y bioquímicas es la masa panaria. En este proyecto se imprimirá dicha masa induciendo procesos de transformación sobre los almidones y procesos de deshidratación que permitan transformar e imprimir una masa panaria que termine en un producto de bollería.

[EN] Nowadays the evolution of 3D printing of food is in a critical moment, because only have been developed systems for easy food transformations. The food cooking and printing needs to improve the extrusion process by using first and second order transitions, with heat and work fluxes, biochemical reactions, even chemical reactions in order to finish a well process of food transformation reaching the adequate final sensorial properties. The objective of this end master work is to design and build a new 3D printer using food matrices as a raw material, inducing complex transformations such as heating, dehydration or cooling. In order to develop this project will be studied the chemical, physical and biochemical processes which occur during the impression. These will be taken into account for the design and construction of systems which allow to carry out the necessary measures to result in a food with acceptable organoleptic characteristics. The raw material chosen to carry out the described process is dough. In this project, that dough will be printed inducing transformation processes on starches and dehydration processes that allows to transform and print a dough giving as a result a bakery product.

[CA] La impressió 3D alimentària es troba en un moment crític des del punt de vista evolutiu ja que s'han aconseguit desenvolupar sistemes simples d'impressió 3D per a matèries primeres molt bàsiques. La impressió i cuinat alimentari exigeix introduir en l'extrusió transicions de primer i segon ordre governades per fluxos de calor i de treball, reaccions bioquímiques de transformació o fins i tot reaccions químiques que finalitzin el desenvolupament de l'aliment fins a arribar les seves propietats sensorials finals. L'objectiu principal d'aquest treball és el desenvolupament d'un sistema d'impressió 3D de masses panárias i de rebosteria, obtenint formulacions adequades per a l'extrusió, desenvolupant l'equip d'extrusió i prehorneado a 100 º C i plantejant un sistema de control mitjançant infrarojos. Amb aquest objectiu el treball ha plantejat 3 plans experimentals, el primer ha estat la caracterització reològica de diferents formulacions, el segon és la caracterització cinètica dels processos d'assecat mitjançant tècniques infraroges i el tercer és el desenvolupament de diferents extrusors amb camisa de refrigeració així com de diferents muntatges amb bombes, banys i fonts d'escalfament per aire calent. Els resultats mostren dues formulacions idònies per a l'extrusió, un excel·lent control de la cinètica d'assecat mitjançant el monitoratge de la temperatura superficial mitjançant tècniques infraroges i un muntatge d'impressió 3D de massa de rebosteria. De tal manera que ha estat possible desenvolupar un extrusor amb refrigeració interna capaç de dipositar de manera controlada les diferents formulacions, així com un sistema d'impressió 3D sobre una impressora Rostock per masses panárias i de rebosteria.