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A impressão 3D de alimentos consiste em uma técnica não convencional que permite a criação de estruturas complexas, com alto nível de personalização tanto nutricional quanto estrutural. O processo baseia-se na deposição controlada de uma pasta, frequentemente chamada de “tinta alimentar”, que é extrudada de acordo com parâmetros digitais, formando o alimento camada por camada (Nijdam et al., 2022).
No entanto, o sucesso da impressão não depende apenas da tecnologia empregada, mas também das características da matéria-prima utilizada. Para que um material seja adequado, ele precisa apresentar propriedades específicas, como capacidade de fluir pelo sistema de extrusão, manter sua forma após a deposição e formar uma estrutura estável e coesa ao longo das camadas. Nesse contexto, a versatilidade do material é um fator determinante.
Entre os diferentes biopolímeros explorados, as proteínas do leite têm se destacado como uma das matérias-primas mais promissoras para impressão 3D. Isso se deve à sua capacidade de formar redes estruturais, ajustar propriedades reológicas e interagir com outros componentes, favorecendo tanto a extrusão quanto a estabilidade do produto final (Herrada-Manchón; Fernández; Aguilar, 2023; Lee et al., 2024).
Diante desse cenário, compreender o que torna as proteínas do leite tão eficientes nesse processo é fundamental para o avanço da impressão 3D aplicada a alimentos. Assim, este artigo tem como objetivo discutir as propriedades dessas proteínas e explicar por que elas desempenham um papel central no desenvolvimento de produtos lácteos impressos em 3D.
Caseínas e proteínas do soro: estruturas que determinam a funcionalidade na impressão 3D
Quando se fala em proteínas do leite, destacam-se dois grandes grupos: as caseínas e as proteínas do soro, ambas com estruturas sensíveis a variações de pH, temperatura e força iônica. Essa característica permite modular suas propriedades de acordo com a aplicação desejada, o que é especialmente relevante em processos tecnológicos como a impressão 3D.
As caseínas representam a maior fração proteica do leite, correspondendo a aproximadamente 75–80% do total, e se organizam na forma de micelas. Essas estruturas apresentam elevada capacidade de retenção de água e contribuem para a formação de redes estruturais. Já as proteínas do soro, que correspondem a cerca de 20% das proteínas totais, apresentam comportamento térmico distinto. Com estrutura globular, são mais sensíveis ao calor e, quando submetidas a temperaturas elevadas, sofrem desnaturação, formando uma rede tridimensional (Daffner et al., 2021; Dou et al., 2021).
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No contexto da impressão 3D, as proteínas do soro desempenham papel importante na formação de estruturas mais compactas, estáveis e coesas (Liu et al., 2018). Esse comportamento está associado à exposição de regiões hidrofóbicas durante a desnaturação e ao estabelecimento de interações intermoleculares, que favorecem a formação de uma rede tridimensional. Como consequência, há melhor fusão entre as camadas depositadas e maior integridade estrutural do produto final (Wang et al., 2023) (Figura 1).
Figura 1. Mecanismo de estruturação proteica e formação de rede durante a impressão 3D de alimentos. Fonte: elaborada pelos autores.
Esse processo de reticulação contribui diretamente para a capacidade dos constructos 3D de suportarem as camadas sucessivamente depositadas, em função da maior capacidade de formação de gel (Daffner et al., 2021). Quando utilizadas em conjunto, caseínas e proteínas do soro apresentam um efeito sinérgico positivo sobre a estabilidade e a qualidade do produto final. Essa combinação permite modular o comportamento durante a impressão: as caseínas conferem maior plasticidade e capacidade de retenção de água, enquanto as proteínas do soro atuam no reforço da rede estrutural, aumentando a estabilidade e a precisão do processo.
Desafios, perspectivas e considerações finais
Embora a tecnologia de impressão 3D de alimentos apresente elevado potencial inovador, sua aplicação ainda enfrenta desafios importantes. Entre eles, destacam-se limitações tecnológicas relacionadas à baixa velocidade de produção e à dificuldade de escalonamento dos processos. Além disso, os custos envolvidos ainda são elevados, incluindo investimentos em equipamentos, consumo de energia e necessidade de mão de obra especializada (Dancausa et al., 2024).
Outro ponto relevante é a aceitação por parte dos consumidores. Mesmo quando se utilizam matérias-primas já conhecidas, como os derivados lácteos, o desconhecimento sobre o processo de produção pode gerar resistência e dificultar a inserção desses produtos no mercado (Wu et al., 2024).
Apesar desses desafios, as perspectivas são bastante promissoras. A capacidade das proteínas do leite de formar estruturas tridimensionais estáveis e moduláveis amplia significativamente as possibilidades de aplicação da impressão 3D. Esse potencial se torna ainda mais relevante quando associado à incorporação de compostos bioativos, como probióticos, em matrizes lácteas, abrindo caminho para o desenvolvimento de alimentos funcionais personalizados.
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Dessa forma, a impressão 3D aplicada a lácteos, aliada às propriedades únicas das proteínas do leite, desponta como uma estratégia inovadora capaz de agregar valor nutricional, favorecer a estabilidade dos sistemas alimentares e impulsionar avanços em sustentabilidade e inovação no setor.
Agradecimentos:
Os autores agradecem a CAPES - Código Financiamento 001; ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), à Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG) (APQ 00785-23/RED 00157-23/ APQ-06600-24/ APQ 05926-24), a Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais - Instituto de Laticínios Cândido Tostes (EPAMIG-ILCT) e FINEP (FINEP-01.23.0632.00).
Autores:
Gabriela Aparecida Nalon (Engenharia de Alimentos e membro do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos- LIPA/DTA/UFV)
Maysa Leopoldina Poleto (Graduanda em Engenharia de Alimentos e membro do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos- LIPA/DTA/UFV)
Ana Flávia Coelho Pacheco (Doutora em Ciência e Tecnologia de Alimentos, Professora do ILCT/EPAMIG e membro do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos- LIPA/DTA/UFV)
Profa. Dra. Érica Nascif Rufino Vieira (Professora do Departamento de Tecnologia de Alimentos da UFV e coordenadora do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos- LIPA/DTA/UFV)
Prof. Dr. Bruno Ricardo de Castro Leite Júnior (Professor do Departamento de Tecnologia de Alimentos da UFV e coordenador do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos- LIPA/DTA/UFV)
Referências bibliográficas
DAFFNER, Kilian et al. Characterising the influence of milk fat towards an application for extrusion-based 3D-printing of casein− whey protein suspensions via the pH− temperature-route. Food Hydrocolloids, v. 118, p. 106642, 2021.
DANCAUSA MILLÁN, María Genoveva; MILLÁN VÁZQUEZ DE LA TORRE, María Genoveva. 3D food printing: Technological advances, personalization and future challenges in the food industry. International Journal of Gastronomy and Food Science, v. 37, p. 100963, 2024.
DOU, Xinyue; REN, Junning. The application of dairy products and their derivatives as edible inks in 3D printing technology: A review. International Journal of Food Science and Technology, v. 59, n. 11, p. 8630-8644, 2024.
HERRADA-MANCHÓN, Helena; FERNÁNDEZ, Manuel Alejandro; AGUILAR, Enrique. Essential guide to hydrogel rheology in extrusion 3D printing: how to measure it and why it matters? Gels, v. 9, n. 7, p. 517, 2023.
LEE, Cheng Pau et al. Multi-material Direct Ink Writing 3D food printing using multi-channel nozzle. Future Foods, v. 10, p. 100376, 2024.
NIJDAM, Justin J.; AGARWAL, Deepa; SCHON, Ben S. An experimental assessment of filament-extrusion models used in slicer software for 3D food-printing applications. Journal of Food Engineering, v. 317, p. 110711, 2022.
WANG, Dongxu et al. Whey protein isolate nanofibrils as emulsifying agent to improve printability of Cheddar cheese for 3D printing. Food Hydrocolloids, v. 142, p. 108807, 2023.
WU, Rina; JIANG, Jinhui; AN, Feiyu; et al. Research progress of 3D printing technology in functional food, powering the future of food. Trends in Food Science & Technology, v. 149, p. 104545, 2024.
