ANÁLISIS DE LA APLICACIÓN DE LA IMPRESIÓN 3D EN EL DISEÑO DE ALIMENTOS MEDIANTE EXTRUSIÓN SOBRE MEDIO CONCENTRADO

Abstract

La fabricación aditiva ha encontrado en la ingeniería alimentaria un campo emergente orientado a la personalización de alimentos y la optimización de procesos. Este Trabajo de Fin de Máster desarrolla una caracterización técnico-experimental de formulaciones alimentarias concentradas y valida su viabilidad para la impresión 3D por extrusión sobre medio concentrado, complementada con ensayos de gelificación inspirados en la esferificación directa con alginato de sodio. La fase experimental, realizada con la impresora FELIX Food 1.6 Switch Head, se estructuró en tres bloques: compota de manzana con goma xantana, compota gelificada mediante esferificación directa con alginato, y cuajada con goma xantana para una segunda capa. Los resultados identifican el comportamiento reológico del material y el ajuste de los parámetros de proceso como factores críticos de la imprimibilidad, y señalan el pH (3,82) como variable dominante de la gelificación, con una combinación óptima de 5 g/L de CaCl₂ y 1,25 g/100 g de alginato. Se diseñó y validó una pieza bicomponente —base de compota gelificada y capa cremosa de cuajada estabilizada con goma xantana— con adhesión correcta entre capas y conservación de la geometría. Su huella de carbono estimada (~44 g CO₂eq/unidad) resultó inferior a la de productos lácteos procesados equivalentes, y el análisis económico mostró viabilidad en todos los escenarios, con periodos de recuperación de 0,5 a 1,4 años. El sistema resulta coherente con los niveles 5 y 6 del marco IDDSI, abriendo una vía de aplicación directa en alimentación adaptada para personas con disfagia que merece validación clínica sistemática.

Additive manufacturing has found in food engineering an emerging field oriented towards food personalization and process optimization. This Master's Thesis develops a technical-experimental characterization of concentrated food formulations and validates their feasibility for extrusion-based 3D printing on concentrated media, complemented by gelation tests inspired by direct spherification with sodium alginate. The experimental phase, carried out with the FELIX Food 1.6 Switch Head printer, was structured into three blocks: apple compote with xanthan gum, compote gelled through direct spherification with alginate, and curd with xanthan gum for a second layer. The results identify the rheological behaviour of the material and the adjustment of process parameters as critical factors for printability, and point to pH (3.82) as the dominant variable governing gelation, with an optimal combination of 5 g/L of CaCl₂ and 1.25 g/100 g of alginate. A bicomponent piece was designed and validated —a gelled apple-compote base and a creamy curd layer stabilized with xanthan gum— with correct interlayer adhesion and preservation of the final geometry. Its estimated carbon footprint (~44 g CO₂eq/unit) was lower than that of equivalent processed dairy products, and the economic analysis showed viability across all scenarios, with payback periods ranging from 0.5 to 1.4 years. The system proves consistent with levels 5 and 6 of the IDDSI framework, opening a line of direct application in adapted food for people with dysphagia that warrants systematic clinical validation.