Extrusion

TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS II – EXTRUSION

EXTRUSION DE ALIMENTOS INTRODUCCIÓN La extrusión de alimentos es un proceso en el que un material (grano, harina o subproducto) es forzado a fluir, bajo una o más de una variedad de condiciones de mezcl mezclado ado,, calent calentami amient ento o y cizall cizallami amient ento, o, a travs travs de una placa! placa!boq boquil uilla la dise"ada para dar forma o expandir los ingredientes La extrusión se ha empleado en la industria alimentaria durante los #ltimos $% a"os& Los requerimientos que, cada vez más, se imponen en los procesos de tratamiento de alimentos son los que han propiciado el auge en el desarrollo de la extr extrus usió ión n para para el trat tratam amie ient nto o de los los mism mismos os&& 'ntr 'ntre e esto estoss requ requis isititos os se incluyen fundamentalmente, la alta capacidad de procesado en continuo con alto alto rendim rendimien iento, to, la eficien eficiencia cia energ energtic tica, a, el proces procesami amient ento o de materi materiale aless viscosos relativamente deshidratados, la mejora de las caractersticas de textura y sabor de los alimentos, el control de los cambios trmicos de los componentes de los alimentos y el uso de ingredientes poco convencionales& La intensa competencia en la industria alimentaria durante los #ltimos a"os ha desembocado en una carrera por el desarrollo de nuevos productos& 'sto ha fomentado el aumento de la flexibilidad y la versatilidad en los procesos de extrusión& Las industrias están cada vez más obligadas a hacer un mayor nfa nfasi siss en la calid calidad ad de sus sus prod produc ucto tos, s, lo que que nece necesa sari riam amen ente te impli implica ca el aumento en el conocimiento de los procesos y la mejora en los sistemas de modelado, simulación, control y optimización de los mismos&

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OBJETIVOS: onocer que es el proceso de extruccion en en alimentos& onocer los tipos de maquinas extructoras&

OBJETIVOS DEL PROCESO DE EXTRUSION occión *asteurización 'xpansión +educción de umedad omogenizacion y restructuracion
















INDICE

pág.

'-.+/0123 4' 5L16'3.2077777777777 777777777&78 13.+24/193777777777777777777777777777&8 1& +':10123 .'2+157777777777777777777777777; 8& L5 '-.+/0193< 7777777777777777777777777&;

VERSATILIDAD: …….…………….……………… …….…………….………………………………….5 ………………….5 1.1. VERSATILIDAD: 1.2.

6'32+'0 =50.20< 77777&77777777777777>

1.3.

*+2'02 5/.26?.12 777&7777777777777&>

1.4.

32 ='3'+5 '@L/'3.'0< '@L/'3.'0< 777&&7777777777777>

A&B @5.2+'0 13@L/'3.'0 '3 *+24/.20 '-.+/1420< 777777$ 777777$ C& *+2'02 4' '-.+/012377777777777777777777&&$ '-.+/012377777777777777777777&&$ ;& 010.'650 '-.+/02+'07777777777777&&777 '-.+/02+'07777777777777&&77777777D 77777D ;&8 L501@15193 4' '-.+/142+'07777777777777&&E 5& '-.+/142+'0 '3 5L1'3.'< 5L1'3.'< 777777&7777777E F& '-.+/0193 '3 @+12<77777777777777777&&G & '-.+/142+'0 4' .2+31LL2<777&7777777777&8%
















>& '@'.2 02F+' 02F+' L20 5L16'3.2077777777777&7777777778 5L16'3.2077777777777&7777777778A A >&8 5+5.'+H0.150 2+=532LI*.150 77&777778A >&A :5L2+ 3/.+1.1:2777777777& 3/.+1.1:2777777777&77777777778C 77777777778C $& :'3.5J50 4'L *+2'02 4' '-.+/0123 777&&777777778; D& 5*L15123'0 4' L5 '-.+/0123 777777&7777777778; 777777&7777777778; 7.1

5L16'3.5123 /65357777&777777777778;

D&A& 5L16'3.5123 53165L77777777777777778>

D&C& /020 134/0.+15L'07777&77777777777778> 23L/0123'0777777777777777&77777777778$& +'26'345123'0777777777777&777777777778D +'26'345123'0777777777777&7777777 77778D F1FL12=+5@15 &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&8E IV.

53'-2<7777777777777777777777777778G

*'1*'+77777777777777777777777777777&&8G '@'.20 4' L5 23'3.+5193 4' ?142 K 4' '-.+/0193 4' :5+15FL'0 02F+' 5L=/350 5+5.'+H0.150 @H0150 K L50
















F1FL12=+5@H5 77777777777&&&77777777777777&C%

=L205+12

I. REVISION TEORICA onsiste ste básica básicamen mente te en compri comprimir mir los alimen alimentos tos hasta hasta 1. La Ext!" Ext!"#$% #$%:: onsi cons conseg eguir uir una una masa masa semi semisó sólilida da,, que que desp despu uss se pasa pasa por por una una pequ peque" e"a a abertura, que permite obtener una gran variedad de texturas, formas y colores a partir de un ingrediente inicial& 'ste procedimiento ha dado lugar a productos con formas y texturas& La extrusión puede servir para dar forma y, en ocasiones, cocinar ingredientes crudos y convertirlos en productos acabados&

Elaboración de productos extrudados para alimentación humana y animal
















La extr extrus usió ión n perm permit ite e con contro trolar lar la canti antida dad d de agua agua cont conten enid ida a en los los ingredientes, de la que dependen la aparición de microbios y la consiguiente putrefacción de los alimentos& *or lo tanto, es una tcnica muy #til para producir productos alimentarios con una humedad óptima y duraderos, que cada vez se emplea más para obtener toda una serie de productos como aperitivos, algunos cereales de desayuno, golosinas y comida para animales& La extrusión es un proceso que combina diversas operaciones unitarias como el mezclado, la cocción, el amasado y el moldeo& 'l objetivo principal de la extrusión consiste en ampliar la variedad de alimentos que componen la dieta elaborando, a partir de ingredientes i ngredientes básicos, alimentos de distinta forma, textura color y bouquet& bouquet& La extrusión con cocción es un tratamiento trmico a elevada temperatura durante corto tiempo (1 B1.0.) que reduce la cont contam amin inac ació ión n micr microb obia iana na e inac inactitiva va las las enzimas& 0in embargo, tanto los alimentos extruidos en caliente como en frio, se cons conser erva van, n, prin princi cipa palm lmen ente te,, por por su baja baja activi activida dad d de agua& agua&

(@ello (@ellos s,, *&

.ecnologa del *rocesamiento de los 5limentos) La extrusión es una operación unitaria que está está ganando popular popularidad idad por por las siguientes razones<

1.5.

V&"at#'#(a(: C)*+#%a%() Ia p)p),#$% (& #%g&(#&%t&" *#%)#ta#)" Ia Ia"" ,)%( ,)%(#, #,#) #)%& %&"" (!a (!a%t %t&& 'a &x &xt t!" !"#$ #$% % p!&( p!&(&& )+t& )+t&%& %&" "&& !%a !%a ga% ga% a#&(a( (& p)(!,t) p)(!,t)". ". E' p),&") p),&") &" &xt&*a( &xt&*a(a*&% a*&%t& t& /'&x#+'& /'&x#+'& - p!&(& p!&(& a,) a, )*)( *)(a"& "& a 'a 'a"" (&*a (&*a%( %(a" a" (& %!& %!&)" )" p)( p)(!, !,t) t)"" p) p) pat pat&& (&' (&' ,)%"!*#(). L)" a'#*&%t)" &xt!#()" (#/0,#'*&%t& p)(á% )+t&%&"& p) )t)" *t)()".


















el desayuno, comparado con el proceso tradicional de elaboración, ahorra el 8GM de la materia prima, el 8%%M de la energa, el ;%M de la mano

d e obra

y

el ;;M ;;M de los gastos de instalación (4arrington, 8GED)& 1.7.

P),&") a!t)*át#,) con una gran capacidad de producción< 's capaz , de producir C8> Ng a 1a hora de snacNs, 8&A%% Ng de cereales de baja densidad dens idad y G&%%% G &%%% Ng de de alimentos alimentos para animales& animales&

1.8.

N) g&%&a &/'!&%t&": La extrusión constituye un ejemplo de los sistemas de procesado en los que el tama"o de los alimentos se aumenta& 6ediante la extrusión los alimentos granulados de peque"o tama"o o pulverizados, se transforman en alimentos de tama"o de particula mayor& 2tros procesos que aumentan el tama"o de particula son los de& aglomeración de alimentos pulverizados y los de moldeo&

2.

2ACTORES IN2LUENTES EN PRODUCTOS PRODUCTOS EXTRUIDOS: EXTRUIDOS: Los dos princ principa ipales les factor factores es que influy influyen en sobre sobre 1a natura naturalez leza a del produc productos tos extruido son< •

Las condiciones durante 1a extrusión Las propiedades reo lógicas del alimento en cuestión
















3. PROCESO DE EXTRUSION 4urante 4urante la extrusió extrusión n en calient caliente e de los alimento alimentoss almidon almidonosos osos (maz triturado triturado y harinas de trigo) su humedad se incrementa por adición de agua y el almidón se some somete te,, a elev elevad adas as temp temper erat atur uras as,, a inte intens nsas as fuer fuerza zass de ciza cizalllla& a& omo omo consecuencia de ello 8$&M de granos granos de almidón se hinchan, hinchan, absorben absorben agua agua y se gelat gelatini iniza zan, n, y su estructura estructura macromole macromolecular cular se abre dando Lugar Lugar a una masa viscosa y plástica 'llo hace que el almidón, sin degradarse, se haga mas soluble& Los cambios cambios que se produce producen n en su solubilid solubilidad ad en diferente diferentess cond condic icio ione ness de temp temper erat atur ura a a inte intens nsid idad ad de fuer fuerza za de ciza cizalllla a se mide miden n medi median ante te el ndice ndice de absorció absorción n de agua agua (O51) (O51) y la solubil solubilidad idad en en agua caracterstica (O0)& 'l O51 de los cereales cereales y sus derivados derivados generalrne generalrnente nte aumenta, aumenta, a medida medida que aumenta aumenta la intensidad del proceso alcanzando su máximo a 8E%BA%% P, pero en cambio, el O0 desciende& 'n la extrusión extrusión de cereales, cereales, durante las experiencias experiencias a escala de plata piloto, la viscosidad de 1a pasta se controla, con objeto de determinar las condiciones mas adecuadas para el proceso, asi como durante este, con objeto de mantenerlas& 'n toda extrusión en caliente de alimentos proteicos (por ejemplo< harina de soja y semi1las oleaginosas desengrasadas), desengrasadas), la estructura estructura cuaternaria cuaternaria de las proteinas se abre por la humedad y las elevadas temperaturas durante e1 proceso, dando
















es accionada por una fuente de energa, en la que el alimento es comprimido y trabajado hasta la obtención de una masa semisólida que es impulsada a travs de un pequ peque" e"o o orif orific icio io&& 0i dura durant nte e la oper operac ació ión n el alim alimen ento to es some sometitido do a tratamiento trmico, al proceso se le denomina extrusión con cocción (o extrusión en caliente)&

4.1 C'a"#/#,a,#$% D& Ext!#()&" Los extructores se clasifican seg#n su funcionamiento (extructores en caliente o en frio) y su construcción (sencillos o de tornillos gemelos)&
















formas<

•

•

5umentando el diámetro del tornillo y disminuyendo disminuyendo su paso de rosca, /ti1 /ti1iz izan ando do un ci1i ci1ind ndro ro tron tronco coBc Bcón ónic ico o y un tomi tomillllo o de paso paso de rosc rosca a

hornogeneo o progresivamente decreciente, •

2bstruyendo las alas del tornillo& La boquilla de1 extruidor proporciona una compresión acondicionada& *ara 1a obtenc obtención ión de produ producto ctoss expa expandi ndido doss se emple emplean an presi presion ones es elev elevada adass boquillas boquillas de orificios peque"os& peque"os& La rápida rápida liberación de la presión que se produce produce a la salida salida de la boquilla boquilla provoca provoca la expans expansión ión instantáne instantánea a del vapor y el gas que contiene el alimento, dando lugar a un producto de baja densidad en el que el agua que contiene se pierde por evaporación& 'l grado de expa expans nsió ión n del del prod produc ucto to se pier pierde de cont contro rola larr vari varian ando do la pres presió ión n y la temp tempera eratu tura ra que que se gene genera ran n dura durant nte e el proc proces eso, o, de acue acuerd rdo o con con las las propiedades reo lógicas del alimento& 'l perfil de estos parámetros durante el proceso se muestra en la @igura 8C&8& 'n algunos productos (por ejemplo< snacNsQ)
















+. Ext!"#$% &% /#): 'n este tipo de extrusión el alimento se extruye en lineas sin cocción o la distorsión que produce la expansión del vapor de agua& on el objeto de que la materia prima este sometida a 1a mnima fricción posible los tornillos de estos extruidores poseen unas alas muy profundas y ruedan a poca velocidad en un tubo de superficie interna lisa& 0e emplean pare elaborar pasta, hot dogs, dogs, algunos algunos pastas pastas para pastel pasteleri eria, a, y confi confiter tera a 5 vece vecess tamb tambi in n los los extruidores en frio como en caliente disponen de una boquilla especial para


















•

'xtr 'xtrui uido dore ress de elev levada ada fuer fuerzza de cizal izalla la (cer (cere eales ales para ara

desayuno y snacNs) •

'xtruidores de fuerza de cizalla moderada (pasta para rebozar y

de alimentos alimentos de humedad intermedia para animales de compa"ia) •

'xtr 'xtrui uido dore ress de baja baja fuer fuerza za de ciza cizalllla a (pas (pasta ta y prod produc ucto toss

carnicos)& Los extruidore extruidoress de tornillo tornillo #nico constan de varias varias partes< una sección para transformar las particulas en una masa homogeneaR, una sección de amasado para comprimir, mezclar y desgarrar el alimento plastificado y, en los tomillos de gran fuerza de cizalla, una sección de cocido 'l transporte de la materia prima por los extruidores de tornillo /nico depende en su mayor parte del del grado grado de fricció fricción n con la superfic superficie ie del cilindro& cilindro& 'n ellos la materia materia prima progresa (flujo de arrastre) por la acción del tornillo y solo una peque"a parte refluye entre el tornillo y 1a pared del cilindro (flujo de presión y flujo de escape), '1 flujo de presión esta producido por la presión frecuente que se crea tras la
















•

0u prod produc ucci cion on es inde indepe pend ndie ient nte e del del fluj flujo o de alim alimen enta taci ción ón y pued puede e

ajustarse para desplazamiento positivo de los tornillos& •

Los extruidores de tomillos gemelos pueden manejar productos aceitosos,

pegajosos con elevado contenido en agua que en los de tornillo #nico refluira con facilidad& La concentración concentración máxima de algunos componentes componentes que los extruidores de torrillo #nico y de doble tornillo son capaces de manejar es respectivamente la siguiente< ; y A%M de grasa, 8% y ;%M de azucares y C% y $> de agua& omo puede apreciarse los extruidores de tornillos gemelos son mas versatiles& La presión en el barri1 puede controlarse modificando el flujo hacia adelante y hacia atrás& 5si, por ejemplo, en la fabricación de regaliz el alimento se calienta y se comprime transportandolo hacia 1a boquilla& on objeto de eliminar el exceso de agua y para adicionar ingredientes, la presión se se libera
















La secció sección n de descar descarga, ga, que es corta, ta, hace que se cree cree una presión presión lo suficientemente elevada para lograr la extrusión, por lo que, en estos extruidores, al contrario de lo que sucede en los de tornillo #nico la zona de 1a maquina sometida a un mayor desgaste, es menor 'l contrario de lo que sucede con los (de tornillo #nico que solo pueden procesar productos granulados en un rango estrecho de tama"o de partcula, los de tornillos gemelos pueden manejar productos tanto granulados, como pulverizados&

5. E2ECTO SOBRE SOBRE LOS ALIMENTOS 5.1 Caa,t&0"t#,a" Oga%)'pt#,a" Las condiciones .0. de la extrusión en caliente apenas si afectan al color y
















Las perdidas :itamnicas de los alimentos extruidos dependen del tipo alimento, de su contenido en agua y del tiempo y la temperatura de tratamiento& 0in embargo, por lo general, en la extrusión en fro las perdidas son infimas& Las condi condicio ciones nes .0. .0. de extrus extrusión ión en calie caliente nte y el enfriami enfriamien ento to rápido rápido del producto a 1a salida de 1a boquilla, hacen que las perdidas vitamnicas y en aminacidos esenciales sean relativamente peque"as& 5s, por ejemplo, en un proceso de extrusión de cereales a 8>;S 8>;S el G>M de la tiamina se retiene y unic unicam amen ente te

se

prod produc ucen en perd perdid idas as de poca poca import importan anci cia a en 1a ribo ribofla flavi vina na,,

piridoxina niacina y acido fólico& 4ependiendo del tiempo al que el alimento se mantie mantiene ne a una temper temperatu atura ra elev elevad ada, a, las las perdid perdidas as en 5cid 5cido o ascórb ascórbico ico y vitamina  pueden ser de hasta >%BG%M& 4e acuerdo acuerdo con las condiciones condiciones de 1a extrusión extrusión,, las perdidas perdidas en Lisi Lisina na,, cistina y metionina son, en los derivados del arroz, del >%BG%M& Las transB formaciones experimentadas por las proteinas de la harina de soja, dependen de
















*osibilidad *osibilidad de procesami procesamiento ento en diversas diversas formulacio formulaciones, nes, permitiendo permitiendo&&

•

adecuar el nivel nutricional seg#n las necesidades& •

Fajo costo de procesamiento&

•

.ecnologa simple

•

6nimo deterioro de nutrientes de los alimentos en el proceso&

•

'ficiente utilización de la energa&

•

5usencia de efluentes&

•

1nactivación de enzimas y factores antinutricionales&

•

*roducción de alimentos inocuos&

7. APLICACIONES DE LA LA EXTRUSION EXTRUSION 7.

A'#*&%ta,#)% 8! 8!*a%a


















•

5ditivos de panificación

•

5lmidones modificados

•

*roductos de confitera&

•

*astas (fideos)

•

Febidas en polvo
















•

1ndustria del papel

•

1ndustria textil

•

@undiciones metal#rgicas

•

*erforación de pozos de petróleo

•

5dhesivos y agentes ligantes ligantes































•

+ealizar estudios de los parámetros que influyen en la calidad del

producto final en una extrusora con controles automatizados&

•

+ealizar estudios de vida en anaquel para determinar su vida #til del

bocadito&

•

+ealizar estudios estudios de cómputo qumico o score qumico qumico y el análisis

biológico

































(W>>) (8G) CDEEB;%%;, @ax< (W>>) (8G) CAEGBC$8D, ampinas B 0*, Frasil& 'B yoNicXfea&unicamp&br mail mail
















paráme parámetro tross indepe independi ndient entes es afecta afectan n a los paráme parámetro tross del sistem sistema a como como la distribución de tiempo de residencia, la necesidad de energa para el proceso, el
















fsi fsica cass de almi almidó dón& n&

.ran .ransf sfor orma maci ción ón de un prod produc ucto to actu actual al es la mejo mejorr

correl correlaci ación ón con la energa energa propor proporcio cionad nada a con el produc producto& to& 'l alcance alcance de la
















4ise"o experimental para las variables de extrusión
















+elación de expansión












































































































































Extrusion

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