Extrusión de alimentos

                           EXTRUSIÓN  DE ALIMENTOS

 DEFINICIÓN Harper (1981) define la extrusión como el moldeo de un material por forzamiento, a través de muchas aberturas de diseño especial, después de haberlo sometido a un previo calentamiento; asimismo menciona que la cocción – extrusión combina el calentamiento con el cocimiento y formación de alimentos húmedos, almidonosos y proteicos. Durante el proceso de extrusión, el alimento es trabajado y calentado por una combinación de fuentes de calor, incluyendo la energía disipada por fricción al girar el tornillo, o inyección de vapor directo a lo largo de la cámara. La temperatura del producto supera la temperatura de ebullición normal, pero no ocurre evaporación debido a la elevada presión que existe. Durante el paso de los ingredientes alimenticios a lo largo del extrusor, son transformados de un estado granular a una masa continua. Esta transformación, descrito como cocción, involucra la ruptura de los gránulos de almidón, la desnaturalización de las moléculas de proteína, y otras reacciones que pueden modificar las propiedades nutricionales, de textura y organolépticas del producto final. En la descarga del extrusor, la pasta cocida a alta temperatura y presurizada es forzada a través de una pequeña abertura llamada boquilla, que permite dar forma al producto. La caída de presión a la salida, ocasiona la expansión y la evaporación de la humedad en el producto (Harper y Hansen, 1988). La extrusión es un proceso que combina diversas operaciones unitarias como el mezclado, la cocción, el amasado y el moldeo. El objetivo principal de la extrusión consiste en ampliar 3 la variedad de los alimentos que componen la dieta elaborando a partir de ingredientes básicos, alimentos de distinta forma, textura y color; como harinas instantáneas (Fellows, 1994). La extrusión, además se caracteriza por ser una técnica eficiente y con múltiples ventajas en la cocción de cereales, por ejemplo: inactivación térmica de inhibidores y factores que alteran la digestibilidad o el gusto; interacción entre proteínas y demás ingredientes, producción de un alimento sanitariamente adecuado, alta estabilidad del almacenaje, posibilidad de dar formas y textura diferentes, agregar diversos sabores, colores. El objetivo general de la extrusión de alimentos puede ser variado: lograr la cocción, pasteurización, expansión, reducción de humedad, homogeneización y/o reestructuración (Apró et al., 2000; González et al., 2002). La cocción por extrusión es una forma especializada, y única en el procesado de materiales amiláceos debido a que se trata de una cocción a relativamente bajos niveles de humedad, comparado con el horneado convencional o la cocción de masas y pastas. Los niveles normales de humedad utilizados están en el intervalo de 10-40 por ciento y a pesar de estos bajos valores de humedad el material se transforma en un fluido dentro del extrusor. Bajo estas condiciones las características físicas de las materias primas, tales como el tamaño de partícula, la dureza y el grado de plastificación alcanzado durante el proceso de extrusión llegan a ser determinantes para la transformación final del material. Otra característica de la cocción por extrusión, como ya se dijo, es que resulta ser un proceso HTST pero que además, debido a los esfuerzos de corte que se desarrollan durante el transporte del material en el extrusor, la temperatura se eleva rápidamente (conversión de energía mecánica en calor por flujo viscoso) y así la estructura del material sufre transformaciones profundas en pocos segundos. La masa de partículas (harina de cereales y/o legumbres) más o menos hidratada, es convertida en un fluido de muy alta viscosidad. A medida que ese fluido es trasportado, los elevados esfuerzos de corte en combinación con la alta temperatura, transforman a los elementos estructurales del material, es decir a los gránulos de almidón y a las estructuras proteicas. Valls (1993) indica que algunas ventajas del proceso de extrusión para producir alimentos por esta vía, son: 4 − La mejora o modificación de las propiedades funcionales; − La formación de complejos lipídicos-carbohidratos, que mejoran la textura y las características sensoriales del producto obtenido; − Se desnaturalizan e inactivan factores antinutricionales, que permiten el mejoramiento en el valor nutritivo. 2.1.2. CLASIFICACIÓN DE EXTRUSORES Según Sharma (2003) existen fundamentalmente dos extrusores continuos de tornillo que se utilizan en la industria alimentaria y la de los alimento para mascotas: el extrusor de un solo tornillo y el extrusor de tornillos gemelos. a. EXTRUSORES DE UN SOLO TORNILLO Es un extrusor monotornillo, la única fuerza que mantiene el material girando con el tornillo y avanzando hacia adelante es la fricción contra la superficie interna del barril o cilindro. Este hecho tiende a limitar las formulaciones que es posible extruir con un extrusor monotornillo; las formulaciones con un contenido alto de humedad y ricas en grasas podrían ser difíciles de extruir con un extrusor de esa clase. El flujo en un extrusor monotornillo es una combinación de flujo viscoso (arrastre) y por presión. El flujo viscoso resulta del arrastre viscoso y es proporcional a la velocidad del tornillo. El flujo por presión en la dirección contraria es causado por una presión mayor en el extremo del dado del extrusor. La mezcla de los ingredientes dentro del canal del monotornillo también es limitada porque, por lo general, existen condiciones de flujo laminar. Dichas limitaciones pueden superarse empleando barriles con superficies internas estriadas y un diseño de tornillo de vueltas cortadas. La contrapresión incrementada detrás del dado también puede ayudar a mejorar el rendimiento en cuanto a mezcla. Los extrusores monotornillo parecen ser el modelo preferido para producir alimentos para peces, alimentos para mascotas y pastas. 5 b. EXTRUSORES DE TORNILLOS GEMELOS Como su nombre indica, consisten en dos tornillo que se endentan. Según la dirección relativa de la rotación del tornillo, se dividen en los que giran en mismo sentido y los que giran en sentido contrario. Por lo general, los tornillos que giran en dirección contraria funcionan como una bomba de desplazamiento positivo debido a una cámara cerrada en forma de C formada por los dos tornillos, que progresa desde la alimentación al extremo del dado y evita la filtración de material de un tornillo a otro. Sin embargo, esto también disminuye el grado de mezcla y acorta la distribución del tiempo de residencia, de modo que se aproxima al flujo pistón. El endentamiento de los tornillos y su perfil de presión también determina velocidades del tornillo bastante bajas y, correspondientemente, velocidades de corte bajas. Por lo tanto, estos extrusores se emplean para materiales sensibles a la temperatura que requieren procesamiento uniforme a bajas velocidades de corte totales y con una estrecha distribución de tiempo de residencia. Este tipo de extrusores son particularmente útiles para procesar materiales de baja viscosidad, suspensiones o azucares y gomas de rápida solubilizarían en los que la presión alta es útil. A menudo se citan como la maquina preferida para los tipos de procesos que incluyen “biorreactores” y se utilizan para la producción de dulce de regaliz (licorice). En los extrusores de tornillos gemelos que giran en el mismo sentido, no se forman cámaras cerradas y las vueltas de tornillo combinadas producen pasajes que permiten que el material se mueva de un canal de tornillo a otro. En consecuencia, no se crea una presión tangencial, y cuando la presión es alta en un tornillo, es baja en el otro. Así, los tornillos que giran en el mismo sentido forman canales axialmente abiertos y permiten el intercambio de material a los largo de la máquina. No hay puntos de presión localizados y los pequeños claros entre los tornillos les dan a estos una acción autolimpiadora. Tienen un grado más bajo de acción conductora positiva, pero mejores capacidades de mezcla. Los tornillos que giran en el mismo sentido pueden operarse a velocidades más altas en comparación con los extrusores de tornillos que giran en dirección contraria y, por lo tanto, resultan apropiados para los procesos de cocimiento por extrusión de esfuerzos cortantes alto. En conjunto, los extrusores cogiratorios se consideran como los más útiles para los fabricantes que producen una 6 variedad de productos. Sus buenas características de mezcla, velocidades de tornillos altas y velocidades de producción aceptables han hecho de los extrusores de tornillos gemelos una opción popular para las industrias de las botanas y los cereales para el desayuno. En la figura 1 se muestran los cortes de un extrusor de un solo tornillo y uno de tornillos gemelos.

...