Publication
3D printed gluten-free cereal snack with incorporation of Spirulina (Arthrospira platensis) and/or Chlorella vulgaris
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Varela, J. | |
| dc.contributor.advisor | Raymundo, Anabela | |
| dc.contributor.author | Letras, Pedro Miguel Viriato | |
| dc.date.accessioned | 2022-03-22T11:00:13Z | |
| dc.date.available | 2022-03-22T11:00:13Z | |
| dc.date.issued | 2021-11-11 | |
| dc.description.abstract | 3D food printing is a recent promising technology to break cultural barriers by introducing new food sources as microalgae, through innovative food shapes and textures, in a resource scarce world, unfeasible with the current intensive meat and agriculture industries. The present work intended to create an innovative gluten-free cereal snack nutritionally improved by incorporation of microalgae Chlorella vulgaris and Arthrospira platensis (Spirulina) using three-dimensional (3D) printing technology. Furthermore, design settings alterations were performed, registered, and presented in a poster, to explore the creative reach of this technology. From control and different percentage microalgae doughs (5-30%), the ones with most adequate rheology and texture properties for a correct printing process were selected and baked. Nutritional characterisation of the control and 5% microalgae-containing snacks was thus performed, including their total protein and fatty acid content, ashes, humidity, water activity, energy, and carbohydrates, as well as total phenolics, pigments and antioxidant activity. Physical traits of snacks including their colour and dimensions were also analysed. Control snacks presented a lighter and yellow colour compared to snacks containing Chlorella and Spirulina, which had higher green chromaticity, resulting from the natural colour of the biomass. Nutritional characterization revealed Chlorella- and Spirulina-containing snacks had both higher contents of protein and essential minerals than control snack. Overall, 5% Spirulina-containing snacks presented the most promising nutritional and sensory performance with higher antioxidant activity, mineral and protein content. 3D food printing is still limited to the built-in computer assisted design (CAD) software that printers provide. Incorporation of 5% Spirulina improved the nutritional characterization and consumer’s perception of gluten-free products incorporating microalgae. Even so, microalgae incorporation in gluten-free foods using 3D printing requires further studying to allow its commercialization in the food market, while helping to provide consumers a more sustainable diet and respond to the current scarcity of food resources. | pt_PT |
| dc.description.abstract | A impressão 3D de alimentos é uma tecnologia relativamente recente que promete quebrar barreiras tanto pela introdução de novos ingredientes, como as microalgas, como pelas formas e texturas completamente inovadoras. Este recurso toma particular importância dada a escassez de recursos que a humanidade enfrenta aliada aos efeitos advindos do aquecimento global e dos seus percursores, incluindo a agricultura e a exploração pecuária intensiva. No presente trabalho desenvolveu-se um snack cerealífero, isento de glúten e nutricionalmente melhorado através da incorporação de uma microalga, Chlorella vulgaris, ou uma cianobactéria, Arthrospira platensis, utilizando impressão tridimensional (3D). Vários snacks foram impressos com uma forma previamente otimizada (pata de pato), um design que se encontra incorporado no software de design assistido por computador (CAD) da impressora utilizada (Foodini – Natural Machines, Spain). A formulação das massas dos snacks controlo consistiu numa mistura de duas farinhas isentas de glúten (em igual proporção) - milho e arroz, sal, amido de milho e goma xantana (agente espessante), sendo a mistura homogeneizada antes de se adicionar os líquidos, azeite e água. No caso das massas contendo microalgas ou cianobactérias (incorporações de 5 a 30%), as farinhas e amido de milho foram proporcionalmente substituídas pela biomassa. Para aferir quais as melhores massas em termos de capacidade de impressão, todas as formulações foram submetidas a vários ensaios reológicos (varrimentos de tensão, frequência, tempo e ainda curvas de viscosidade) e de textura (teste TPA - adesividade, coesividade e firmeza). De acordo com os resultados obtidos foram selecionadas para as restantes análises as massas de controlo e com incorporação de 5% de biomassa, tanto de Chlorella como de Spirulina. Estas massas foram impressas com o design previamente mencionado e tratados termicamente num forno industrial de convecção a 180 ºC durante 6 min e 30 s. Adicionalmente, foram avaliadas diferentes condições de impressão que têm impacto na definição gráfica do produto final, nomeadamente, o fator de preenchimento (%), a altura (cm) da ponta do cartucho na primeira camada, a espessura das camadas, o tamanho da ponta do cartucho e a velocidade de impressão. Verificou-se que, embora exista a possibilidade de alterar definições de impressão, tais alterações afetam o design incorporado na impressora, e a criação de um design original sem erros, implicando um conhecimento profundo do funcionamento da impressora, cujo utilizador comum não possui. A cor dos snacks, que é um fator determinante da aceitação final do produto, foi avaliada de acordo com o Colour Space International Comission on Illumination (CIE), avaliando-se a cor dos snacks antes e após o processo de cozimento. Os resultados foram expressos em termos de luminosidade (L*), cromaticidade verde (a*) e amarela (b*) e ainda diferença de cor (ΔE*) em relação ao controlo, como quanto ao efeito do processo de cozedura. De forma a realizar a caracterização nutricional e bioquímica dos snacks, estes foram triturados utilizando um processador industrial com um crivo de 0.5 mm. As dimensões dos snacks também foram analisadas em termos de peso, espessura, comprimento e largura. Também a atividade de água foi analisada à temperatura ambiente e em amostras independentes. O teor humidade dos snacks foi quantificado pelo método de referência, através de diferenças de peso inicial em amostras de cada formulação, submetidas a uma temperatura constante (105 ºC), até que variações de peso não se verificassem. Para determinar o conteúdo em cinzas, os snacks cozinhados foram incinerados até serem convertidos a um pó cinza-claro. A quantidade total de ácidos gordos foi determinada através de hidrólise, seguida de centrifugação, o que permitiu a separação por polaridade, e consequentemente, a extração dos lípidos (menos densos), que foram posteriormente secos durante 3 dias e pesados. A quantidade total de proteínas foi determinada através da quantificação do nitrogénio, utilizando o método DUMAS. A atividade antioxidante foi avaliada através de dois métodos: ferric reducing ability of plasma (FRAP) e 2,2-difenil-1-picril-hidrazil-hidrato (DPPH), sendo que os fenólicos totais foram também aferidos de acordo com Mohankumar et al. (2018), baseado na reação com o reagente de Folin-Ciocalteu. Por fim, também os pigmentos, incluindo clorofila a, b e carotenoides, foram quantificados. Todas as análises foram realizadas com triplicados de amostras independentes. Os snacks analisados foram submetidos à avaliação de um painel sensorial com provadores não treinados. Classificaram-se os atributos: cor, textura, aspeto, aroma, sabor e avaliação geral sob forma de escala hedónica de 7 pontos - de (1) desgosto muito a (7) gosto muito. A intenção de comprar foi também determinada utilizando uma escala de 7 pontos (de (1) nunca compraria a (7) compraria sempre). Os snacks que apresentaram melhores características de impressão continham entre 0 a 5% de incorporação de biomassa de microalgas, sendo que as restantes formulações, quer de Chlorella ou Spirulina apresentaram viscosidade pouco adequada para impressão. Para concentrações de biomassa mais elevadas, obtiveram-se designs com erros de impressão, sendo os mesmos mais acentuados para os níveis de incorporação mais elevados. As dimensões dos snacks não foram afetadas significativamente pela incorporação de microalgas em comparação com snacks sem as mesmas. No entanto, verificou-se uma redução substancial da espessura, peso e restantes medidas após o processo de cozedura. Em termos de coloração, foi possível aferir que a incorporação de 5% de biomassa de Chlorella vulgaris levou ao escurecimento e aumento da cromaticidade verde em comparação aos snacks sem esta biomassa, que apresentavam coloração com maior luminosidade e maiores valores de cromaticidade amarela. Já os snacks incorporando 5% de Arthrospira platensis, revelaram uma coloração muito mais escura que as restantes e maior cromaticidade azul e verde no espaço de cor. Verificaram-se diferenças significativas (p < 0.05) entre as amostras com e sem microalga, no que diz respeito a parâmetros reológicos e de textura, sendo possível denotar um aumento de estruturação das massas com o aumento de incorporação de biomassa de microalgas, assim como um aumento da dureza dos snacks. A caracterização nutricional dos snacks possibilitou concluir que os snacks contendo 5% de biomassa de Spirulina apresentavam valores de proteína e minerais essenciais consideravelmente superiores aos restantes snacks, verificando-se o mesmo padrão relativamente à atividade antioxidante e pigmentos (clorofila a e carotenoides), com valores significativamente superiores (p < 0.05). O mesmo aperitivo (5% de biomassa de Arthrospira platensis) foi também o selecionado pelos pelo painel de avaliação sensorial, como sendo o mais apelativo em termos gerais, textura, sabor e aspeto. Como conclusão geral do trabalho realizado, verificou-se que a incorporação de biomassa microalgal permitiu a obtenção de snacks 3D sem glúten, mas com um limite máximo de incorporação de 5% (m/m). Esses snacks apresentaram uma melhoria a nível nutricional, nomeadamente do teor proteico, minerais essenciais e da atividade antioxidante, destacando-se o caso dos snacks com 5% de Arthrospira platensis, comparativamente com o controlo (sem qualquer incorporação de biomassa). A aceitação desses snacks por parte do painel de sensorial, permite perspetivar uma boa aceitação por parte dos consumidores e consequentemente prospetivar um potencial de comercialização. No entanto, a incorporação de microalgas em produtos isentos de glúten, requer ainda mais estudos, de forma que a sua introdução no mercado se torne uma realidade. Uma realidade que poderá ajudar a colmatar a previsível escassez de recursos alimentares e, em simultâneo, contribuir para uma alimentação mais sustentável, particularmente importante para pessoas que não podem consumir glúten. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 202807690 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/17704 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | 3D food printing | pt_PT |
| dc.subject | Microalgae | pt_PT |
| dc.subject | Chlorella vulgaris | pt_PT |
| dc.subject | Arthrospira platensis | pt_PT |
| dc.subject | Gluten-free | pt_PT |
| dc.title | 3D printed gluten-free cereal snack with incorporation of Spirulina (Arthrospira platensis) and/or Chlorella vulgaris | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.grantor | Universidade do Algarve. Faculdade de Ciências e Tecnologia | |
| thesis.degree.level | Mestre | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Biologia Marinha | pt_PT |
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