TECNOLOGIA DE CEREALES Y LEGUMINOSAS
CLARA RAQUEL ESPINOZA SILVA MIGUEL ANGEL QUISPE SOLANO
2011
Titulo: TECNOLOGIA DE CEREALES Y LEGUMINOSAS Autores: Clara Raquel Espinoza Silva Miguel Angel Quispe Solano Editado por: Clara Raquel Espinoza Silva Miguel Angel Quispe Solano
Primera Edición: Abril del 2011
PROLOGO Los
autores
del
Texto
“TECNOLOGIA
DE
CEREALES
Y
LEGUMINOSAS”, Investigadores de la Universidad Nacional del Centro del Perú, brindan esta obra, con el objetivo de dar a conocer los aspectos importantes de los cereales y leguminosas.
Se sabe que estos alimentos constituyen la fuente principal de alimentos para los hombres aportando proteínas, carbohidratos y otros nutrientes que son razón de su estudio.
Asi mismo estos alimentos son transformados en diversos productos cuyos aspestos tecnológicos, químicos y bioquímicos son abordados en el el presente texto. . Los autores nos sentimos satisfechos de la contribución que brindamos a los estudiantes, quienes obtendrán conocimientos específicos de utilidad de la tecnología de cereales y leguminosas.
Los autores
CONTENIDO I.
INTRODUCCION
II.
DESCRIPCION
III.
ANALISIS GENERAL
IV.
ACTUALIZACION
V.
DESARROLLO INTEGRAL EN LA INDUSTRIA DE TECNOLOGIA DE CEREALES
VI.
CONCLUSIONES
VII.
RECOMENDACIONES
VIII.
BIBLIOGRAFIA
EXAMEN EVALUACION DE DOCUMUENTO
INTRODUCCION
Los cereales constituyen la fuente de nutrientes más importante de la humanidad. Históricamente están asociados al origen de la civilización y cultura de todos los pueblos. El hombre pudo pasar de nómada a sedentario cuando aprendió a cultivar los cereales y
obtener
de
ellos
una
parte
importante
de
su
sustento.
Cada cultura, cada civilización, cada zona geográfica del planeta, consume un tipo de cereales específicos creando toda una cultura gastronómica en torno a a ellos. Entre los europeos domina el consumo del trigo; entre los americanos, el de maíz, y el arroz es la comida esencial de los pueblos asiáticos; el sorgo y el mijo son propios de las comunidades africanas. Los cereales constituyen un producto básico en la alimentación de los diferentes pueblos, por sus características nutritivas, su costo moderado y su capacidad para provocar saciedad inmediata. Su preparación agroindustrial y tratamiento culinario son sencillos y de gran versatilidad, desde el pan o una pizza, hasta miles de dulces diferentes. Su
consumo
es
adecuado,
para
cualquier
edad
y
condición.
En nuestro ambiente la forma de consumo de los cereales es muy variada; pan, bollería, pasteles, pastas, copos o cereales expandidos; pero también sirven como materia prima para industrias de bebidas alcohólicas como la cerveza o el whisky. Los cereales han contribuido de manera importante en la alimentación del hombre durante miles de años. En nuestros días siguen siendo la fuente principal de energía y proteínas en muchas regiones. En el caso de granos andinos se trata de alimentos con alto valor nutricional, allí radica su importancia en la alimentación en los países en vías de desarrollo como Perú y Bolivia donde existen altos índices de desnutrición infantil. Los cereales constituyen un grupo de plantas dentro de otro más amplio: las gramíneas. Se caracterizan porque la semilla y el fruto son prácticamente una misma cosa: los granos de los cereales. Los más utilizados en la alimentación humana son el
trigo, el arroz y el maíz, aunque también son importantes la cebada, el centeno, la avena y el mijo. Los miembros de la familia Gramíneas que producen granos de cereal, generan frutos secos con una sola semilla. Este tipo de fruto es un cariópside. La cariópside esta formada por una cubierta de fruto o pericarpio que rodea a la semilla y se adhiere fuertemente a la cubierta de la semilla. La semilla esta constituida a su vez por el embrión o germen y endospermo encerrados dentro de una epidermis nuclear y de la cubierta de la semilla. Los principales cereales son el trigo, la cebada, avena, centeno, arroz, maíz, sorgo y mijo. Estos cereales han sido fuente de alimentación muy importante durante miles de años.
En realidad, su producción, almacenamiento y uso ha contribuido en gran
medida al desarrollo de la civilización moderna.
DESCRIPCION Los cereales son importantes, alrededor del 90% de energía consumida por los seres humanos en el mundo lo tomamos directa o indirectamente de los cereales.
Los
cereales aportan también una elevada proporción de las proteínas que consumen las personas mas pobres en todas las regiones geográficas.
Es por las razones expuestas arriba es que nos parece importante revisar y aprender sobre los temas tratados en el presente referido a características generales de los cereales para poder conocer cual es su constitución histológica y composición par así poder su importancia nutricional; la post cosecha y mediante esta poder determinar como realizar su manejo con la finalidad de evitar al máximo las pérdidas que por esta razón sufren; el almacenamiento de mucha importancia pues va ha ser la forma de preservar el mayor tiempo posible los cereales; y por último de gran importancia la industrialización considerándose panificación, pastas y extrusión por ser productos de gran desarrollo industrial.
I.
ANALISIS GENERAL
El hombre ha utilizado II.
ACTUALIZACION
III.
DESARROLLO INTEGRAL EN LA INDUSTRIA DE TECNOLOGIA DE CEREALES
CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS CEREALES ALMACENAMIENTO MANEJO POSTO COSECHA INDUSTRIALIZACION
1. CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS CEREALES
A. CONSTITUCION HISTOLOGICA DE LOS GRANOS
Los granos de los cereales tienen una estructura histològica muy semejante: se componen de una parte externa constituida por unas envueltas secas y duras de naturaleza lignocelulòsica, que protegen el grano. Estas envueltas, que no son sino cubiertas florales modificadas denominadas glumas o glumillas. Considerando se los granos desnudos ( maiz, trigo y centeno) y los granos vestidos o cubiertos (arroz, avena y cebada). En el grano desnudo, las cubiertas mas externas forman el pericarpio, que se subdivide en epicarpio, protegido por la cutícula
y los pelos, mesocarpio
formado por células trasversales y endocarpio por celulas tubulares.
Constitución histològica de un grano de cereal:
El grano del cereal, que constituye el elemento comestible, es una semilla formada por varias partes: la cubierta o envoltura externa, compuesta básicamente por fibras de celulosa que contiene vitamina B 1 , se retira durante la molienda del grano y da origen al salvado. En el interior del grano distinguimos fundamentalmente dos estructuras: el germen y el núcleo. En el
germen o embrión abundan las proteínas de alto valor biológico, contiene grasas insaturadas ricas en ácidos grasos esenciales y vitamina E y B 1 que se pierden en los procesos de refinado para obtener harina blanca. La parte interna o núcleo amiláceo, está compuesto por almidón y en el caso del trigo, avena y centeno por un complejo proteico denominado gluten que está formado por dos proteínas: gliadina y gluteina, que le dan elasticidad y características panificables a la masa de pan y son responsables de la esponjosidad y textura del buen pan. Cuando el cereal se consume tras quitarle las cubiertas y el germen, se denomina cereal refinado. Cuando se procesa sin quitarle las cubiertas, el producto resultante se denomina integral. Las harinas integrales son más ricas en nutrientes, contienen mayor cantidad de fibra, de carbohidratos y del complejo vitamínico B 1 . El valor nutritivo de los cereales está en relación con el grado de extracción del grano "cuanto más blanco es un pan, menor valor nutritivo tiene". (Callejo, 2002)
PSEUDOCEREALES
Los pseudocereales son plantas de hoja ancha (no gramíneas), que son usadas de la misma manera que los cereales (los verdaderos cereales son pastos). Su semilla puede ser molida a harina, y así utilizada. Ejemplos de pseudocereales son amaranto, quinoa, Fagopyrum.. Los granos andinos son conocidos como pseudos cereales, y son plantas oriundas de los Andes. Han sido cultivadas durante miles de años en el Perú, asi como en otros paises andinos. En tiempos antiguos constituían la base de la dieta de estas regiones. Hoy en día el interés hacia estas plantas tradicionales ha aumentado porque se ha reconocido su elevado potencial nutricional especialmente en la alimentación de los niños. Los granos de quinua mas importantes son la Quinua (Chenopodium quinoa), la kañiwa (Chenopodium pallidicaule), y la kiwicha (Amaranthus caudatus).
QUINUA La quinua es una planta alimenticia muy antigua del área andina. algunas investigaciones, su cultivo data de 5000 años a.C.
Según
Los incas
reconocieron desde muy temprano su alto valor nutricional. En la actualidad la quinua se cultiva en Perú, Bolivia y en algunas zonas de Colombia, Ecuador, Chile y Argentina. La quinua es una planta anual cuyo periodo vegetativo varía de 150 a 240 días. Se adapta muy bien a diferentes condiciones ambientales y por eso se puede cultivar desde los 0 hasta los 4000 metros sobre el nivel del mar. La semilla de quinua es un fruto maduro de forma lenticular, elipsoidal, cónica o esferoidal. Presenta tres partes bien definidas que son: episperma, embrión y perisperma. El tamaño de la semilla puede ser entre 1,5 y 2,6 mm de diámetro dependiendo de la variedad, como también su color.
KAÑIWA Frecuentemente confundida con la quinua, la kañiwa es una planta menos conocida y menos difundida que la quinua.
No obstante la kañiwa ha
contribuido a la sobrevivencia de los pobladores andinos durante cientos de
años, creciendo en condiciones climáticas y ecológicas consideradas entre las más difíciles del mundo. El cultivo de la kañiwa no está mayormente difundido fuera de la zona del altiplano peruano-boliviano y de las serranías de Cochabamba. En el Perú el departamento de mayor producción es Puno. La kañiwa tiene gran variabilidad genética bien representada en la colección de la estación experimental de Camacani de la Universidad Nacional del Altiplano (Puno).
Consiste en 339 accesiones de Perú y 26 accesiones de Bolivia.
(Lescano 1997). Los requerimientos del cultivo de kañiwa son similares a los de la quinua, aunque es menos exigente en cuanto a la calidad de suelo .
Soporta
temperaturas bajas de hasta -3°C . Es también menos exigente en cuanto a la humedad que otros cultivos andinos . La kañiwa responde a las fertilizaciones del nitrógeno y fósforo, habiéndose obtenido rendimientos de 2400 kg/ha utilizando fertilizantes de nitrógeno y potasio.
KIWICHA De acuerdo a los cronistas españoles, el consumo de kiwicha se hallaba ampliamente extendido en la población local al momento de la llegada de los europeos. Esta planta tiene, como en el caso de la quinua y kañiwa diferentes nombre locales, como por ejemplo achita, quihuicha, inca jataco, ataku, sankurachi, millmi, coima y sangorache. Existen evidencias que indican que la kiwicha era cultivada por culturas pre incas. Los españoles llevaron la planta a Europa donde su empleo fue y sigue siendo ornamental. El Amanthus caudatus o kiwicha tiene su origen en los andes de América del Sur. Esta especie crece en zonas de Bolivia , Perú, Ecuador y Argentina. En México y America Central se encuentran otras especies de amaranto como el Amanthus cruentus, Amaranthus hipochondriacus.
En América del Norte se
cultivan cuatro especies: Amaranthus edulis, A. retroflexus, A. tricolor y A. gangeticus. La mayoría de especies de amaranto pueden crecer bien en suelos alcalinos, ácidos, con alto contenido de sal y alumnio. También tienen gran capacidad para adaptarse a diferentes altitudes (desde el nivel del mar hasta 3500
m.s.n.m). Algunos fenotipos resisten relativamente bien temperaturas bajas. En cuanto a la humedad para su desarrollo, las especies de amaranto requieren un nivel menor que por ejemplo el maíz.(Repo, 1998). Los granos de amaranto se consumen tal cual y en forma de harinas y sus derivados. También se elabora con ellos, tras una fermentación previa, una bebida alcohólica tipica de Bolivia denominada chicha. Hervidos, ya sea enteros o partidos, son empleados como ingrediente de sopas, y mezclados con frutos secos y copos de avena, para elaborar un tipo de muesle. Los granos reventados también se preparan de un modo similar a las palomitas de maíz. La harina de amaranto, generalmente mezclada con otros tipos de harina, se utiliza en la elaboración de diversos productos , com galletas o panes. La harina integral tiene grán interés por su alto contenido en lisina, vitaminas y minerales.
B. COMPOSICIÓN DE LOS CEREALES
Los cereales contienen almidón que es el componente principal de los alimentos humanos. El germen de la semilla contiene lípidos en proporción variable que permite la extracción de aceite vegetal de ciertos cereales. La semilla está envuelta por una cáscara formada sobre todo por la celulosa, componente fundamental de la fibra dietética. Algunos cereales contienen una proteína, el gluten, indispensable para que se forme el pan. Las proteínas de los cereales son escasas en aminoácidos esenciales como la lisina.
En el siguiente cuadro se observa la composición quìmica de diferentes partes del grano de cereal.
Parte
del
Proteinas
Minerales
Lìpidos
Celulosa
Hemicelulosa
Almidòn
7-8
3-5
1
25-30
35-43
0
grano
Pericarpio
Germen
35-40
5-6
15
1
25-30
20
Endospermo
8-13
3.35-0.60
15
0.3
0.5-3
70-85
Grano
10-14
1.6-2.1
1.5-2.5
2-3
5-8
60-70
entero
COMPOSICION PROXIMAL DE QUINUA Y KAÑIWA (en base 100 g)
QUINUA Humedad Grasa Proteínas Ceniza Fibra Carbohidratos por diferenci Saponinas
KAÑIWA
BH 9.4 5.49 13.2 3.6 4.8 63.51
BS 6.06 14.57 3.97 5.29 70.1
0.12
--------
BH 9.6 7.4 15.7 3.4 6.4 57.5
BS 8.18 17.39 3.76 7.07 62.14
ESPINOZA (2000)
HIDRATOS DE CARBONO
Constituido principalmente de almidón, que se encuentra en el endospermo, los azùcares libres en el germen y celulosas y hemicelulosas en el pericarpio. Los azùcares mas abundantes se encuentran en la hemicelulosa de los granos enteros y estos son los d-xilosa, l-arabinosa, tambien en menor proporción hexosas y sus derivados , d-galactosa, d-glucosa, ácido d-glucorònico y ácido 4-0 metil-d-glucorònico. Se encuentran los pentosanos tambien en menor proporción. Alto contenido de fibras dietéticas en cereales
PROTEINAS Representan alrededor del 13% siendo mas altos en avena y triticale. (albuminas, globulinas, prolaminas, gluteninas) Avena (avenalina) Trigo (gliadina y glutenina) Maiz (zeina) Cebada (hordeìna) Arroz (origina) Centeno ( cecalina y leucosina) Los cereales son deficientes en lisina.
LIPIDOS Es bajo, a excepción de la avena y el maiz (5%). Aproximadamente, las dos terceras partes de estos lìpidos son libres (se pueden extraer con eter); el tercio restante son los lìpidos ligados a otros constituyentes proteicos o glucìdicos. Algo mas de la mitad de los lípidos de los cereales son lìpidos no polares, principalmente triglicéridos, asì como diglicèridos o èsteres de esteroles y àcidos grasos libres.
El resto, lípidos
polares son glicolìpidos y fosfolìpidos. A continuación se muestra las caracterìsiticas fisicoquìmicas de la fracciòn lipídica de la quinua y kañiwa.
CARACTERÍSTICAS
FISICOQUÍMICAS
DE
LA
FRACCIÓN
LIPÍDICA DE LA QUINUA Y KAÑIWA
QUINUA Apariencia
KAÑIWA
Límpido
Límpido
0.930121
0.935872
Indice de Refracción
1.4732
1.4735
Indice de Yodo
127.81
121.14
0.73
2.66
0.09173
0.1436
Gravedad Específica (25°/25°)
Indice
de
Peróxido
(mileq.
Peróxido/kg de muestra) Acidez (% de acidos grasos
libres) Indice de saponificación
195
187
Material insaponificable
5.01
4.2
Humedad
0.4%
0.5%
Color
Rojo
3
72.90
Rojo
2.9
50.80
Amarillo
Amarillo 47.90
69.9
Características de algunos aceites comparados con la quinua y kañiwa.
QUINUA
KAÑIWA
G. DE MAIZ
OLIVA
PALMA
AJONJOLI
0.930121
0.935872
0.923
0.916
0.89
0.921
Indice de refracción
1.4732
1.4735
1.4705
1.4705
1.453
1.474
Indice de yodo
127.81
121.14
125
85
58
115
Indice de peróxido (meq. De peróxid
0.73
2.66
<10
<20
<10
2
Acidez (% de acidos grasos libres)
0.09173
0.1436
<0.2
<3
<0.2
1
Indice de saponificación
195
187
190
189
200
195
Material Insaponificable
5.01
4.2
<1.5
<1.5
<1.5
2
Gravedad específica (25°C/25°C)
Fuente: Madrid (1997), Espinoza (2000)
CONTENIDO DE ACIDOS GRASOS DEL ACEITE DE QUINUA
Acido graso Mirístico Palmítico Palmitoleico Esteárico Oleico Linoleico Linolénico Araquídico Eicosenoico Eicosapentaenoico Docosatrienoico Docosatetraenoico Docosapentaenoico Docosahexaenoico
Cn:m 14:00 16:00 16:01 18:00 18:01 18:02 18:03 20:00 20:01 20:05 22:03 22:04 22:05 22:06
Contenido (% ) 9.59 0.1 26.04 50.24 4.77 1.66 -
CONTENIDO DE ACIDOS GRASOS DEL ACEITE DE KAÑIWA Acido graso
Mirístico Palmítico Palmitoleico Esteárico Oleico Linoleico Linolénico Araquídico Eicosenoico Eicosapentaenoico Docosatrienoico Docosatetraenoico Docosapentaenoico Docosahexaenoico
Cn:m
Contenido (%)
14:00 16:00 16:01 18:00 18:01 18:02 18:03 20:00 20:01 20:05 22:03 22:04 22:05 22:06
17.94 0.43 23.53 42.59 6.01 0.72 -
MINERALES Representa entre el 2 y 3% de materia hùmeda del grano. De entre todos los minerales destaca la presencia de potasio y de fòsforo que constituye el 50% de las materias minerales.
La mayor parte del fósforo de los cereales se
encuentra en forma de fitatos (hexametafosfato de inositol), cuyas sales de Ca y Mg constituyen la fitina. El fòsforo de los fitato de Ca y Mg es mal asimilado por nuestro organismo y el ácido fìtico se combina con numerosos iones disminuyendo la asimilación de los mismos.
VITAMINAS Aunque su contenido es mucho menor que el de otros constituyentes, su interès nutricional es muy importante. Los cereales contienen, sobre todo tres vitaminas: Vit. B1 (tiamina), B2(riboflavina) y niacina.
También la vit B6, àc
pantotènico, vit E (tocoferoles). Se ha encontrado en la quinua un contenido de alfa tocoferol de 721.4 ppm y ganma tocoferol de 797.2 ppm. El la kañiwa de 726 y 788.4 ppm respectivamente. (Espinoza, 2000)
SISTEMA POSTCOSECHA DE CEREALES
Los alimentos básicos y los productos alimenticios se han almacenado desde que los homínidos dejaron inicialmente algo de un día para otro y los problemas básicos no han cambiado cuando se trata de mantener las reservas sin perdidas en la cantidad ni en la calidad. Las causas de las perdidas son las mismas: otros seres vivos también desean comerse el alimento, sean estos seres vertebrados (pájaros, roedores), invertebrados (insectos, ácaros),o microorganismos (mohos).
El granero familiar aun se utiliza en muchas sociedades primitivas: el grano se seca al sol y se almacena bien en un agujero practicado en la tierra o en recipientes simples. En climas muy áridos en los que el suelo es firme, el agujero es de hecho un sistema razonable. Los recipientes se hacen con calabazas (con la cáscara desecada), con arcilla, cruda o cocida, o, lo que es mas frecuente, con mimbre (cestas para el grano). La ventaja de estos sistemas es que con los mismos materiales y diseños se pueden fabricar recipientes de diferentes tamaños, desde los mas pequeños hasta los que son capaces de contener varias toneladas. Las cestas se pueden sellar con arcilla, para evitar la entrada de los insectos y pequeños roedores. Las arcillas de las termiteros son particularmente efectivas para esto. Nunca se sellan los cestos si el grano no esta totalmente seco; de hecho, los cestos con su ventilación natural son un buen sistema para la desecación progresiva de los granos ligeramente húmedos. Las cestas pueden sellarse una vez que los granos se han secado totalmente, para evitar los insectos y pequeños roedores. En tiempos del antiguo Egipto, el almacenamiento del grano había progresado desde los pequeños graneros familiares a grandes depósitos gubernamentales. Algunos de estos depósitos se habían excavado. Se habían hecho con ladrillos de arcilla desecada o cocida y tenían cubiertas en cúpula. Se protegían contra los pájaros y roedores con el auxilio de los perros, gatos y serpientes pitón, que son los mecanismos que aun se emplean en muchas economías emergentes. Se cree que este es el sistema que utilizo José cuando trabajando para el Faraón almaceno el grano durante los siete años de prosperidad antes de los siete años de hambre y de esta forma, con un racionamiento cuidadoso evito el
desastre. José utilizo un sistema de distribución que nos es familiar actualmente, disponiendo muchos pequeños depósitos locales, en los que se recogía el grano por parte del gobierno en las épocas de abundancia y se repartía alas familias en la época de escasez. El granero de madera (bam) fue desarrollado en el norte de Europa durante la Edad Media. Entonces se disponla de troncos suficientemente grandes y fuertes para construir edificios muy grandes, con frecuencia con dos o mas pisos y con techos de paja.
PROPIEDADES FISICAS DEL GRANO QUE AFECTAN A SU CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE
La estructura de los granos es importante para todos los aspectos de producción, manejo, almacenamiento y procesado. Puntos importantes a tener en cuenta en el almacenamiento son los siguientes:
1. El endospermo harinoso blando. Este es el alimento favorito de los gorgojos ya que se lo comen con mas facilidad que el endospermo vítreo. Los granos de baja densidad (medida en kg por hL; «Medida de la Calidad») tienen una mayor proporción de endospermo harinoso. Los granos vítreos duros son mas densos y mas difíciles de penetrar para los insectos. 2. El embrión. Si se ha dañado en el descascarillado o durante la manipulación, los enzimas propios (lipasas, etc.) degradan las grasas, produciéndose sabores anormales en los alimentos elaborados con estos granos. AI ser relativamente blando con relación al resto de la superficie del grano, el embrión es el punto focal del ataque de los artrópodos, incluyendo a los que se consideran plagas secundarias, incapaces de atacar el resto del grano. 3. Tamaño y forma del grano. Los granos pequeños, con alrededor de 12 g por 1.000 granos, no son atacados por los gorgojos, y los granos muy pequeños, como los del mijo, están tan pegados entre si en el almacén que la mayoría de las especies son incapaces de atacarlos. Excepciones notables son los escarabajos de la harina y las larvas de la mosca de la harina. Es interesante resaltar que mientras las variedades tradicionales de mijo perlado de Namibia no son atacadas por los gorgojos, los nuevos granos de mayor tamaño desarrollados recientemente son tan susceptibles como el sorgo.
La densidad de los granos hay que tenerla en cuenta al diseñar cualquier sistema de almacenamiento. Esta magnitud se puede expresar de varias maneras, aunque el sistema métrico esta siendo cada vez mas común. El principal comercializador mundial, los Estados Unidos, aun utiliza con frecuencia el BUSHEL. Un bushel de volumen tiene 64 «pintas» o 2.150 pulgadas cuadradas. De una forma mas conveniente se redefine el bushel como 56 libras de grano, o el volumen que estos granos ocupan. El hecho de que aun se utilice la «Tonelada corta» de 2.000 libras dificulta la vida en Inglaterra, donde la antigua «tonelada larga» de 2.240 libras se acercaba bastante a la tonelada métrica. Si el lector puede seguir las consideraciones sobre las medidas que se han expuesto hasta el momento necesitara una calculadora para saber exactamente de lo que se esta hablando y hay que saber muy bien de lo que se esta hablando (bushel, toneladas, etc.). El peso de un bushel de grano (volumen especifico) es una medida comercial importante ya que refleja la calidad del grano y también indica el volumen por tonelada, cuyo conocimiento es esencial para el diseño de los graneros y para planificar el transporte. Los granos que se descascarillan manteniendo las glumas intactas, como el arroz, la cebada y el centeno, se almacenan bien ya que las glumas son una cubierta protectora que dificulta mucho la penetraci6n de los insectos, que no es imposible, porque siempre hay granos con las glumas dañadas. Las excepciones son los insectos perforadores de granos y los gorgojos. El maíz que se haya recogido manualmente puede almacenarse en la mazorca, cuyas envueltas le proporcionan cierta protección frente a los pájaros y algunos insectos, previniendo las perdidas por vertido. Sin embargo, la mayor parte de los granos se almacenan y comercializan como granos desnudos sin mazorca, desgranados inmediatamente después de la recolección o en una primera etapa de la molienda (descascarillado). Los granos se almacenan mejor si están limpios, secos y enteros, lo que se sabe desde la antigüedad. Si los granos están limpios, muchos insectos no llegaran porque prefieren para sus larvas, al menos en las etapas iniciales, polvo de grano o granos troceados que dejen expuesto el embrión. La limpieza es también un signo de una buena practica en el almacenamiento; el estado de un almacén es lo primero que un inspector examina. Durante el proceso de
limpieza se elimina la mayor parte de los insectos, huevos y larvas que el grano haya podido contraer en el campo o durante el transporte y almacenamiento en la granja. Los granos secos no son susceptibles al ataque de los mohos y también son menos susceptibles al ataque de los insectos. Los granos rotos y rajados son fácilmente penetrados por los insectos.
LIMPIEZA DE LOS GRANOS
Para poder almacenar adecuadamente hay que eliminar las cascarillas, el polvo y las partículas de paja. Tampoco debe haber granos rotos o de semillas extrañas: los granos rotos estimulan el desarrollo de los insectos y las semillas extrañas reducen el valor comercial del grano. Aunque la materia mineral, como la arena o las piedrecillas tienen poco efecto sobre la capacidad de almacenamiento, hay que eliminarlas antes de comercializar el grano (nadie desea pagar arena por grano). El polvo introduce microorganismos en el almacén y si cambia el contenido en humedad del grano por absorción de agua del ambiente o por migración, los microorganismos pueden crecer en los granos húmedos. La limpieza tradicionalmente se hace con el aventado, utilizando las corrientes de aire naturales. La arena fina a veces queda en el grano y puede provocar desgastes en los equipos de descascarillado y molienda. Cuando el grano se limpia manualmente es común encontrar piedrecillas en el arroz y granos de arena en las papillas. Un equipo de limpieza común, conocido como escalpelador o maquina de escalpado, consta de dos partes, una criba móvil y un ventilador, movidos ambos por el mismo motor. Las pajas y otros objetos de mayor tamaño se eliminan en el cribado y el polvo y otros materiales ligeros se eliminan por aspiraci6n. El equipo de limpieza de grano ilustrado en la Figura 2-4 es de uso general. Es un escalpelador con cribas adicionales y tiene la ventaja de separar las materias pesadas finamente divididas, como la arena. En términos generales una maquinaria de este tipo es suficiente para conseguir granos comerciales. Excepcionalmente no es adecuado cuando el grano se recolecta manualmente y se desgrana en el suelo con piedrecillas, en lugar de arena en cuyo caso puede haber una contaminaci6n con piedrecillas
del mismo tamaño del grano. En este caso hay que hacer una modificaci6n del equipo, colocando el ventilador a la salida del grano para que una corriente de aire lo separe de las piedrecillas.
PURIFICACION Y SEPARACION
Aunque en la limpiadora se separan materiales de diferentes densidades y tamaños distintos, los granos bien limpios pueden contener otras clases de granos, granos de tamaño desigual, piezas rotas y granos con colores anormales. Para muchos fines estos defectos son de menor importancia si se presentan en pequeñas cantidades. Si se van a utilizar como semilla o se destinan a un mercado de alta calidad el grano ha de ser lo mas cercano posible al 100% de una única variedad, sin granos rotos o de color distinto, de tamaño uniforme.
DESECACION DEL GRANO
Para conseguir un almacenamiento seguro, los granos tienen que secarse hasta que tengan un contenido en humedad que no permita el crecimiento microbiano ni la germinación. Los niveles para los cereales son del 13 al15% de humedad para el almacenamiento hasta un año y del 11 al13% para períodos de almacenamiento superiores a un año, dependiendo de las especies y variedades. Se asume que el grano no se rehidratará por exposición en ambientes con humedad relativa elevada. Para el almacenamiento en la granja se pueden admitir niveles ligeramente superiores de humedad (hasta del 18%) durante unas cuantas semanas, dependiendo de la temperatura ambiente: cuanto mayor la temperatura mayor el riesgo de alteración. A bajas temperaturas, por ejemplo a 4 °C, el grano se puede almacenar temporalmente con mas del 20% de humedad. El contenido en humedad del grano tiende a equilibrarse con la humedad del aire circundante. Así los granos húmedos pierden humedad en el aire seco y los granos secos absorben humedad del aire húmedo. La cantidad de agua contenida en un volumen dado de aire depende de la temperatura, de forma que el aire húmedo de los trópicos contiene mucho mas agua que el aire de los
Alpes. La desecación es un proceso en el que tienen lugar un intercambio de masa y calor entre el aire y la superficie del producto: el calor por conveccion desde el aire caliente hacia el grano, donde se utiliza para elevar su temperatura y la masa por la perdida de agua desde la superficie del grano hacia el aire circulante. La velocidad de intercambio depende de la temperatura y del flujo de aire. A medida que el agua sale de la superficie del grano, el agua del interior migra hacia la superficie. En consecuencia existen dos mecanismos competitivos: la velocidad de migración del agua en el interior del grano y la velocidad de perdida de agua desde la superficie. En la superficie el aire es húmedo y el vapor de agua siempre migra de la zona mas húmeda a la mas seca.
ALMACENAMIENTO EN LAS GRANJAS DE LOS GRANOS ENTEROS
En las sociedades tradicionales los granos se almacenan en sus espigas y se desgranan posteriormente. Esta situación era la prevalente en Inglaterra en la antigüedad. Las gavillas de espigas se colgaban de forma que se protegieran de la lluvia. Este tipo de almacenamiento era temporal y le servia al agricultor para superar la escasez de mane de obra durante la cosecha, sobretodo cuando se hacía manualmente. La trilla se hacía una vez se había finalizado la recolección. La humedad, los roedores, los pájaros y los mohos son los principales causantes de perdidas en este tipo de almacenamiento. El maíz es distinto de los demás granos ya que posee una cubierta. Se almacena muy bien en la mazorca, mejor que desgranado. Los agricultores que no utilizan cosechadoras combinadas (incluyendo no solo la mayoría de los países de África y gran parte de Hispanoamérica sine también a pequeños países del Este de Europa), construyen almacenes especiales para las cosechas de maíz. Un almacén típico para las mazorcas de maíz se presenta en la siguiente figura.
Pero lo mas normal es que los granos se almacenen en las granjas después de separarlos de las espigas o mazorcas. Los pequeños agricultores de los países mas pobres solo venden los excedentes y conservan gran parte de su producción para alimentar a sus familias. Las granjas grandes almacenan el grano sólo si esperan conseguir un mejor precio ya que usualmente la venta inmediata después de la recolecci6n es la que tiene los precios mas bajos. En algunos de los países pobres los agricultores están tan endeudados al tiempo de la cosecha que tienen que vender su producci6n al intermediario local, con el que tienen las deudas. Por supuesto el intermediario es el que posee los silos y los utiliza. El almacenamiento se analiza a continuación a tres niveles: en la granja, comercial e internacional.
ALMACENAMIENTO DE LOS GRANOS EN LAS GRANJAS
Los almacenes de las granjas tradicionales van desde las cestas, las calabazas secas y los recipientes de barro (crudo o cocido) a los grandes recipientes
enterrados de arcilla. Si los sacos y los graneros están bien hechos hay pocos problemas y los agricultores pueden controlar las plagas de insectos, bien porque poseen los conocimientos técnicos para ello o porque se asesoren de personas que los posean. El granero abierto «Holandes» es bueno para conservar durante un corto periodo de tiempo los granos en sacos. Este tipo de granero es un cobertizo sin paredes laterales. Pero aunque este abierto en los lados, sirve incluso en los lugares lluviosos con caída vertical del agua, siempre que la cubierta superior sea un refugio adecuado. Sólo es inadecuado en las zonas mas húmedas. Los sacos tienen la gran ventaja de que el grano se puede mover fácilmente en el almacén, se puede transportar fácilmente en las furgonetas comunes hasta el mercado o a otro almacén y todo se puede hace manualmente, aunque algunas veces se utilicen carretillas mecánicas. La elección entre almacenar y transportar en sacos o en apilado a granel se analiza en una sección posterior. En las granjas modernas de gran tamaño, los granos se obtienen durante la recolección con un equipo combinado, que descarga directamente en el volquete de un camión. El camión lleva el grano hasta el silo de la granja, donde lo descarga en un recipiente de recepción, desde donde se transfiere mecánicamente hasta el silo, utilizando algún tipo de elevador o cinta transportadora. El rendimiento de grano que se obtiene en Inglaterra es de alrededor de 7 toneladas por ha, en comparación con una media mundial de 2,5 toneladas por ha. Lo usual es que se construyan los silos con un 25% de capacidad extra para cubrir las necesidades de los años de mayores rendimientos. El coste del silo obviamente es variable dependiendo de la zona y también depende de los equipos auxiliares con que se dote, pero en los países avanzados, las cifras de 50 a 70 dólares por tonelada son normales. Una granja debe disponer de al menos dos silos para tener la necesaria flexibilidad. Un tamaño conveniente para un silo es de una capacidad de 250 a 500 toneladas. Para el almacenamiento temporal, el grano se puede amontonar bajo cubierta. Los primeros silos se fabricaron con hormigón y los mayores, llamados en Inglaterra «Elevators» (ascensores) aun se mantienen. Para el almacenamiento en la granja actualmente se utilizan silos de acero inoxidable en todo el mundo. Son de fácil construcción y montaje. Se fabrican con chapas de acero soldadas
entre si y sostenidos sobre una estructura simple de tubos metálicos. Como el acero no tiene las pequeñas perforaciones en la superficie que tiene el hormigón, ni hay lugares de roce propicios para la ruptura de los granos ni es difícil limpiarlos. Los silos de acero también se pueden ampliar son facilidad, soldándoles secciones adicionales. Normalmente no acumulan polvo, con 10 que previenen las explosiones por esta causa. Es fácil instalarle sistema auxiliares complementarios, del tipo de los elevadores de grano 0 los ventiladores para el secado, sin que sea necesario realizar obras de construcci6n complejas. El silo moderno es básicamente un gran cilindro de acero corrugado galvanizado, con medios de acceso para limpiarlo, para echar y sacar el grano y, en ocasiones, dotado con un sistema de desecación, en el que se incluye una turbina y un equipo para el calentamiento del aire, así como un sistema de distribución del aire en el interior del cilindro, de forma que pueda eliminar la humedad, como se muestra en la siguiente figura.
Los silos se construyen con chapas corrugadas de acero normalizadas, recurvadas de forma que cuatro de estas chapas soldadas entre si formen el
cilindro básico del diámetro deseado. La altura se consigue soldando entre sí múltiples cilindros básicos. Por esta razón existen silos de un margen normalizado de tamaños/tonelaje, basándose en el numero de hojas que los componen. La base del silo es cónico a de forma que el grano se pueda descargar fácilmente. La desecación se consigue con un quemador de gas y un ventilador. Los silos modernos para granjas son duraderos, seguros desde el punto de vista del ataque de todo tipo de predadores, incluso de los ladrones, y en los países en desarrollo vienen sustituyendo a otros sistemas de almacenamiento en las granjas e incluso en los centros de comercialización intermedios.
ALMACENAMIENTO COMERCIAL
Los sistemas mas utilizados son los silos, los almacenes de suelo plano (naves industriales) y los sacos. Este ultimo sistema es aun común aunque se esta perdiendo en las economías en desarrollo. Hay también sistemas de almacenamiento menos permanentes que se utilizan cuando se producen excedentes en el abastecimiento comercial o en los sectores paraestatales. El primer silo fue construido en los Estados Unidos en 1842, poco después del empleo comercial de las cosechadoras mecánicas y la trilladora McCormick en 1830. La mecanización, aunque primitiva en comparación con la existente al final del siglo XX, hizo factible la producción a gran escala de grano y genero la necesidad de almacenes gran des mas eficaces. Durante los primeros cincuenta años, los silos se hacían de madera. El cinturón del grano de Norteamérica esta caracterizado par la existencia de grandes planicies y por ello los silos se pueden ver a grandes distancias. Los grandes silos son de forma circular, que es la forma geométrica que permite conseguir la máxima capacidad y resistencia con el mínima de material, siendo simultáneamente de fácil limpieza. Se construyen silos de hasta para 10.000 Tm de grano, bien sea en acero o en hormigón. Los silos de hormigón se hacen utilizando unos labios metálicos, que son en realidad un molde que se hace con dos anillos concéntricos de hierro, entre los que se echa el hormigón. Los silos se suelen construir unos pegados a otros, de forma que es posible conseguir formas caprichosas de «estrellas» en el conjunto. Los silos de
hormigón llegan a tener hasta 40 metros de altura. . El grano se lleva a los silos en camiones volquetes, con capacidad de hasta 40 a 50 toneladas. Aunque se utilizan aun camiones que son capaces de descargar directamente en el silo, los sistemas hidráulicos para ello son caros. La práctica normal es que los camiones descarguen directamente como volquete en depósitos auxiliares en el silo. Una vez el grano del volquete se echa en estos depósitos, entra en funcionamiento un sistema de manipulación. El elevador de cangilones consiste en una cinta continua de cazoletas que recogen el grano del deposito de recepción y lo suben hasta la parte superior del silo, desde donde se descarga por gravedad directamente al interior del silo o a una cinta transportadora horizontal que lo lleva entonces al interior del silo. El sistema total se controla des de un panel centralizado. El sistema de control no solo permite distribuir y establecer la cantidad de grano si no que usualmente esta dotado de medidores de temperatura y humedad relativa en el deposito de recepción y en distintos puntos del silo. Todos los equipos están conectados a tierra para evitar descargas eléctricas y se dispone de detectores de polvo/ humo en toda la instalación. Las explosiones de polvo llegaron a ser un gran riesgo en los silos elevados. Los silos elevados son familiares prácticamente en todo el mundo, constituyendo el sistema de elección para el almacenamiento en las cooperativas agrícolas y empresas de comercialización En las economías avanzadas el grano prácticamente siempre se almacena a granel. En los países en vías de desarrollo, donde las granjas suelen ser pequeñas y el coste de la mane de obra es bajo, el almacenamiento en pequeños sacos es bastante común. Los sacos usualmente se construyen con fibras vegetales coma la arpillera, o de tejidos con fibras de polímetros. El aire puede pasar a través de esta bandera y la humedad puede migrar desde y hacia el grano. En un buen almacén se produce siempre una pequeña perdida de humedad con el tiempo. Por ello los granos envasados en sacos pueden admitirse para almacenarlos con un contenido en humedad del 1 al 2% por encima del contenido en humedad adecuado para el almacenamiento a granel, a menos que los silos dispongan de un sistema de desecaci6n. Si los granos se van a desecar
mecánicamente antes del almacenamiento, los silos a granel son ventajosos ya que en el caso de los sacos, es necesario vaciarlos y volverlos a llenar después de desecar el grano. En las regiones en que aun se utilizan los sacos suele darse el caso de la escasez en la disponibilidad de sacos. En consecuencia, los sacos viejos se reutilizan muchas veces, dispersando la infestación con insectos a menos que los sacos se sometan a desinfestaci6n. Estas operaciones son fáciles de realizar y no es necesario utilizar fumigantes químicos o en polvo: simplemente los sacos se someten a la acción del vapor a elevadas temperaturas hasta que se destruyen todas las fondas vitales de los artrópodos. El coste total de capital por tonelada es aproximadamente cinco veces mayor para los silos que para los depósitos. En las regiones más remotas el coste de la maquinaria y sus reparaciones es elevado. Los costes de mantenimiento de los silos modernos con funcionamiento mecánico es también elevado, dado que los gerentes y los operarios necesitan un entrenamiento especial y en consecuencia se trata de personal especializado. La manipulación y el almacenamiento en sacos no requieren personal especializado, pero si hay que disponer de personal responsable para las fumigaciones. En los países en que la mano de obra es barata no hay prácticamente ningún incentivo para cambiar a un sistema de almacenamiento en silos o a granel, excepto en las estaciones de ferrocarril y en los puertos, en el caso de los granos procedentes de la importaci6n 0 destinados a la exportaci6n. En las regiones en que se almacenan y transportan varios tipos de granos la gran ventaja del manejo en sacos es que los costes son bajos y el sistema es muy flexible. En el caso del almacenamiento a granel el número de silos mínimo necesario tiene que ser el de las diferentes variedades de grano que se tengan que mantener separadas. Por el contrario, cada saco es una entidad separada, que pueden ponerse en un mismo recinto si es necesario.
ALMACENAMIENTO EN ATMOSFERA CONTROLADA
Este término se emplea para las condiciones prácticas en las que el grano se puede almacenar con seguridad al evitar las condiciones de crecimiento de los artrópodos y la humedad. El procedimiento fue desarrollado inicialmente para el
Prof. Arthur Dendy en 1915 durante la Primera Guerra Mundial, pero su uso no se generalizo hasta la década de 1940. El principio es simple: el grano se guarda en un silo herméticamente sellado del que se extrae el oxigeno. De esta forma se destruye o se retrasa cualquier tipo de vida animal. En los primeros años el nivel de oxigeno decaía de forma natural, pero este sistema es lento y nunca alcanza el nivel cer. Las práctica modernas consisten en inyectar dióxido de carbono, nitrógeno o cualquier gas inerte. Cualquiera de estos tres sistemas se emplea en la practica comercial, pero el gas inerte se puede conseguir in situ quemando gas natural y eliminando el agua mediante un condensador. El gas inerte es de hecho una mezcla de nitrógeno y dióxido de carbono; es biológicamente inerte y puede emplearse también como gas para purgar y como capa protectora en ambientes inflamables (de hecho el dióxido de carbono se utiliza como extintor). Algunas especies de insectos pueden sobrevivir en una atmósfera de dióxido del carbono hasta dos semanas, por lo cual el grano no se debe sacar del almacén hasta que todo rastro de vida de los insectos se haya sofocado. Los microorganismos también se inhiben, pero a menos que el nivel de oxigeno no se reduzca por debajo del 1,5%, el nitrógeno no es totalmente efectivo contra algunas especies: por ello es preferible el dióxido de carbono. El gas inerte tiene la clara ventaja general de que contiene dióxido de carbono y en la mayoría de las ocasiones es el gas mas barato. En el caso de las semillas tiene la ventaja añadida de que se retiene mas la viabilidad en atmósferas sin oxigeno que en aire, incluso cuando el aire es muy seco. Con relación a la posible alteración de las estructuras, el dióxido de carbono es absorbido por el hormigón en presencia de restos de humedad, provocando su corrosión. Por ello es mejor no utilizar este gas en los silos antiguos de hormigón. Si el grano esta húmedo y se guarda en condiciones herméticas en atmósfera de dióxido de carbono hay que proteger la pared interior de los silos, incluso los de acero, con una resina vítrea para evitar la corrosión. No obstante el almacenamiento del grano húmedo en atmósferas controladas no se considera ya adecuado para el consumo humano.
ALMACENAMIENTO EN REFRIGERACION
La utilización del aire ambiente en los silos se utiliza para rebajar el contenido en humedad de los granos. La eliminación de la humedad produce un descenso de la temperatura y cuanto mas baja sea la temperatura, mas lento es el desarrollo de los insectos y mohos. Utilizando equipos de refrigeración se puede controlar la temperatura del aire que se inyecta en el silo. Un sistema de este tipo es muy útil en el almacenamiento corto de granos húmedos. El almacenamiento a largo plazo presenta el riesgo de las plagas y bacterias tolerantes al frió. El coste del almacenamiento frigorífico es también elevado, no solo porque la maquinaria frigorífica es costosa, comparada con el sistema de inyección normal de aire, incluso dotado de elementos calefactores, sin que además, el almacenamiento refrigerado exija el aislamiento de los silos para prevenir su calentamiento.
DESINFESTACION CON AIRE CALIENTE
Para los granos comerciales, pero no para las semillas, el tratamiento térmico es un método eficaz para destruir cualquier tipo de forma viviente. Los insectos, sus huevos, los mohos y las bacterias se pueden destruir calentando el grano a 45°C durante un periodo de varios minutos. Los secaderos de lecho fluidizado son los preferidos ya que tienen una gran capacidad de transmisión del calor. No obstante se puede utilizar cualquier otro tipo de secadero con tal que mantenga la temperatura de 45°C. La desinfestacion a temperatura
clt:vada es cara en comparaci6n con la fumigaci6n, pero tiene la ventaja de que los organis(]10S se destruyen, Como las normas para el uso de fumigantes son cada vez mas restrictivas con una mayor pre\enci6n de los daiios ecol6gicos al ambiente a partir de los fumigantes quimicos, el tratamiento termico se esta imponiendo como procedimiento preferido, Hay un procedimiento denominado «tostado», que consiste en calentar a temperatura elevada durante un periodo muy corto y se ha comprobado que es muy eficaz como desinfectante total de los granos destinados a producir alimentos y piensos, No puede emplearse en semillas. En este procedimiento el grano se calienta a temperaturas incluso superiores a 100°C durante 1 a 10 minutos. Tal temperatura mata la semilla del grano. En el caso de los granos destinados a panadería, hay que controlar
estrechamente las condiciones de tratamiento para evitar daños en el gluten. En el apartado posterior dedicado al «Control de artrópodos» se incluyen algunas consideraciones adicionales al problema de la desinfestaci6n y uso de pesticidas.
LA MICROBIOLOGIA DEL GRANO: HUMEDAD, MOHOS Y TOXINAS ADQUIRIDAS
El grano húmedo solo puede almacenarse un corto periodo de tiempo por dos razones. En primer lugar, los microorganismos presentes en el grano o sus esporas procedentes del aire circundante pueden crecer y alterarlo. En segundo lugar, en condiciones adecuadas de temperatura, el grano húmedo puede
germinar.
No
obstante,
como se
vera
después,
algunos
microorganismos pueden crecer en los granos incluso cuando tienen un contenido en humedad adecuado para ser comercializados. Las bacterias solo son responsables de las perdidas producidas en los granos cuando están muy húmedos, en equilibrio con un 100% de humedad relativa.
Mohos de campo Hay dos tipos de mohos que afectan a los granos, los de campo y los de almacén. Las esporas de los mohos de campo invaden los granos cuando aun están en la planta, bien en el periodo de crecimiento o
esperando la
recolección. La invasión se produce en condiciones húmedas, que se dan incluso cuando aparentemente el tiempo esta seco. Las especies del género Alternaria se encuentran incluso en el trigo cultivado en las zonas mas secas. Los mohos de campo pueden provocar coloraciones anormales en los granos y transferir la infección alas semillas. Usualmente se mantienen en estado de reposo en las semillas a menos que las condiciones de humedad relativa sean elevadas, por encima del 90%. Los micelios en estado de reposo de los hongos de campo pueden sobrevivir durante años en las semillas almacenadas en condiciones de sequedad. Estos mohos, sin embargo, pueden morir rápidamente en las semillas mantenidas en una atmósfera del 75 al 90% de HR. Se ha llegado a considerar que la calidad de un responsable de mantenimiento de los silos se puede medir por su capacidad para mantener la
supervivencia de los mohos de campo, ya que dicha supervivencia es un índice de un buen mantenimiento de los silos. Si la población de Altemaria disminuye y crece la de los mohos de almacén, hay que sospechar que existen problemas en el manejo del silo. El ergotismo se debe a un alcaloide producido por un moho, Claviceps pllrpllrea, cornezuelo, que crece en los granos húmedos en condiciones húmedas. Este moho forma una masa púrpura muy aparente que es mucho mas grande que el propio grano de hasta 40 mm de largo y 7 mm de grueso- y curvado hacia arriba como un cuerno. El centeno y su derivado el triticale son particularmente susceptibles. La ingestión de alimentos elaborados con granos infestados produce espasmos musculares y una sensación de calor intenso en la piel «
Mohos de almacén y toxinas adquiridas La mayoría de los mohos no pueden sobrevivir con un contenido de humedad en el grano inferior 17
%; entre los que sobrevien se incluye la especie
Aspergillus candidus, que mata y cambia de color el germen. Inicialmente solo hace que el grano se vuelva negro, pero acaba destruyéndolo totalmente; se llega a elevar la temperatura por encima de los 55°C. Los mohos mas peligrosos son los que pueden sobrevivir entre el 17 y e18% de humedad incluyendo tres géneros muy importantes Aspergillus, Fusarium y Penicillium. Estos mohos pueden producir toxinas conocidas de forma genérica coma mico toxinas, que son dañinas tanto para el hombre coma para los
animales; algunas producen toxicidad aguda pero otras producen toxicidad acumulativa letal. A continuación se muestra las principales especies y sus mico toxinas.
Las especies de almacén necesitan aire húmedo, con mas del 80% de HR, para crecer, aunque el grano puede contener el 17% de humedad. El Aspergillus flavus es la especie mas importante ya que entre las diversas toxinas que puede producir se encuentran las aflatoxinas, altamente peligrosas; son las sustancias cancerígenas naturales mas potentes, provocando cáncer hepático. Los mohos son capaces de crecer con un contenido de humedad aun mas bajo en las oleaginosas coma el cacahuete o la copra. La toxicidad puede ser aguda, provocando la muerte rápida, pero es mas común que los efectos sean cancerigenos, mutagénicos o teratogénicos. Aunque las enfermedades producidas por aflatoxinas son raras en los países avanzados, son aun comunes en las poblaciones rurales de los países en vías de desarrollo. Las aflatoxinas se descubrieron por primera vez cuando provocaron la muerte de pavos en Inglaterra y servia que las harinas de cacahuete utilizadas para la fabricaciòn de piensos estaban infestadas con A. flavus
INFESTACION POR INVERTEBRADOS
El escarabajo del grano y la mariposa de la harina son plagas muy antiguas. Pero el problema es que los insectos no solo consumen grandes cantidades de granos sino que además los deterioran, depreciándolos o inutilizándolos, incluso hacienda necesario un coste adicional para destruirlos (precio negativo). Los granos que se vayan a comercializar para el consumo humano o para hacer piensos tienen que cumplir unos requisitos muy estrictos, si no los cumplen hay que eliminarlos y el coste de la destrucción de los granos
infestados, contaminados o inutilizados por cualquier otra causa puede ser mayor que el valor del grano. Incluso si una partida de grano destinada al consumo humane es degradada y se aprovecha para alimentación animal, aun hay una considerable perdida económica. Las plagas de los almacenes están muy bien adaptadas a vivir en ambientes muy secos. Aunque el grano se deseque hasta un 14% de humedad y este protegido frente al ataque de los mohos, los insectos 10 pueden infestar. Estos animales en su ciclo vital no solo consumen grano si no que los contaminan con sus excrementos, las cubiertas de sus mudas y los individuos muertos, además provocan áreas de mayor contenido en humedad en las que los microorganismos pueden desarrollarse. Con un ciclo reproductivo de 20 a 40 días, partiendo de un escaso numero de depredadores, los insectos pueden provocar rápidamente una grave infestación en un granero. Por ejemplo, el escarabajo rojo de la harina (Tribolillm castanell/ll, Herbst) posee una capacidad intrínseca de aumentar la población de tal forma que en 150 días una pareja de insectos puede haberse incrementado a 10 millones a 28,5°C y 65% de HR, contando con disponer de un aporte ilimitado de alimento. La infestación se introduce, por ejemplo, con el grano contaminado en la granja, por 10 cual es esencial que el grano se inspeccione y se fumigue. Una vez que los graneros se hayan infestado hay que proceder a una exhaustiva desinfección de las estructuras. Aunque estos insectos son en su mayoría capaces de volar, usualmente se transmiten con los granos que salen y entran. Las transacciones internacionales han sido siempre la causa de la introducción de plagas exóticas. La fumigaci6n a fondo es de vital importancia para prevenirlas. Existen dos grupos principales de plagas de almacén, las internas y las externas. Prácticamente todas son escarabajos (Coleoptera) o polillas (Lepidoptera). Los insectos externos viven siempre fuera del grano y se lo comen desde fuera. Los granos atacados son usualmente los que previamente estaban dañados, de forma que los insectos tienen fácil la infestación. Par esta razón, este tipo de plagas es fácil de detectar. En este grupo se incluyen los escarabajos y las polillas de la harina. La presencia de polillas en las telas de araña era un signa peculiar de los viejos molinos. Los escarabajos son comunes en las harinas
que se almacenan mal sin una adecuada fumigación. Constituyen un problema creciente en las tiendas de alimentos «saludables». Entre los insectos externos cabe destacar a los «comedores de germen». En comparación con el endospermo, el germen es blando, muy rico en nutrientes, especialmente grasas y proteínas. Las especies principales son el escarabajo de dientes de sierra, el escarabajo «Khapra» y la polilla de almacén. Al comerse el germen, pueden acceder al endospermo y también abren esta vía a otras especies. Mientras que las plagas que se han comentado hasta ahora viven en los granos secos, los gusanos de la harina (que también son escarabajos) y los ácaros (de los libros y el del polvo) requieren ambientes mas húmedos, coma los que existen en los almacenes mal acondicionados. Entre las plagas internas se inc1uyen los familiares gorgojos, los taladradores del grano (escarabajos taladradores) y la polilla de grano «Angoumois». Las larvas se desarrollan dentro del grano, haciendo muy difícil detectar la infestación. Aunque se producen perdidas de peso, el volumen prácticamente permanece inalterado, reemplazando los granos huecos a los enteros. Los ácaros son comunes en los cereales y sus productos, especialmente el acaro de los granos y de las harinas, Acarus siro, L. Son extremadamente pequeños (usualmente tienen menos de 0,5 mm) y por eso no se ven. Se reproducen mucho mas rápidamente que los insectos y en condiciones optimas tardan solo dos semanas en completar el ciclo de huevo a adulto. Pueden provocar danos considerables en las harinas, salvado y otros materiales finamente divididos.
PERDIDAS POST COSECHA
Las perdidas post-cosecha son tan importantes en términos económicos y nutricionales, además de las referencias que se han hecho en el correspondiente almacenamiento. En la siguiente figura se observa el sistema post cosecha:
Parece ser que hasta recientemente existían solo dos formas de equilibrar los alimentos y la población. El primer medio era aumentar la producción de alimentos, el segundo reducir la velocidad de crecimiento de la población. Las Naciones Unidas y muchos gobiernos han adoptado esta forma de enfocar el problema y el incremento de los rendimientos productivos conseguido con la Revolución Verde ha aumentado considerablemente la producción alimentaria mundial. No obstante, las disponibilidades de tierras y de luz solar existentes serán en ultimo extremo los factores determinantes del rendimiento. En algunos países el crecimiento de la población se ha reducido, un deseo mas propio del bienestar consumista que de la propaganda gubernamental o de las limitaciones familiares. A un tercer factor, vital y complementario de los anteriores, se le otorgo poca importancia hasta la década de 1970. Este factor es reducir o limitar las perdidas de alimentos en el sistema post-cosecha. Hasta ahora dichas perdidas se consideraban inevitables y no mensurables.
¿Que es una perdida? En la cadena alimentaria, de la semilla al consumo, una perdida es la reduccion de las disponibilidades de la porción comestible: los materiales no comestibles, como las mazorcas vacías de maíz y las cascarillas del arroz no son perdidas; las materias destinadas a la alimentación animal no son tampoco perdidas. Una perdida directa es la desaparición de los alimentos al ser consumidos por criaturas no humanas o por eliminación física, como los derrames. Las perdidas indirectas son causadas por la reducción de la calidad, de forma que el alimento reduce o pierde totalmente su valor nutritivo; por ejemplo a
consecuencia de la alteración, producida por los insectos, los mohos o la contaminación de cualquier tipo, o la perdida del valor nutritivo por cualquier causa, como por ejemplo, la destrucción de las vitaminas por ebullición.
Las causas de las perdidas post-cosecha son:
1. Perdidas físicas: las perdidas de material. Se miden fácilmente pesando. 2. Perdidas de calidad: las pérdidas de características evidentes, que condicionan el rechazo de los productos por los mercados. Los mercados varían entre los sistemas altamente sofisticados adecuadamente controlados, con normas impuestas en el ámbito científico por parte de las autoridades regionales, nacionales o supranacionales, a la selección cuidadosa de las calidades establecida por parte de los comerciantes locales. 3. Pérdidas nutricionales: perdidas de características crípticas. Son difíciles de
medir y raramente importantes, excepto para las dietas marginales. Estas son diferentes de la reducción del potencial nutritivo derivado de las perdidas físicas o del rechazo comercial. Los términos «post-cosecha» y «post-producción» son recientes, pero los sujetos a que se refieren se remontan a la primera revolución, cuando los cazadores y recolectores se asentaron para desarrollar la agricultura y la producción animal. Hay tres etapas en la cadena alimentaria y en cada una de ellas las perdidas se producen como sigue: Perdidas pre-cosecha: las perdidas agrícolas son producidas por los microorganismos, las plantas parasitas, las plagas de vertebrados 0 invertebrados, las maquinas y las sustancias químicas. Perdidas durante la cosecha: normalmente no se tienen en cuenta. Las cosechadoras son esenciales en la agricultura moderna, pero pueden producir destrozos en los granos si los mecanismos de los equipos no están bien ajustados. Perdidas post-cosecha: se producen entre la cosecha y el consumo. Incluyen las perdidas y daños durante el descascarillado, el almacenamiento y el transporte, las perdidas por acción de los insectos, roedores y agua, las perdidas durante la desecación y el procesado, bien sean inherentes o accidentales, y las perdidas culinarias. En las sociedades primitivas en las que el grano se corta y se desgrana manualmente suelen producirse pérdidas simplemente porque no todos los granos se separan de la paja. En el mundo moderno las perdidas post-cosecha son bajas en comparación con las producidas durante la recolección. En los países en desarrollo el caso es inverso, ya que aunque la recogida manual del grano produce las mínimas perdidas de material, los sistemas de conservación post-cosecha son mas vulnerables alas perdidas.
PROCEDIMIENTOS PARA MEDIR LAS PERDIDAS OCURRIDAS DURANTE EL PROCESADO 0 CAUSADAS POR EL PROCESADO, INCLUYENDO EL DESCASCARILLADO, LA DESECACION Y LA MOLIENDA
Las perdidas pueden ser directas, que son las perdidas físicas del sistema, o
indirectas, por ejemplo los daños térmicos que reducen el valor nutritivo, la aceptabilidad o el valor comercial. Muchas de las perdidas son evitables, al menos en parte, mediante mejoras en la tecnología, cambios en la maquinaria, etc. Los hábitos a las perdidas alimentarias son intrínsecos y difíciles de cambiar (por ej. molienda del trigo). Los procesos pueden ser continuos o discontinuos. En los primeros, se pueden obtener las muestras a la entrada y a la salida del proceso a intervalos regulares. En los segundos las muestras se toman de la forma usual de los granos aI entrar en el proceso y de los productos al salir. Hay que medir los balances globales de masa (convertidos a un contenido de humedad normalizado, es decir 15%).
Principios generales Se utilizan dos métodos fundamentales que son: 1) medida total del sistema (balance de masas) y (2) comparación con un modelo.
Medida del sistema En este caso las perdidas pueden integrarse en el sistema y el proceso optimo daño perdidas cero; los ejemplos son el descascarillado (las perdidas se integran en la paja) y el desgranado del maíz (las perdidas van en las mazorcas vacías). En algunos casos las propias perdidas no pueden medirse, pero se pueden pesar los granos a la entrada y ]os productos a la salida, siendo la diferencia las perdidas (con un contenido básico del 15% de humedad).
Comparación con un modelo En muchos casos las perdidas no son la eliminación total de la masa sin una reducción del valor (por ej. los granos de arroz rotos tienen un valor inferior al de los granos enteros). El rendimiento de un proceso hay que compararlo con un optimo o modelo, considerando cada operación básica par separado. Este procedimiento no es ideal, pero se considera que una adaptación en el laboratorio de cada operación básica puede controlarse y normalizarse en un procedimiento óptimo. Es importante que las operaciones unitarias (por ej. descascarillado y pulido) que sigan a la etapa en consideración (por ej.
desecación) se realicen de la mejor manera posible y en la forma más normalizada. Nota: Medidas las perdidas que se producen en un sistema, hay que considerar las consecuencias económicas y socia]es que tienen estas perdidas para tomar las decisiones más apropiadas.
PERDIDAS EN LA RECOLECCION
La recolección es la acción simple y deliberada de separar el grano y los materiales asociados del lugar donde se produce, el tallo de la planta. Independientemente de la escala y del procedimiento de recolección, se producen perdidas si esta no tiene lugar en el momento justo. Los granos se pueden rehumedecer antes de cosecharlos y esto produce dos tipos de perdidas físicas. En primer lugar el grano puede iniciar la alteración en el campo, si empieza a germinar o crecen los mohos. En segundo lugar, los granos húmedos resultan mas difíciles de cortar y desgranar. Por ello, si están muy húmedos es mejor dejarlos que se sequen hasta que el contenido en humedad se rebaje a menos del 28%. Los campesinos juzgan el momento de la cosecha por su experiencia y raramente pierden mucho grano recolectándolo húmedo. Si se utiliza una cosechadora mecánica, el grano se puede cortar y dejarlo secar en lugares mas apropiados que en el campo. De la misma forma los campesinos colocan las espigas húmedas cortadas en terrenos secos o sobre los rastrojos. También utilizan paja para dejar las espigas sobre el nivel del agua. Si por casualidad las espigas caen al agua, se remojan y pueden alcanzar un contenido en humedad del 35%. Los granos húmedos son difíciles de desgranar, cualquiera que sea el método para hacerlo. No es que el grano no se separe fácilmente de las espigas si no que además la separaci6n es imperfecta. En las cosechadoras mecánicas, que disponen de dispositivos de separación, gran parte de los granos húmedos se quedan adheridos a la paja y se pierden. Si se demora la cosecha, los granos que se quedan desnudos pueden sobre madurar y caer al suelo antes de cortar las espigas. De hecho esta es la forma normal de propagaci6n de las plantas. El acto de cortar las espigas, manual 0 mecánicamente, puede inducir la salida del grano, con su consiguiente perdida en la recolecci6n. En el caso de las semillas de colza se producen de este
modo perdidas hasta del 50%, pero las perdidas en el trigo por esta causa son menores. Un problema estacional clave es la existencia de suficientes cosechadoras para las labores simultáneas de recogida en el periodo de la cosecha, que de hecho es un periodo muy corto. Un agricultor que dependa de su propia maquinaria puede perder la cosecha simplemente porque tenga una avería, no disponga de equipos y llueva durante la pr6xima quincena. Si tiene suerte, el grano se podrá cosechar tarde y podría servir para pienso. En países en los que la cosecha es manual, siempre se produce una falta de mane de obra, ya que en esta época es en la que se necesitan mas obreros. Cuando el agricultor depende de la mano de obra familiar. el trabajo a realizar es el mas intenso de todo el ano. La migraci6n alas ciudades ha provocado grandes trastornos en el trabajo tradicional en las granjas, incluso con familias extensas. Como en el caso de las cosechadoras mecánicas, entre el momento que el grano alcanza la madurez y hay que cosecharlo 0 se estropea en el campo s610 hay un periodo de 2 a 3 semanas. La medida de las perdidas en la cosecha es difícil y sólo aproximada porque incluso dentro de un mismo campo de cultivo pueden existir variaciones en el grado de madurez y en el contenido en humedad; los resultados pueden ser significativos para una gran extensión, pero no para pequeños campos. Las pérdidas con las cosechadoras mecánicas usualmente suelen estar muy por debajo del 5%, aunque se aproximan a estos valores en el caso de granos mas grandes, como el maíz y la soja. Estas perdidas corresponden a las que se producen cuando las espigas se llevan desde el punto en que se cosechan hasta la era. Con las cosechadoras mecánicas estas perdidas se reducen ya que el desgranado se realiza en la propia maquina, siendo transferido directamente a los dep6sitos de transporte y de alli a los silos. A pesar de todo, es común ver granos esparcidos por todos los lugares de estas maquinas y derrames que se producen en los caminos hasta el silo. Las perdidas reales en estas condiciones pueden ser hasta del 1 %.
PERDIDAS EN LA TRILLA
Además de las perdidas debidas a los granos húmedos o sobre madurados, los mecanismos normales de la maquinaria producen perdidas por roturas de granos y por una separación inadecuada del grano de la paja. El desgranado manual puede dar hasta un 100% de rendimiento, sobretodo en el mías. En este caso los daños en el grano pueden ser nulos. Sin embargo, este sistema es lento y sólo se utiliza en las zonas mas atrasadas o en los estudios sobre rendimientos, en plantaciones experimentales. El desgranado manual permite tener un modelo con el que comparar cualquier otro procedimiento alternativo. En la siguiente tabla se resumen las causas de las perdidas durante la trilla.
En el caso de los productores comerciales modernos, estas perdidas no se recogen. En la agricultura de subsistencia las pérdidas son más aparentes que reales. El grano que se queda en la era o en la paja será consumido fundamentalmente por los animales domésticos. Sin embargo, las ratas y otras plagas pueden aprovecharse de estos granos. Hay que evitar que quede grano en las pajas utilizadas para fabricar las cubiertas del tejado; de otra forma los
pájaros se alimentan en dicho lugar y lo dejan todo lleno de excrementos, con lo cual el tejado se deteriora rápidamente. Hay que adaptar los procedimientos de desgranado al tipo de grano. Haciéndole pequeñas modificaciones, cualquier maquina de desgranar puede adaptarse a granos pequeños (arroz, trigo, incluso mijo y sorgo, a pesar de sus diferencias en el grosor del tronco y su elevada proporci6n paja/grano). El maíz es relativamente frágil además de su mayor tamaño, por lo que hay que utilizar desgranadoras mas suaves. Los fabricantes de trilladoras y cosechadoras combinadas disponen de dispositivos apropiados para cada tipo de grano. Incluso para cada cultivar hay que ajustar la maquinaria. Par ejemplo, se ha comprobado que los equipos combinados diseñados para las praderas de Norteamerica, en las que la densidad de cultivo es pequeña, no funcionan adecuadamente en las altas densidades de plantaci6n de Inglaterra con el trigo, exigiendo equipos de mayor potencia. Las perdidas en la trilla se producen por un desgranado incompleto, daños producidos por los golpeadores de la maquina o simplemente por el derrame de granos en los equipos atascados o por perdidas en los procesos de limpieza o venteado y en el cribado, que siguen al desgranado. Un desgranado incompleto puede ser común en regiones con coste elevado de la mano de obra, en tal caso las perdidas pueden llegar a ser del 12% de las espigas de arroz. Si las espigas están húmedas, lo que es común cuando se recogen en la estación húmeda (la segunda cosecha monz6nica ha llegado a ser la cosecha principal, en lugar de ser la cosecha subsidiaria, en muchas zonas del sudeste de Asia), las espigas pueden atascar los sistemas mecánicos de las desgranadoras, de la misma forma que las pajas pueden atascar las cosechadoras combinadas. Las perdidas durante el trillado y desgranado son fáciles de medir cuando el grano se obtiene al lado del campo de cultivo o en una era. Después de la trilla, el grano se limpia y se pesa. La paja también se puede manipular cuidadosamente y el grano residual se puede separar y limpiar. Los granos enteros se pueden separar de los rotos por un cuidadoso venteado. El peso de los granos rotos y de los enteros recuperados se añade al peso de los granos obtenidos anteriormente para conseguir el rendimiento total. Pueden calcularse as! las perdidas de peso tanto de los granos enteros coma de los rotos. Si las
perdidas superan el 3-5%, hay que ajustar el procedimiento o la maquinaria. Si el grano que se extrae de las pajas predomina, es que no se esta haciendo un golpeado adecuado. Si los granos enteros salen con los rotos, el mecanismo de cernido esta atascado o el tamaño de la malla de las cribas no es el adecuado. Si la proporción de granos rotos es demasiado alta hay dos posibles causas: la primera puede ser que el golpeado sea excesivamente drástico para ese cultivo en particular, la segunda causa posible es que el cultivo sea anormalmente frágil, bien porque haya sobre madurado 0 porque se haya mojado. Las perdidas en el caso del maíz tienen causas similares: desgranado incompleto de las mazorcas, roturas de los granos en las maquinas o agrietado de los granos por machacado. Estas últimas perdidas se manifiestan posteriormente, puesto que los granos con la superficie dañada son atacados mas fácilmente por los insectos durante el almacenamiento. Solo el desgranado manual puede dar un 100% de rendimiento con daño cero; las mazorcas pequeñas y Iisas son las que dan menores danos y perdidas del 3%; el desgranado mecánico y las cosechadoras combinadas suelen dar perdidas por granos rotos que superan el 5%. La medida de las perdidas en el maíz es mas fácil que en muchos otros granos porque los gran os son grandes y fáciles de inspeccionar. El método de evaluación es el mismo que en el caso del desgranado de otros cereales.
PERDIDAS CAUSADAS POR UNA DESECACION INADECUADA
Las perdidas en la fase de desecación pueden ser tanto por desecación insuficiente como por desecación excesiva, desde antes de la cosecha hasta el almacenamiento. Un grano es algo vivo y complejo, con una estructura frágil. A medida que el grano madura, el almidón forma gránulos unidos alas proteínas. Todos los cereales tienen estructuras similares, con grupos de células irradiando desde un eje. En condiciones normales el grano es fuerte, pero si se remoja, en el campo o posteriormente, se hace frágil a menos que se seque con mucho cuidado. Se pueden producir dos tipos de perdidas coma consecuencia del proceso de desecación. El primero es la simple salida del sistema. El segundo es el daño
del grano durante la desecación, que se hace aparente durante la molienda. En los sistemas modernos de secado, las perdidas por derrames deben ser extremadamente bajas. Sin embargo, en muchos países la cosecha se seca, antes o después de desgranar, simplemente dejando los granos en la era 0 en los almacenes o en el molino, extendiendo sobre una superficie dura para que se seque por la acción conjunta del aire y del sol. Algunos granos pueden salir despedidos por efecto del viento, otros se los comen los pájaros (en caso de que se lo coman las aves domesticas no se producen perdidas propiamente, solo hay una transferencia alimenticia). Si el grano se remoja en la era por una tormenta ocasional, se producen daños. Cuando no existen superficies duras suficientes para exponer los granos para su desecación, se utilizan los bordes de las carreteras; en ese caso se pueden producir hasta el 1 % de perdidas por el efecto de arrastre del viento producido al pasar los coches, y las ruedas pueden machacar muchos granos. Cuando se utilizan secadores modernos, continuos o discontinuos, la desecación rápida crea tensiones dentro del grano, que lo pueden romper. En muchos granos este efecto es solo significativo cuando se procede a su manipulación, produciéndose las perdidas directamente o a consecuencia de la infestación rápida por los insectos. En el caso del arroz, los granos que se destinarían a comerse enteros hay que utilizarlos en la fabricación de harina cuando se rompen, con pérdidas de arroz de alta calidad. El autor ha podido comprobar que la desecación rápida del arroz, desde un 25% de humedad inicial hasta un 8% de humedad final en 16 horas (porque la cantidad que venia de
fuera
condicionaba
una
aceleración
del
proceso),
provocaba
la
desintegración de los granos en la fase de pulido, dando la mitad de 10 esperado de grano entero y teniendo que destinar una gran parte de la producción a la alimentación animal. La razón de estas perdidas se encontraba en que 105 granos del fondo de las cámaras discontinuas de desecación estaban justamente en el paso del aire caliente y se secaban con excesiva rapidez. Los granos de la parte superior de las cámaras estaban al principio fríos y se exponían al aire saturado de vapor que provenía del fondo, provocando su rehumectación. En ambos casos los granos se exponen a tensiones y fácilmente se rompen durante las operaciones subsiguientes. Las perdidas durante la desecación se miden por técnicas comparativas con
relación a un control cuidadoso de laboratorio. Este método no es el ideal, pero proporciona una medida del potencial de granos de alta calidad que podría obtenerse en el secadero. Si 105 rendimientos reales son inferiores, se demuestran los defectos del sistema. El procedimiento básico es tomar muestras representativas de los granos húmedos a la entrada del proceso y del grano desecado. Las muestras se desecan entonces en el laboratorio con gran cuidado y son estabilizadas durante 5 días. El material se compara entonces con el grano obtenido en el secadero, por ejemplo en el caso del arroz procesándolo de la misma manera en 105 equipos de laboratorio. Este sistema es útil para comparar muestras de distintas zonas para detectar si hay una distribución uniforme del aire en el secadero, lo que no siempre se consigue en los sistemas discontinuos si las espigas que Began están muy húmedas. Si el trigo se destina a la fabricación de pan, la temperatura del secadero debe mantenerse por debajo de 70°C para evitar daños en el gluten. La desecación del maíz a temperaturas elevadas (superiores a 90°C) provoca la reducción de la tasa de extracción de almidón durante la molienda. En el caso de los granos que se vayan a utilizar para semilla es esencial mantener baja la temperatura para que se pueda conservar la viabilidad. La temperatura máxima para la mayoría de los granos es de 45°°C.
PERDIDAS CAUSADAS POR EL ALMACENAMIENTO Y EL TRANSPORTE
Las perdidas durante el almacenamiento del grano pueden derivarse del hecho de que los granos recibidos en el almacén sean insatisfactorios, de que los almacenes sean inadecuados o de que las condiciones de mantenimiento de los almacenes no sean las apropiadas. El transporte es un almacenamiento temporal, con demasiada frecuencia en condiciones deplorables, como por ejemplo, vagones sucios o contaminados, sin una adecuada supervisión. Los propietarios de los sistemas de transporte normalmente no tienen los mismos incentivos para prevenir !as perdidas que los propietarios del grano. Los insectos y los microorganismos pueden infestar el grano antes de su llegada al almacén, especialmente si los gran os tienen un contenido en humedad superior al que se considera seguro.
Como se ha indicado anteriormente, los granos que ingresen en los almacenes deben estar enteros y secos. Los gran os rajados 0 rotos son atacados con mayor facilidad por los insectos y los mohos. Los granos húmedos se pudren rápidamente. Si los granos están sucios es muy probable que los ataquen los mohos. La suciedad es un indicativo de un trato inadecuado y de una infestación casi segura. La alteración durante el almacenamiento por efecto de los microorganismos, insectos, roedores y pájaros depende del diseño de los almacenes y de las condiciones en que se mantenga el almacén. Es obvio que los silos y los almacenes deben tener una estructura sólida y ser impermeables, pero esto no es suficiente para prevenir la alteración. El crecimiento de los microorganismos se produce no solo cuando la desecación ha sido inadecuada o cuando esta en contacto directo con el agua (por ej. a causa de la lluvia por un tejado roto) si no también cuando hay absorción de humedad desde el aire húmedo (por ej. durante las épocas de lluvia) o a consecuencia de la predistribución del aire en los almacenes. La infestación por insectos aumenta cuando la temperatura se eleva y los niveles de humedad y los almacenes hay que diseñarlos para mantener la humedad y la temperatura tan baja como sea posible. Antes de llenar cualquier almacén hay que desinfectarlo a fondo para destruir las plagas residuales en las estructuras. Las causas de las perdidas durante el almacenamiento (insectos, mohos, roedores, pájaros) se reconocen fácilmente en los almacenes. La medida concreta de estas perdidas es difícil, aunque es necesaria para poder conseguir una evaluación de la relación coste-beneficio de las acciones correctivas. La técnica mas simple es «contar y pesar», toman do muestras representativas del grano y contando el numero de granos infestados/dañados por cada mil. A partir de estos datos se pueden calcular los porcentajes de perdidas en peso. Otra técnica simple es pesar sacos etiquetados de grano antes y después del almacenamiento, ajustando los pesos a contenido de humedad cero. La diferencia es la perdida de gran os por insectos o cualquier otra causa. Si se produce el ataque de los roedores o los pájaros, hay que recordar que un gorrión consume 25 g de grano al día. Sin embargo, si los granos se contaminan de deyecciones u orina de pájaros o roedores, las perdidas serán
muy superiores, si no totales. De nuevo hay que separar los gran os dañados/contaminados de las muestras y calcular los porcentajes. Los mohos utilizan los gran os como alimento, convirtiendo parte de los carbohidratos en dióxido de carbono. La técnica de «pesada inicial, pesada final» podrá dar una medida aproximada de las perdidas de grano debidas a mohos mas insectos. Las perdidas de almacenamiento se consideran entre el 2 y el 6% en los países en desarrollo, aunque en las granjas pequeñas pueden ser mucho mayores. Las perdidas de harina o salvado pueden ser totales. Las infestaciones se producen en los molinos, especialmente cuando se reutilizan sacos sucios en lugar de emplear sacos nuevos de polipropileno. A temperaturas elevadas, el crecimiento de los insectos y los mohos es rápido. Uno de los principales culpables es el escarabajo de la harina. No solo hay que considerar la harina que se comen sine la contaminación a causa de los detritus, que le imparten a la harina un hedor característico. El acido úrico se puede comprobar químicamente. Los insectos y sus fragmentos se pueden separar de la harina por cribado, el olor no. Pero además, cuando el nivel de insectos alcanza los 500 individuos por kg, la harina habrá perdido la mayor parte de sus propiedades funcionales para fabricar pan (es decir, el gluten) como se puede demostrar por la técnica de lavado del gluten o mediante pruebas de fabricación de pan.
3.9 PERDIDAS DE PROCESADO
El historial de los gran os previo a la molienda afecta al rendimiento durante la misma y va se han hecho referencias a este efecto en el caso del arroz. Se pueden producir perdidas incluso cuando los gran os que entren en los molinos estén en perfectas condiciones. El que las maquinarias estén defectuosas o no se ajusten y funcionen inadecuadamente es la principal causa de las perdidas cuantitativas o de la perdida de la calidad. Las limpiadoras de grano son incapaces de eliminar pequeñas piedrecillas de las espigas que entran en el molino. Estas piedrecillas dañan los rodillos de caucho que se utilizan para desgranar, provocando perdidas en el rendimiento del arroz. Si las espigas se reprocesan en otro rodillo aumenta el riesgo de roturas.
En el procesado del arroz, en el que se elimina la cascarilla en la primera etapa, es importante eliminar solo la cascarilla. Los daños que se producen en las gavillas que se hayan secado inadecuadamente o que se hayan calentado en exceso al desecarlas. Los granos sometidos a tensiones se rompen durante el descascarillado, produciéndose granos rotos, que no se pueden blanquear y hay que destinarlos a la alimentación animal. Las perdidas en la molienda actualmente son bastante raras y solo en molinos insolventes cabe encontrar maquinarias mal mantenidas, coma por ejemplo Cribas de separación con roturas. En este caso parte de la paja pasa a la harina, que reduce su calidad, aunque aumentan los rendimientos. Los tradicionales depósitos de harina alrededor del terreno y del tejado de los molinos ya es cosa del pasado. Las perdidas de material son muy pequeñas y las explosiones de polvo, rarísimas. Las pérdidas en la preparación del arroz se deben fundamentalmente a la rotura de granos que se produce cuando el pre tratamiento es inadecuado 0 cuando las maquinarias no están ajustadas (especialmente en el caso de las desgranadoras de acero y las pulidoras de fricción: es decir 60% en las desgranadoras, 4% en cada cono, 3% en las pulidoras). La medida de las perdidas en los molinos de arroz hay que hacerla etapa por etapa, pesando los productos que entran y salen de cada una y comprobando su calidad. Las arroceras típicas de los países en desarrollo tienen maquinarias antiguas y desgastadas.
PERDIDAS NUTRICIONALES Y CULINARIAS
Hay dos importantes causas de pérdida de alimentos en el ámbito domestico: los desperdicios y la reducción del valor nutritivo. Las perdidas nutritivas son significativas cuando la población recibe solo cantidades mínimas de alimentos para cubrir sus necesidades calóricos. En este caso las pérdidas de vitaminas y aminoácidos son claramente aparentes. Puede decirse que tales perdidas son un síntoma de pobreza. Considerando unos determinados ingresos familiares, 10 primero que se compra son alimentos. Producida la demanda, el agricultor producirá una mayor cantidad para vender. Las deficiencias de proteínas se han confundido con frecuencia con la estarvaci6n y es parte de la historia de la nutrici6n que los alimentos concentrados proteicos, a base de soja y leche en polvo, que se proporcionaban a las zonas en estarvaci6n, se metabolizaba coma calorías. Los cereales hubieran si do mas útiles. Por ello, si hay que utilizar recursos en programas de resolución de mejoras alimentarias, los mejores recursos serán los que aumenten la cantidad de alimentos disponibles. Las pérdidas nutricionales se deben a dos causas principales, que hay que distinguir claramente. La primera causa es adventicia y evitable y puede tipificarse coma la perdida de vitaminas y proteínas en los granos infestados de gorgojo y en la conversión de grano en detritus de insectos sin valor coma alimento. Se ha comprobado que en el arroz infestado con Sitoplzilllls oryzae y almacenado sólo durante 14 semanas a 27°C se producen perdidas del 38%. En trigo altamente infestado, no solamente se producía una perdida del 1,1 % del peso después de almacenar durante 11 semanas, sin que el rendimiento en harina se reducía en mas del 5%, cuando se extraía al 70%. La otra pérdida muy importante es frecuentemente inevitable y se debe a los hábitos alimentarios de consumo. La mayoría de la gente prefiere comer pan blanco y arroz pulido, aunque se sabe que el pan integral y el arroz pardo contienen valiosas vitaminas del grupo B. Usualmente preferimos cortezas crujientes en el pan, aunque parte de la lisina se pierde en este caso por la reacción de Maillard, que junto con la caramelización del almidón a carbono coloidal, son las reacciones que le dan al pan su delicioso aspecto y sabor. Consumimos tostadas aunque el valor nutritivo del pan se reduce al tostarlo. Al lavar el arroz antes de cocinarlo se producen perdidas de sólidos de hasta
el 2,6%. Al cocinarlo, si el arroz se hace al vapor o se cuece en agua hasta que se seca, se pueden producir grandes perdidas, pero si el agua de cocción se tira, entonces las perdidas son mucho mayores, llegando a veces hasta al 10%, dependiendo de la edad del arroz, y siendo mucho mayores en el caso de granos rotos, que a veces desaparecen disueltos en el agua. En los países pobres este agua con frecuencia se utiliza en las papillas infantiles 0 se le echa a los animales. Se producen perdidas de vitamina B cuando el arroz crudo (es decir, sin precocer) se lava antes de cocinarlo; estas perdidas pueden ser hasta del 40% para la tiamina y la niacina y del 24% para la riboflavina. Se pueden producir pérdidas adicionales si el agua de cocción se tira, en lugar de dejarla que se evapore. Las perdidas de niacina son particularmente relevantes ya que incluso el arroz pulido puede aportar la mayor parte de las necesidades diarias de esta vitamina. Un remedio simple podría consistir en desaconsejar alas amas de casa que laven el arroz y alentar a los responsables de los molinos para producir arroz más limpio. OBTENCION DE HARINA DE TRIGO
La fabricaci6n de harina tiene una doble finalidad: (1) triturar el trigo limpio y temperado, y (2) separar la corteza exterior del endospermo interno en una gran variedad de formas, que son adecuadas a los deseos de los consumidores. Históricamente, la molienda se ha realizado de una u otra forma fundamentalmente de acuerdo con resultados de palatabilidad, considerando los distintos usos que se le pueden dar alas harinas: para hacer pasteles, para rebozar o para otros usos culinarios. Las demandas actuales han aumentado considerablemente las exigencias en las áreas de la ingeniería y de la química de los cereales. Es conveniente recordar que el grano de trigo contiene alrededor del 85% de endospermo, el 3% de germen y e112% de salvado y todos ellos son productos nutritivos interesantes, aunque cada uno a su manera. El endospermo es muy rico en carbohidratos. Todos estos productos son importantes desde el punto de vista comercial. La harina integral, por ejemplo, es harina hecha con el grano entero de trigo, que también se conoce coma harina del 100% de extracci6n. La harina blanca generalmente tiene una extracci6n (proporci6n de harina obtenida con respecto del peso inicial del
grana) de hasta el 78%, vendiéndose el salvado separadamente o en conjunto. Con respecto al propio proceso de molienda, en 1878 Henry Simon llevó a 19 molineros ingleses, incluido el abuelo del autor de este texto, a visitar Hungría para ver la invención del molino de rodillos de acero. Esta maquina fue el corazón de lo que se conoce como sistema de reducci6n gradual, que es el que se utiliza actualmente en todo el mundo. Durante los años siguientes a 1878 la molienda con rodillos de acero fue adquiriendo aceptaci6n mundial creciente.
Las operaciones que van desde la recepción del trigo en la fábrica hasta la utilización de la harina comprenden tres grandes etapas sucesivas:
1) Limpieza del trigo y su preparación para la molienda. 2) Molienda del grano para obtener la harina y los subproductos. 3) Mezclado, envasado y almacenamiento de la harina.
LIMPIEZA Y PREPARACIÓN:
La limpieza tiene por objeto eliminar del trigo todas la impurezas. El trigo sucio se pesa a la salida de los silos con una báscula automática para hacer el cálculo de la tasa de extracción y poder conocer el porcentaje de impurezas. Una vez pesado, va a una separadora – aspiradora que elimina las impurezas de diferente tamaño, realizándose la separación en base al diámetro de las partículas. Este equipo está formado por dos tamices, ligeramente inclinados y con un movimiento de vaivén. El primer tamiz, con perforaciones grandes, deja pasar fácilmente el trigo y retiene las impurezas más grandes como pajas, hilo, etc. El segundo tamiz tiene perforaciones más pequeñas que el grano de trigo, quedando retenido, pero dejando pasar en cambio las impurezas más pequeñas como son las semillas de malas hierbas y los granos de trigo rotos. Por otra parte, una corriente de aire aspira el polvo, que se separa en un ciclón o por medio de filtros de aire. Finalmente, el trigo pasa sobre un dispositivo magnético, dotado de un imán o de un electroimán, que retiene las partículas metálicas que han atravesado los tamices.
A continuación se realiza la clasificación, que consiste en eliminar las impurezas que tienen el mismo diámetro que el grano de trigo pero diferente longitud.
Existen dos tipos de clasificadoras, aunque el principio de funcionamiento sea el mismo en ambas:
1) CLASIFICADORAS CILÍNDRICAS: Están constituidas por un cilindro rotatorio que tiene en su interior alvéolos cuyo tamaño y forma varían con la clase de separación que se quiera realizar. Si la clasificadora se destina para sacar los granos redondos que pueda haber, los alvéolos serán redondos, y los granos de la misma forma y tamaño que las cavidades se alojarán en ellos, mientras que el trigo no podrá hacerlo. La rotación del cilindro saca y levanta los granos alojados en los alvéolos hasta un punto en que, por la acción de la gravedad, caen a un conducto que los recoge. De esta manera, los granos redondos son trasportados por el conducto y evacuados, mientras que el trigo queda en el fondo del cilindro. Si la clasificadora se utiliza para eliminar los granos largos, los alvéolos tendrán una forma tal que solamente el trigo se podrá alojar en ellos, con exclusión de los granos largos. En este caso, es el trigo el que se saca por el conducto superior, mientras que los granos largos quedarán en el fondo del cilindro.
2) CLASIFICADORA DE DISCOS: En ellas los alvéolos están en placas en forma de discos, que giran dentro de la masa de trigo. El principio de funcionamiento es el mismo que el clasificador cilíndrico.
Después de la clasificación, se procede al cepillado del trigo para eliminar el polvo adherido. Se realiza en unas máquinas donde el grano rueda entre una pared metálica de chapa perforada y unos cepillos fijos que giran sobre un eje. El polvo que se desprende es aspirado a través de la chapa perforada mediante un ventilador que envía el aire a un ciclón. La distancia entre la pared de la chapa y los cepillos es regulable.
La limpieza se completa con el lavado, que consiste en una ligera adición de agua. Sin embargo, la misión del lavado es sacar el polvo o la tierra que se encuentra en el surco del grano y que no ha podido ser eliminado en la operación de cepillado. El trigo se remueve en el agua con un tornillo sinfín. Las piedras y arena, que son más pesadas, caen al fondo, mientras que las impurezas ligeras, las semillas extrañas y los granos de trigo vacíos, que flotan, son evacuados con el agua. A la salida de la lavadora, el trigo pasa al secadero, donde previamente por centrifugación se elimina gran parte del agua superficial que moja los granos. En general, un trigo puede aumentar su humedad un 2 – 3 % durante la operación de lavado. El remojo, que debe llevar al trigo a una humedad entre el 16 y 17 %, se realiza por adición de agua fría o a veces caliente, o con vapor. Cuando el trigo se lava, esta operación suele ser suficiente para conseguir la humedad deseada, después debe permanecer un tiempo de reposo o de acondicionamiento, para que el agua pueda penetrar en el grano y se distribuya en todo el endospermo harinoso. Si se coloca en los silos, permanece de 18 a 36 horas. En las fábricas grandes se usan los acondicionadores – secadores para acelerar la penetración del agua en el grano, disminuyendo por consiguiente el tiempo de reposo, que es de 4 a 8 horas.
Un nuevo cepillado, similar al anterior, se hace a la salida de los silos para completar la limpieza del grano previamente a la molienda. Para finalizar, se usa un imán como dispositivo de seguridad, cuya misión consiste en retener todas las partículas metálicas, que podrían causar serios daños si pasaran a los equipos de molienda.
MOLIENDA:
El objetivo de la molienda es obtener el máximo de harina a partir del endospermo harinoso del grano. En la práctica, al tener el grano de trigo un repliegue llamado surco, es imposible eliminar las capas por simple abrasión. Por esto se opera con sucesivos triturados y tamizados. La separación se hace posible por la diferencia de dureza entre el endospermo, que se reduce a partículas finas de
harina, y la cáscara, más elástica y plástica, que queda en forma de placas como salvado.
Las principales operaciones de la molienda del trigo son: 1) TRITURACIÓN: Se realiza con un conjunto de molinos de cilindros estriados. El equipo se compone de un distribuidor formado por dos rodillos acanalados, cuya misión es asegurar una distribución regular del producto sobre toda la longitud de los cilindros, al objeto de conseguir una alimentación lo más homogénea posible. Cuando el trigo sale del distribuidor, cae entre los dos cilindros, que giran en sentido contrario, para ser recogido, después de la trituración, en la tolva inferior, de donde pasa a la tolva siguiente. Un cilindro está montado en una bancada fija y el otro en una móvil sobre resortes, para permitir que cualquier partícula dura pueda pasar entre los dos cilindros sin dañarlos. La rotura del grano se produce por la acción conjunta de compresión y cizallamiento, ya que uno de los cilindros gira alrededor de 2,5 veces más rápidamente que el otro. De esta manera, el producto que pasa entre los dos cilindros sufre un efecto de estiramiento y los granos son cizallados. Este cizallamiento es el que permite el raspado progresivo de las capas del grano durante la trituración.
2) COMPRESIÓN Y REDUCCIÓN DE TAMAÑO de los productos procedentes de la trituración. Se realiza con molinos provistos de cilindros lisos, que están alimentados en la cabeza por las semolinas y la flor, constituidas por endospermo en un 95 – 98 %. El paso entre los cilindros lisos da una harina más una cola que va a la siguiente reducción. La cantidad de harina extraída en esta sección es importante, del orden del 40 al 45 % de la harina total. En la última reducción, la cola está formada por los remolidos blancos, productos finos y blanquecinos, que contienen todavía una gran proporción de productos procedentes de la reducción del endospermo, con residuos de cáscaras y germen.
El germen en forma de placas aplastadas puede recogerse a la salida de los primeros cilindros. La cantidad de germen que puede ser extraído industrialmente no corresponde más que a una débil proporción del germen total.
3) CERNIDO: Es la operación que, después de cada pasaje a través de un molino de cilindros, clasifica el producto según el tamaño de las distintas partículas. Se efectúa mediante tamices de telas de seda (para harina o sémolas) o acero inoxidable. En la actualidad, los equipos que se utilizan son los plansichters o cernidores planos que están formados por dos grandes cajas suspendidas por cañas flexibles y unidas por un armazón metálico. A su vez, las cajas se componen de varios compartimentos donde se encuentran de 10 a 12 tamices planos superpuestos, sobre los que se envían los productos para cernir. Cada compartimento es un dispositivo de tamizado independiente, lo que permite enviar diferentes productos al mismo tiempo sobre la misma máquina. El movimiento de sacudida característico de este equipo, circular y en un plano, se obtiene gracias a una excéntrica situada entre las dos cajas. A pesar de la vigorosa sacudida, los tamices se van obturando con los productos de cernido, por lo que un sistema de cepillos barre constantemente la cara inferior del tamiz, conservando intacta la superficie total de cernido, sobre todo si la humedad es elevada. Los productos a tamizar llegan por mangas de tela a la parte superior, saliendo los distintos productos por pequeñas mangas también de tela, emplazadas de bajo de la caja, desde donde son conducidos por diferentes tuberías a las siguientes fases del proceso.
4) SASAJE O PURIFICACIÓN: Es una operación intermedia entre la trituración y la primera fase de reducción de tamaño del trigo por compresión. Su misión es clasificar y purificar los productos que van a la compresión. Entre el conjunto de sémolas del mismo tamaño que son clasificadas
en
el
cernido,
algunas
proceden
del
interior
del
endospermo, que son blancas y limpias, y las otras, formadas en la
periferia del grano, conservan restos de cáscaras. La función del sasaje consiste en separar las diferentes sémolas para que vayan a la siguiente reducción como productos uniformes, evitando en lo posible ensuciar la harina con picaduras. La alimentación de los sasores se hace por un registro regulable, que reparte las sémolas en forma de capa delgada sobre la superficie de una serie de tamices colocados uno al lado del otro en un plano ligeramente inclinado y animado longitudinalmente de un movimiento de vaivén. Tanto los sasores como los molinos de cilindros y las máquinas de cernir (plansichters), se conectan mediante tuberías de aspiración a un filtro y a un separador, introduciéndose los productos arrastrados por la aspiración en el circuito, en el punto más apropiado del proceso.
5) CEPILLADO DE LAS CÁSCARAS: Con ello se pretende reducir al mínimo la cantidad de harina adherida en la parte interna de las envueltas del grano (el salvado). Las cepilladoras de salvado trabajan tanto los salvados gruesos como los finos, que aparecen después del cernido del último paso de trituración. La harina que se obtiene de esta manera, de aspecto muy sucio, se cierne y se puede juntar con la harina entera, mejorando notablemente el rendimiento de la molienda. Estas máquinas tienen la tela filtrante ajustada sobre un tambor cilíndrico fijo o que gira lentamente. Los cepillos están montados sobre un segundo árbol concéntrico que gira rápidamente. En su movimiento, los cepillos frotan las partículas de salvado contra la tela del tamiz ejerciendo de esa forma una acción de limpieza muy eficaz. La mezcla de harina y de residuos que atraviesa la tela se recoge con un tornillo sinfín en la parte inferior y es enviada a un plansichter que la cierne juntamente con productos similares.
El trigo, única materia prima utilizada en esta industria, se utiliza casi exclusivamente para la fabricación de harina de panificación, puesto que la harina del endospermo representa en torno al 70 % del peso del grano. La composición del trigo, que afecta a los procesos tecnológicos de su
elaboración, depende de la especie, así como del periodo de siembra y clima. La principal especie de trigo es el Triticum vulgare que corresponde a todos los trigos llamados blandos, que son harinosos. Los trigos duros, Triticum durum, es la especie utilizada para la fabricación de pastas alimenticias. Se diferencia de los blandos por su comportamiento favorable durante la molienda, debido a la composición del endospermo y su estructura resistente. Por lo general son ricos en proteínas. Algunos dan harinas llamadas de fuerza en las que la abundancia y la calidad del gluten determinan una fuerte absorción de agua y una elevada elasticidad de las pastas de panadería, muy favorable para la retención de gas durante la panificación. Las harinas de trigo llamadas débiles son, generalmente, pobres en proteínas, pero se utilizan mucho en galletería y dulcería. Normalmente, en la fabricación de pan y otros productos se preparan mezclas de harinas de diferentes características.
Los productos de la molienda del trigo varían en los diferentas países y, aún dentro de cada país, según las características de las instalaciones y las exigencias del mercado. No obstante, en la siguiente tabla se dan unos resultados que pueden considerarse representativos de los productos obtenidos por la industria harinera en España:
PRODUCTO
% EN PESO
Harina
77
Pérdidas en la molturación
1
Pérdidas en la limpieza
4
Salvado grueso
4
Salvado fino
12
Germen
2
El número de kilogramos de harina obtenidos por 100 Kg de trigo limpio se denomina grado o tasa de extracción. El grano de trigo contiene, aproximadamente, el 84 % de endospermo capaz de producir harina blanca, pero es prácticamente imposible separarlo por completo del salvado, la aleurona y el germen. Las limitaciones mecánicas del proceso de molienda hacen que, en la práctica, sólo sea posible obtener tasas de extracciones del
orden del 75 %, sin llegar a oscurecer la harina por la incorporación de los subproductos mencionados.
ALTERACIONES DE ORIGEN MICROBILÓGICO:
Otros factores importantes que nos van a influir en la calidad del producto final van a ser las alteraciones de origen microbiológico, que van a depender principalmente de la composición bioquímica y el estado físico del grano. Así, las partes internas (que cobran mayor interés para nosotros) son las más vulnerables para desarrollo de hongos al igual que ocurre con los granos dañados mecánicamente cuyo germen (parte bioquímicamente más rica), es el mejor punto de partida para el crecimiento de mohos.
1) ALTERACIONES BIOQUÍMICAS Y TECNOLÓGICAS: La pérdida de la capacidad germinativa de los granos y el aumento de acidez grasa durante el almacenamiento, están directamente relacionadas con el desarrollo de hongos sobre los granos. Las lipasas fúngicas producidas por hongos de campo o durante el prealmacenamiento, por el género Penicilium son capaces de producir una lenta acidificación de granos y harinas. En cuanto a la calidad de la proteína y por tanto al valor panadero de los trigos, las modificaciones producidas por vía microbiana son muy limitadas. También se pueden producir modificaciones organolépticas y la presencia de olores indeseables a moho en las harinas que pueden persistir, incluso, en los productos elaborados con harinas ya cocidos.
2) MODIFICACIONES TOXICOLÓGICAS: El efecto principal, desde el punto de vista sanitario, del desarrollo y actividad de los hongos filamentosos en los cereales, es el aumento del riesgo de la producción de micotoxinas. Las micotoxinas que presentan problemas en el ámbito de la alimentación son las que resisten fenómenos de oxidación y procesos de cocción. Por tanto, son termoestables y tienen un periodo
de vida en el alimento contaminado mucho más amplio que el del hongo sintetizador. La biosíntesis de la toxina no es sistemática. Sino que depende en gran medida del medio en que se encuentra. De forma general, la síntesis de micotoxinas requiere hidrataciones superiores a las necesarias para el crecimiento fúngico. Se necesita un valor de a w mínimo de 0,8 – 0,83. Por otra parte, prácticamente todas las micotoxinas deben encontrarse en semillas obviamente alteradas. Las características físicas y químicas de los granos de cereales y sus productos
derivados,
no
les
hace
productos
de
alto
riesgo
microbiológico, como pueden ser la carne o los productos de la pesca. Los riesgos específicos de los cereales están ligados a hongos y las micotoxinas que estos pueden producir. Por ello se requiere un especial interés en las técnicas de conservación. Por otra parte, cuando las harinas o sémolas vayan a formar parte de alimentos con una aw elevada, los problemas se desplazan hacia la microbiología de este alimento. No se exigirá la misma calidad bacteriológica a una harina destinada a la elaboración de pan que a la que se va a emplear para alimentación infantil.
3) INSECTOS: Los insectos constituyen un problema importante para el almacenamiento de granos y semillas. Los insectos parásitos ocasionan alteraciones de cualquier tipo y, de forma bastante general, producen daños directos e indirectos; los primeros se cuantifican con la pérdida de peso de la mercancía o con la rotura de las envueltas de grano. Mucho más graves son los daños indirectos que se manifiestan en forma de contaminación por la presencia de insectos en estado de larva o adulto, restos de larvas y pupas, huevos, excrementos, fragmentos, pelos, hilos sedosos y microorganismos patógenos.
NUEVOS Y FUTUROS AVANCES
Molienda con dos rodillos superiores. Este procedimiento relativamente nuevo se viene practicando sólo desde 1992. En su forma mas simple combina conjuntamente la primera con la segunda ruptura y la tercera con la cuarta. En las reducciones se encuentra Un concepto similar. Tomando como ejemplo las dos primeras rupturas, hay un par de rodillos colocados sobre otro par (rupturas primera y segunda) sin que haya ninguna criba intermedia, dentro de la misma maquina. Se sigue una criba que se alimenta de la forma convencional. Con este procedimiento se presume de conseguir rendimientos similares con una menor superficie de rodillos y de cribas, menos elevadores neumáticos, menor consumo energético y menor volumen de construcción. Se considera que se puede ahorrar un 40% de los costes cuando los cambios se aplican al 1O0% de la instalación, con dos equipos de ruptura. Algunas fábricas han adoptado este sistema solo para las dos primeras rupturas y para las reducciones A y B. Otras se han decidido por el conjunto completo. En comparación con la molienda convencional, hay quien piensa que esto es un compromiso (es decir, hay menores rendimientos). Los requisitos para los sistemas de extracción de los rodillos grandes de ruptura suelen ser mas costosos. Cambiar el par de rodillos superiores es complicado. Varios molinos se han quejado de sus resultados. Este concepto se puede emplear en el caso del descascarillado, 10 que es completamente distinto. Existen pocas posibilidades de investigación en esta posibilidad de acercamiento a la molienda.
METODOS MODERNOS DE CONTROL Y SEGUIMIENTO EN LOS MOLINOS
El objetivo en la molienda de harina blanca es extraer el máximo de harinas con las características de calidad deseadas de una masa dada de trigo. Los molinos de harina modernos están altamente automatizados incorporando numerosos sistemas de control y seguimiento. La función de estos sistemas es proporcionar datos para el aseguramiento de la calidad de acuerdo con sistemas de calidad como el ISO 9002, que son los que han sido adoptados por las empresas de fabricación de harinas. No obstante, en algunos casos es posible conseguir también el control automático.
Los aspectos de calidad de las harinas blancas que están bajo el control directo de los molineros son el contenido en proteínas, la proporción cenizas/color, daños en el almidón y tamaño de partícula. El contenido en proteínas se controla en gran medida por la elección de la mezcla de los tipos de trigo (Grist); la proporción cenizas/color de la harina final depende de la eficacia en separar el endospermo del salvado en los rodillos de ruptura y en la mezcla de las existencias intermedias, mientras que el daño en el almidón y la reducción del tamaño de partícula se consiguen mediante el incremento progresivo de la presión de trituración en las etapas de reducción. Las oportunidades de poder ejercer control sobre el rendimiento y calidad de la harina producida dependen de: . Selección del tipo de trigo . Mezclas de trigo para producir el «grist» . Condicionado del «grist» . Liberación de las materias trituradas en las etapas de ruptura . Presión de los rodillos en las etapas de reducción . Combinación de las harinas y envasado Las posibilidades de seguimiento y control en cada uno de estos puntos del proceso se describen en los apartados siguientes, con especial referencia a la tecnología desarrollada recientemente.
NIR I La necesidad de medir la calidad del trigo se deriva de tener que tomar decisiones sobre la aceptabilidad, precio y almacenamiento. Desde la década de 1970, la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) ha proporcionado los medios para medir la calidad del trigo en la recepción de los manipuladores y de los comerciantes o directamente en el molino. En los países en que se aplican sistemas de categorización del trigo, como Australia, Canadá y los Estados Unidos, la segregaci6n se realiza mediante comprobaci6n del NIR de cada uno de los lotes que llegan desde las granjas a los silos de almacenamiento del campo. Actualmente esto se hace exclusivamente mediante equipos que determinan la calidad sobre los granos enteros. El último de dichos instrumentos es el espectrofot6metro de diodos alineados DA-7000
(Perten Instruments, Springfield, IL) que analiza el trigo empaquetado en un cilindro de plástico sobre una plataforma situada en el punto focal del rayo de luz (Fig. 7-14). Ademas de esta presentación simple de la muestra, el equipo DA-7000 ofrece una adquisición rápida de datos excepcionalmente rápida y continua, con 10 que se consigue significativas ganancias de tiempo en el análisis de muestras; el tiempo medio de análisis es de 15 segundos. La medida clave que se hace con el NIR es el contenido en proteínas del grano, ya que este es un factor importante para establecer la categoría y el precio del lote de trigo.
ANALISIS DE IMAGEN Se ha desarrollado un sistema digital de análisis de imagen para clasificar el trigo en categorías en Canadá y determinar las mezclas con materias extrañas (Neuman, Sapirstein, Shwedyk y Bushuk, 1987; Sapirstein, Neuman, Wright, Shwedyk y Bushuk, 1987). Uno de los principales objetivos de la segregación y categorización es mantener la uniformidad de las calidades dentro de unos márgenes, de acuerdo con la categoría. El efecto del sistema canadiense de categorizaci6n en la mejora de la uniformidad de las muestras de lotes de trigo en comparaci6n con lotes no sometidos a dicho control se demostr6 por análisis de imagen de 400 submuestras de granos (Sapirstein y Kohler, 1995). Recientemente se ha desarrollado un sistema comercial para la inspecci6n automática del grano mediante el análisis de imagen en color (Svensson, Egelberg, Peterson y Oste, 1996). Las muestras de grano que alimentan el GrainCheck 310 (Foss Tecator AB, Hoganas, Suecia) se transportan en una cinta móvil sobre la que obtiene la imagen. Los ordenadores identifican las imágenes de granos discretos y capturan los parámetros morfológicos que se utilizan para clasificar cada grano en las distintas categorías, de acuerdo con calibraciones predeterminadas. El tiempo de análisis para una muestra de 50 g es de 2 a 3 minutos. Así se consigue una determinaci6n rápida y objetiva de la pureza, que complementa la informaci6n sobre el contenido en proteínas y humedad que proporciona el análisis NIR.
ANALlSIS DE LA CALlDAD DE LA HARINA
Analisis on-line de la harina mediante NIR Un aspecto esencial del seguimiento y control en los molinos es el mantenimiento de la calidad de los productos. Esta ha sido siempre la responsabilidad del químico del molino y del laboratorio. Actualmente la tecnología on-line NIR permite el análisis continuo de las harinas intermedias y finales en el propio molino. Seleccionando adecuadamente los puntos de muestreo, el molinero puede determinar ahora cuando y donde hay que realizar que tipo de ajustes para conseguir la consistencia de la calidad de los productos. Se describen a continuaciónn las características de los tres sistemas on-line comerciales que se pueden utilizar. El sistema Nirotec SNIB (Satake UK Ltd, Stockport, UK) se basa en el instrumento Oxford QN1500, un equipo NIR que contiene hasta 15 filtros que permiten el análisis de hasta seis constituyentes. La seguridad máxima se consigue eligiendo la mejor calibración de 600 combinaciones individuales de la relación producto/constituyentes. Un solo equipo puede conseguir datos de cuatro Iíneas de harina consecutivamente o en cualquier otra secuencia que se quiera. El Nirotec consta de dos componentes distintos: la estación de medida y la estación operativa. La estación de medida, que se sitúa donde se quiera a 10 largo del sistema de transporte, consta de la unidad de presentación de muestras, que es el Analizador NIR QN 1500, Y del sistema de computación de procesos y control. La unidad de presentación de la muestra ha sido diseñada como una versión robotizada del procedimiento normal de los análisis de laboratorio, colocando las muestras en las celdas de medida. La estación operativa se ubica normalmente en la sala de control del molino, en la que el molinero puede observar conjuntamente todas las informaciones expuestas. Una
de
las
ventajas
de
la
tecnología
NIR
es
que
puede
medir
concurrentemente varios parámetros. Par ejemplo, todos los sistemas comerciales NIR pueden medir simultáneamente el contenido en humedad y proteínas de las harinas. También pueden hacerse otras medidas. El sistema Nirotec es el que parece ofrecer el abanico de posibilidades mas amplio, incluyendo color, agua, absorción, contenido en cenizas y daño en el almidón, además de medir el contenido en proteínas y humedad. La posibilidad de medir el almidón dañado on-line es particularmente importante porque puede proporcionar infonnaci6n utilizable para realizar ajustes en las presiones de los
rodillos de reducci6n. No obstante, estas aplicaciones están basadas sólo en calibraciones propias de los propietarios de los equipos y aun no existen calibraciones independientes de sus prestaciones. El sistema MIRAS de Buhler Perten (Buhler Bros, Uzwil, Suiza) se basa en el Perten Instruments Inframatic y utiliza un principio de muestreo similar al Nirotec. El calibrador MM55 (Infrared Engineering Ltd, Maldon, UK) se basa en una cabeza sensible no contactante mantenida fija aproximadamente a 200 mm de distancia del flujo de producto mediante un soporte al lado de una sección de un conducto inclinado en un ángulo de 60° de la horizontal. El dispositivo enfoca la luz de una lámpara hal6gena de cuarzo hacia un rayo paralelo que se proyecta sobre el producto por media de un filtro de rueda que trasmite bandas estrechas de energía de las longitudes de onda NIR deseadas. La energía reflejada, modulada en su interacción con el producto, es capturada por un detector en el dispositivo. De esta manera se realizan las medidas sobre el flujo de la harina a través de una ventana de vidrio endurecido a una velocidad de hasta cinco por segundo. Las señales del dispositivo MM55 se llevan a una unidad electrónica de proceso que con tiene la ecuación de calibración y produce la lectura del contenido en proteínas. Los resultados quedan registrados de forma permanente en una banda magnética. La adición mas reciente al conjunto de instrumentos NIR para las molineras es el analizador InfraPowder AS, en el que «AS» se refiere a «Angle Shaped» (en forma de ángulo). Se basa en un tubo inclinado con una sección cuadrada para presentación de la muestra a la ventana óptica de un Analizador de Infrarrojos (InfraAlyzer 600). La harina es dirigida hacia un tubo de rebosamiento cerrado par debajo por una válvula de mariposa. La compactación de la harina en el tubo durante la medición se consigue mediante un vibrador axial neumático. Después de la medida se abre la válvula de mariposa y se descarga la muestra. Los sistemas de muestreo NIR on-line se desarrollaron inicialmente para medir el contenido en proteínas de la harina. Esta sigue siendo la aplicación mas popular y constituye un ejemplo excelente de un sistema de control de retroalimentación mediante NIR. Las correcciones par defecto de proteína se hacen con gluten desecado, particularmente en Europa, en lugar de recurrir a
combinaciones en el «Grist» con trigos de alto contenido en proteínas, que son mucho más costosas. El éxito del sistema NIR on-line para hacer un seguimiento del contenido en proteínas ha hecho que se integre en un bucle del sistema de control para la adición de gluten a las harinas (Feam y Maris, 1991). Consiste en un mezclador de tomillo que se instala entre la alimentadora de gluten y la estación NIR de muestreo, desde la que la señal de retroalimentación controla la alimentadora de gluten. Se ha comprobado que este sistema es eficaz y seguro para controlar la adición de gluten y conseguir la cantidad de proteínas en la harina previamente establecida. Los resultados de las pruebas de rendimiento que se han realizado con el sistema NIROS (el prototipo del Nirotec) y el dispositivo MM55 en dos molinos distintos de Inglaterra han demostrado que utilizando cualquiera de los dos equipos se puede controlar el nivel del contenido en proteínas con un coeficiente de variación de menos del 0,1%.
Medida on-line del contenido en salvado Una característica clave para la que el equipo NIR no ha demostrado que proporcione
resultados
adecuados es para determinar el
nivel
de
contaminación de la harina blanca con partículas de salvado. Esta medida es de gran importancia para los molineros porque es un índice de la eficacia de la separación del salvado del endospermo. Tradicionalmente se media el contenido en cenizas o el color de la harina para esto, pero ambos procedimientos tienen limitaciones y ninguno se puede aplicar on-line. Recientemente se ha desarrollado un instrumento denominado Branscan que utiliza el análisis de imagen para medir las partículas de salvado en las harinas (Brock, 1996; Whitworth, Evers y Brock, 1997). El instrumento lo fabrica Branscan Ltd (Redditch, UK) y ha sido desarrollado en colaboración con la Campden
&
Chorleywood
Food
Research
Association
basandose
en
investigaciones iniciales previas (Evers, 1993; Whitworth, 1994). Las muestras se comprimen sobre una ventana transparente, iluminada con luz visible y la imagen se recoge con una cámara de video. Las imágenes capturadas se procesan en un ordenador para identificar las partículas de salvado, cuya cantidad se mide de dos maneras:
. %Branscan: Área total de las partículas expresada como porcentaje del área total de la imagen . Recuento de partículas: Numero de partículas de dimensiones superiores a un tamaño determinado por imagen.
El Branscan se puede utilizar para medidas en el laboratorio y on-line, los equipos 2000 y 1000 respectivamente. El Branscan 1000 on-line analiza muestras de harina automáticamente en una línea de soplado o de chorro tres veces por minuto, presentando los resultados como una media m6vil. Lo mismo que la determinaci6n de cenizas, las medidas del Branscan se pueden utilizar para comparar el contenido en salvado de distintas harinas. Sin embargo, de los distintos tejidos que componen el salvado, la capa de aleurona influye mas sobre el contenido en cenizas y el Branscan esta mas relacionado con el pericarpio y la testa (Whitworth et al., 1997). por ello no se puede esperar una correlaci6n exacta entre las dos medidas. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que las medidas del Branscan 2000 pueden utilizarse como alternativa a la deterrninaci6n de cenizas para establecer el efecto relativo de varios protocolos de molienda (650 kg/h) en la fabricaci6n de harina para fideos (Os borne y Whitworth, 1999).
ELABORACION DEL PAN La elaboración del pan se hace con masas ácidas que son cultivos mixtos de bacterias ácido lácticas y levaduras que crecen de manera espontánea en los cereales. Estas bacterias fermentan los azúcares formando ácido acético, etanol, ácido láctico y co2 dependiendo de la especie. Las levaduras también contribuyen a la formación de gas con la fermentación del azúcar a etanol y co2. Los ácidos proporcionan al producto el sabor, mientras que los azúcares fermentables y la fracción de bacterias lácticas y levaduras que son productoras de gas son responsables de la porosidad y ligereza de la masa.
2. Harina
Se obtiene de la molienda del trigo. La harina blanca para pan es extraída únicamente del trigo, por ser este cereal el único conocido por el hombre que contiene una proporción dos proteínas principales que al unirse en presencia del agua forman la estructura del pan (gluten). Partes del trigo: -
Endospermo: contiene 83% del grano de trigo, contiene gránulos de almidón, las proteínas, material mineral.
-
Germen: representa el 2.5% del grano, contiene proteínas. Azucares y tiene la proporción de aceite.
-
Afrecho: representa el 14.5%, rico en vitaminas.
Tipos de harinas: -
Harinas duras: alto contenido de proteínas.
-
Harinas suaves: bajo contenido de proteínas.
Clases de harina para pan: -
Harina integral: es aquella que contiene todas las partes del trigo.
-
Harina completa: solo se utiliza el endospermo.
-
Harina patente: es la mejor harina que se obtiene hacia el centro del endospermo.
-
Harina clara: es la harina que queda después de separar la patente.
Componentes característicos de la harina: Carbohidratos: formado por compuestos químicos como el c,h,o. Constituyen la mayor parte del endospermo. Proteínas: son sustancias nitrogenadas. Y se clasificación: -
Proteínas solubles: existen en poca en el grano de trigo.
-
Insolubles: son las que forman el gluten.
3. Gluten Es la sustancia tenaz, gomosa y elástica que se forma en la mas mediante la adición del agua. El gluten se forma por la unión entre otros de las proteínas gliadina y glutenina. -
Gliadina: es pegajosa y le da al gluten su cualidad adhesiva.
-
Glutenina: le da tenacidad y fuerza. Estas dos proteínas son las que regulan la propiedad de retener el gas.
Calidad del gluten: Se mide por: -
Capacidad de absorción y retención del agua.
-
Capacidad de retener el gas carbónico.
-
La humedad tiene que estar alrededor de 14%
-
Tiene que haber presencia de cenizas (material mineral).
Características de la harina: 1. Color: el trigo blando produce harinas blancas o blanco cremoso. 2. Extracción: se obtiene después del proceso de molienda. Por cada 100 kg de trigo se obtiene 72 a 76 kg. De harina 3. Fuerza: es el poder de la harina para hacer panes de buena calidad. 4. Tolerancia: se le denomina al tiempo transcurrido después de la fermentación ideal sin que la masa sufra deterioro notable. 5. Absorción: es la propiedad de absorción de la mayor cantidad de agua. Las harinas hechas de trigo con muchas proteínas son los que tienen mayor absorción. 6. Maduración: las harinas deben ser maduradas o reposar cierto tiempo. 7. Blanqueo: las harinas pueden ser blanqueadas por procedimientos químicos. 8. Enriquecimiento: con vitaminas y minerales.
4. Agua El tipo de agua a utilizar debe ser alcalina, es aquella agua que usualmente utilizamos para beber. Cuando se amasa harina con la adecuada cantidad de agua, las proteínas gliadina y glutenina al mezclarse forman el gluten unidos por un enlace covalente que finalmente será responsable del volumen de la masa. Funciones del agua en panificación: -
Formación de la masa: el agua es el vehículo de transporte para que los ingredientes al mezclarse formen la masa. También hidrata el almidón
que junto con el gluten dan por resultado la masa plástica, suave y elástica. -
Fermentación: para que las enzimas puedan actuar hace falta el agua para que puedan difundirse a través de la pared o la membrana que rodea la célula de levadura. El agua es el que hace posible la propiedad de plasticidad y
extensibilidad de la masa, de modo que pueda crecer por la acción del gas producido en la fermentación. -
Efecto en el sabor y la frescura: el agua hace posible la porosidad y el buen sabor del pan.
5. Sal Es un compuesto químico formado por cl y na. Características de sal a utilizar: -
Granulación fina, poseer una cantidad moderada de yodo para evitar trastornos orgánicos, garantizar una pureza por encima del 95% y sea blanca (yodo 0.004).
Funciones de sal en panificación Mejorar el sabor, fortalece el gluten, puesto le permite a la masa retener el agua y el gas. La sal controla o reduce la actividad da la levadura, ejerce una acción bactericida no permite fermentaciones indeseables dentro de la masa. Las proporciones recomendables de sal a utilizar son: desde 1.5 hasta 3.0%.
6. Azúcar Compuesto químico formado por c,h,o. En panificación se utiliza la sacarosa o azúcar de caña. Funciones del azúcar en la panificación: Sirve de alimento para la levadura. Ayuda a una rápida formación de la corteza del pan debido a la caramelizacion del azúcar permitiendo que la temperatura del horno no
ingrese directamente dentro del pan para que pueda cocinarse y también para evitar la perdida del agua. El azúcar es higroscópico, absorbe humedad y trata de guardarse con el agua. Le da suavidad al producto.
7. Leche Se utiliza la leche en polvo. Debido a: Fácil almacenamiento, sin refrigeración, Fácil manejo para pesar y controlar.
Funciones de la leche: Da color a la corteza (lactosa se carameliza). La textura del pan con la leche es mas suave. Mejora el sabor del pan. Eleva el valor nutritivo del pan. Aumenta la absorción del agua. Aumenta la conservabilidad ya que retiene la humedad.
8. Grasas Según su origen las grasas se dividen en: Manteca o grasa de cerdo: brindan un buen sabor al pan. Mantiquilla: es la grasa separada de la leche por medio del batido. Aceites vegetales: se obtienen sometiendo las semillas a un proceso de prensado (girasol, maní, ajonjolí etc). Características de las grasas Elasticidad, que es la dureza o labravilidad. Punto de cremar, es la propiedad de incorporar aire en el proceso de batido fuerte, en unión con azúcar o harina. El punto de fusión, es la temperatura por la que es transformada al estado liquido. Función de la grasa en panificacion Mejora la apariencia, produciendo un efecto lubricante Aumenta el valor alimenticio, las grasas de panificación suministran 9.000 calorías por kilo.
Mejora la conservación, la grasa disminuye la perdida de humedad y ayuda a mantener fresco el pan.
9. Levadura Se utiliza en panificación saccharomyces cereviseae. Requisitos de la calidad de la levadura: Fuerza, es la capacidad de gasificación que permite una fermentación vigorosa. Uniformidad, la levadura debe producir los mismos resultados si se emplean las mismas cantidades. Pureza, evitar la ausencia de levaduras silvestres. Apariencia, debe ser firme al tacto y al partir no se desmorona mucho, debe de mostrar algo de humedad.
Funciones de la levadura en panificacion: Hace posible la fermentación, la cual de alcohol y gas carbónico. Aumenta el valor nutritivo al suministrar el pan proteína suplementaria. Convierte a la harina cruda en un producto ligera. Da el sabor característico al pan.
Necesidades de la levadura: Para actuar la levadura necesita: Azúcar, como fuente de alimento. Humedad, sin agua no puede asimilar ningún alimento. Materias nitrogenadas, necesita nitrógeno y lo toma de la proteína de la harina. Minerales, la levadura necesita sales minerales para una actividad vigorosa. Temperatura adecuada, mantenerlo refrigerado hasta el momento de su uso.
Las enzimas de la levadura: Las enzimas de la levadura actúan como catalizadores en la fermentación ayudando a la conversión de algunos azucares compuestos a azucares simples
y fácilmente digeribles por la levadura. Las enzimas que hay en la levadura son las siguientes: Proteasa, ablanda el gluten actuando sobre la proteína. Invertasa, actúa sobre los azucares compuestos. Maltasa, actúa sobre la maltosa. Zimasa, actúa sobre los azucares simples.
Caso típico de acción de la levadura de pan La levadura libera dos enzimas: invertasa o sacarasa y la zimasa. 1. C12 h22 o11 + h2o
2c6 h12 o6
Sacarosa
glucosa
2. C6 h12 o6 Glucosa
2c2 h5 oh + 2 co2 etanol
bióxido de carbono
10. Procesos de la panificación 1. Amasado: Medir cuidadosamente todos los ingredientes. Añadir el agua la sal, azúcar, malta, leche y revolver hasta crear una especie de masa. Añadir la harina. Agregar la levadura disuelta. Agregar la manteca. Mezclar hasta que la masa este uniforme. Se tiene que lograr una distribución uniforme de todos los ingredientes y formar y desarrollar el gluten.
2. Fermentación Comprende todo el tiempo transcurrido desde la mezcla hasta que el pan entre al horno ( a una temperatura de 32 a 35 grados centígrados. Existen 4 tipos de fermentación: Fermentación alcohólica o fermentación de levadura, su temperatura ideal es de 26 En la fermentación alcohólica se tiene 2 puntos importantes que son la producción y retención de gas.
Factores que influyen en la retención de gas: Suministro adecuado de azucares. Aumento en la concentración de la levadura. Temperatura adecuada 26 a 27°c. Factores que reducen la producción de gas: Exceso de sal. Temperatura excesivamente altas o bajas. Cantidades inadecuadas de levaduras. Fermentación corta. Otras fermentaciones: Fermentación acética, el alcohol producido en la fermentación alcohólica reacciona en presencia de la bacteria del ácido acético. La temperatura ideal para este tipo de fermentación es de 33 °c. Fermentación láctica, la lactosa en presencia de la bacteria del ácido láctico, produce un azúcar simple que se transforma en lactosa, glucosa y ácido láctico. Fermentación butírico, el ácido láctico es transformado en ácido butírico, este se produce a 40 °c.
3. Horneo: El objetivo del horneo es cocer la masa, transformarla en un producto apetitoso y digerible. La temperatura adecuada para la cocción del pan es de 190 y 270 °c. Cambios durante la cocción: Aumenta la actividad de la levadura y produce grandes cantidades de co2. A una temperatura de 4 °c, las células de las células de las levaduras inactivan y cesa todo aumento de volumen. A los 55 °c la levadura muere. Algunas de las células de almidón explotan comenzándose en jalea. La diastasa transforma el almidón en maltosa. Al llegar a 77 °c cesa la acción de la diastasa. Entre los 50 y 80 °c las proteínas del gluten se modifican.
Empieza la caramelización de la capa externa del pan desde los 110 a 120 c. A los 200 °c el pan esta cocido.
PASTAS Las pastas (pastas alimenticias) constituyen los productos, derivados de los cereales, mas simples utilizados en la dieta humana. Las pastas alimenticias incluyen productos tales como espaguetis, macarrones, fideos y tallarines. Estos productos se elaboran generalmente mediante mezcla de semolina de trigo (preferentemente a partir del 100% de Triticum durum) con una mínima parte de agua para obtener una pasta no leudante. En áreas en donde no existe disponibilidad de trigo se utiliza el cereal propio del lugar o incluso otras almidones. Los tipos de pasta largas tradicionales (por ej. espaguetis) se hacen en Italia a partir de trigo dura, pera en otras lugares se pueden hacer con el cereal propio del lugar como ocurre con el arroz en Asia. En algunas especialidades de pasta se incluyen espinacas o tomates desecados y en otras también se incorporan huevos. No obstante, los tallarines, que son productos similares a la pasta, son los que normalmente mas se preparan con harina y huevo moldeado. La pasta se moldea (normalmente mediante extrusión) antes de que se cueza o se deseque cuidadosamente y se envase. Cada vez mas la pasta se esta utilizando en los productos enlatados o en las comidas preparadas congeladas. Pequeños trozos de pasta desecada también se incluyen con frecuencia en sopas y en productos alimenticios infantiles.
ORIGENES
La pasta es un alimento que normalmente se asocia con Italia. Aunque los italianos hoy en día consumen mas pasta por persona que cualquier otra nación (aproximadamente 30-35 K por persona / año), sin embargo, ellos no inventaron la pasta. Existen registros que señalan que los tallarines se elaboraban en China desde al menos 3.000 a.C. En los mitos del antigua Grecia se asegura que el Dios griego Vulcano invento un ingenio para preparar tiras o hilos de pasta que sedan similares a los espaguetis.
Textos antiguos le adscriben con frecuencia erróneamente a Marco Polo como responsable de haber traído por vez primera la pasta a Europa, asegurándose que durante sus viajes al lejano Este, al final del siglo trece, trajo tallarines y pasta, y que a su regreso a Italia popularizó estos platos. Es ciertamente muy probable que Marco Polo consumiera pasta y tallarines durante sus exploraciones. Sin embargo, puesto que incluso desde antes de las conquistas del Alejandro el Grande, en el 327 a.c., existían relaciones comerciales entre China, Persia, Grecia y Roma, con seguridad los italianos y otros europeos habrían consumidos pastas alimenticias cuando Marco Polo era aun un niño. En las crónicas romanas se incluyen muchos productos a base de pasta que obviamente eran muy anteriores a Marco Polo, de forma que se puede decir con seguridad que la pasta se ha consumido en Europa desde la antigüedad. La pasta es ahora un alimento muy popular en todo el mundo. En 1996 se estimó que si con toda la pasta consumida en EE UU se hiciera un largo espagueti hubiera sido suficientemente grande coma para darle la vuelta al ecuador de la tierra casi nueve veces. Paradójicamente fueron los ingleses y los franceses (no los italianos) quienes introdujeron la pasta en América del Norte. Existen referencias históricas de que fue Thomas Jefferson en 1789 quien llevo la primera maquinaria para fabricar macarrones a EE UU procedente de Francia.
FABRICACION
La pasta se puede hacer con maquinaria a pequeña escala o de forma manual pero sin duda la mayor parte de la pasta comercial se hace en grandes líneas de producción en continuo y altamente automatizadas que producen desde unos 5 kg/h hasta mas de 3.000 kg/h. Las modernas pastas de alta calidad se hacen con mezclas de semolina de trigo duro (Triticum durum) con agua templada. El tamaño óptimo de las partículas de semolina para preparar pasta es de alrededor de 150 micras. Una mayor pulverización de la semolina reduce la calidad de la pasta, haciéndola mas espesa e incrementando el contenido en amilosa. La cantidad de agua
que debe añadirse es variable, si bien la masa final debería contener del 28 al 30% de humedad. La semolina y el agua se introducen juntos en una mezcladora. También pueden añadirse a la mezcladora otros ingredientes coma huevo, espinaca y tomate desecado y (dependiendo de la exigencia en las legislaciones de los países como en EE UU) vitaminas (tiamina, riboflavina, niacina) y minerales (hierro). También puede añadirse a la mezcladora masa ya mezclada y moldeada pero que no alcanzo la calidad estándar requerida. La masa se mezcla totalmente mediante dos brazos que rotan en sentido contrario. Estas amasadoras se diseñan para que produzcan la mínima cantidad de aglomeración o
eI apelmazamiento. La operación de amasado
continua hasta que la masa adquiere cierta firmeza de manera que cuando se aprieta con la mano se mantiene unida coma una masa sólida. Al principio, cuando se echa el agua a la semolina de trigo duro, esta pierde rápidamente la estructura fuertemente compacta, adsorbiendo el agua e hinchándose hasta formar una estructura mucho mas abierta. El amasado ideal es aquel que justo humedece la semolina pero sin destruir su estructura. También durante el mezclado-amasado no debería formarse el gluten. Resulta interesante resaltar que aunque la investigación ha señalado que el gluten no debe desarrollarse totalmente durante la preparación de la pasta, las masas de mejor calidad están fabricadas a partir de trigos cuyo gluten se hace elástico en las amasadoras. El gluten que se forma en las masas de semolina de trigo duro no es extensible o elástico coma lo son las masas panarias. El gluten de estas pastas esta compuesto por glutenina de alto peso molecular que es mas insoluble que la que se encuentra en el gluten de los trigos empleados en la elaboración de pan. Por ello, el gluten se altera fácilmente con lo que la masa resultante
necesita mas trabajo para su preparación y de esta forma se
describe como masa corta. La textura deseable conocida como «a pedir de boca» o «al dente» para la pasta cocida esta directamente relacionada con la resistencia del gluten de semolina. En la amasadora, la pasta debe parecer como seca y a punto de desmenuzarse. Los productores raramente usan pruebas de aseguramiento de calidad para determinar las propiedades reológicas de la masa. Incluso en las grandes industrias de pasta automatizadas confían en la destreza de empleados experimentados para conseguir la masa correcta. Los operarios
aprenden como conseguir las mejores masas para pasta y como realizar el trabajo mecánico en su extrusor particular. Por todo esto la fabricación de pasta sigue siendo aun mas un arte que una ciencia. La mayoría de los fabricantes de pasta realizan la mezcla de la masa al vacío al objeto de proteger la apariencia y la resistencia mecánica de la masa final. Cuando el aire se mezcla con la masa se distribuye en diminutas burbujas y produce una pasta con apariencia blanquecina, así como debilitada y quebradiza. El color amarillo pálido que se aprecia en las mejores pastas se debe a los pigmentos naturales que se encuentran en la semolina de trigo duro, los cuales se oxidan fácilmente perdiendo su color. Esta oxidación esta catalizada por enzimas que se encuentran activas en la masa humedecida, si bien su actividad esta restringida en ausencia de aire. La masa puede enrollarse en forma de laminas (y cortado en hebras) o extruirse a través de un extrusor de tomillo único. En el extrusor la pasta se amasa por acción de la fuerza de cizalla de los tambores laminados o del tomillo giratorio. La masa se comprime a la vez que progresa entre las hendiduras cada vez mas estrechas del tomillo o a medida que sale a través de los finos orificios de una matriz revestida de Teflón. La elevada fuerza de cizalla hace que los gránulos de almidón de la masa se orienten en la dirección del flujo de la masa y hace que aparezca el gluten formando una matriz proteica de carácter discontinuo que rodea de forma desigual al almidón. La masa de la pasta es muy abrasiva y la energía mecánica desarrollada durante la compresión se convierte en energía térmica. La masa (y la maquinaria) pronto se calienta si los tomillos o en cuerpo del extrusor no se mantiene enfriados a unos 45°C de temperatura. La cantidad de energía mecánica especifica transferida a la pasta durante la extrusión varia de acuerdo alas condiciones de esta y da la cantidad de agua de la masa, estimándose en una cifra de unos 70 kJ/kg. Cuando la pasta sufre un excesivo incremento de temperatura durante la extrusión, la proteína se desnaturaliza irreversiblemente y la pasta adquiere unas deficientes características para la cocción. La temperatura del cuerpo del extrusor y de la matriz debe mantenerse, en consecuencia, a unos 45°C. La extrusión también debe realizarse a un as velocidades de giro intermedias (25 rpm). La pasta de mejor calidad se obtiene cuando el equipo de operación alcanza
un estatus uniforme. Si se produce pasta antes de que se haya alcanzado estas condiciones optimas se puede devolver luego a la amasadora. Las dimensiones de los extrusores cambian gradualmente a medida que las superficies de las boquillas, tomillos y matrices se desgastan por la acción abrasiva de la masa. De ahí que para mantener la calidad de la pasta eventualmente deban reemplazarse las partes de los equipos en contacto con la masa (y especialmente las matrices). De forma sorprendente, las matrices de nuevas marcas no necesariamente hacen mejor pasta. Se ha demostrado que las viejas matrices o las que tienen mas amplios los orificios son capaces de elaborar pastas con las mejores propiedades de suavidad en el producto final. La calidad de la pasta se ve afectada por la fuerza experimentada durante el laminado y la extrusión. La investigación ha demostrado que el contenido en gluten desecado de la pasta disminuye fuertemente a medida que se incrementa el número de pases a través de los rodillos de laminado (o si se disminuye la abertura entre rodillos). Esto se de be a que al aumentar la fuerza de cizalla se produce una reorganizaci6n en la estructura de la proteína y un mayor daño en las moléculas de gluteninas. La pasta extruida se corta mediante una cuchilla giratoria que se coloca en la superficie externa de la matriz. A medida que se incrementa el giro de la cuchilla se obtienen trozos o piezas mas pequeñas de pasta. Debe evitarse que la cuchilla giratoria no opere a una velocidad uniforme así coma que se produzcan fluctuaciones en el flujo de la masa extruida. Para mantener el tamaño, forma y calidad de la pasta debe asegurarse unas estrictas normas de producción. Los espaguetis largos se dejan salir por la matriz del extrusor encima de una cinta transportadora para que alcancen la longitud deseada antes de cortarse. A continuaci6n se separan y se colocan en forma de barritas en el separador.
DESECACION
La mayor parte de la pasta comercial se deseca desde alrededor del 30% de humedad hasta el 10-12% (pip), siendo clave el proceso de desecaciòn ya que afecta a la calidad de la pasta. La desecación debe realizarse lentamente y con gran cuidado ya que la pasta se contrae a medida que se deseca. Las pastas
largas son particularmente difíciles de desecar. Las desecaciones desiguales hacen que se desencadenen presiones dentro de la pasta lo que origina que se produzcan agrietamientos en la pasta desecada. La desecación puede realizarse en cualquiera de los numerosos desecadores existentes en el mercado, los cuales se dividen en dos clases según utilicen procesos de baja o alta temperatura. También se han utilizado con éxito para trozos o piezas pequeñas de pasta, desecadores que utilizan la energía de microondas. La desecaci6n se realiza en tres o cuatro etapas. La velocidad del proceso esta gobernada por la diferencia entre la humedad relativa de la pasta y su ambiente circundante. Los trozos o piezas cortas de pasta pueden desecarse entre 4 y 6 h pero la pasta larga necesita de 20 a 24 h.
Desecación de la pasta larga
Esta pasta se introduce primero en un pre desecador (65-66°C a 65% de humedad relativa) en donde la humedad de la pasta se reduce rápidamente hasta un 25% pip, creándose una «película» externa mas dura que mantiene la integridad de la pasta pero permaneciendo aun flexible. Con el 25% de humedad hay suficiente agua libre disponible para permitir el crecimiento de los microorganismos. La humedad en la pasta de largas dimensiones se elimina en tres etapas de desecación. En la primera la pasta se equilibra a 55°C y 95% de humedad relativa durante 1,5 a 2 h. En la segunda etapa la pasta se mantiene a 55°C, pero a 85% de humedad relativa, durante 4 a 6 h. En esta segunda etapa la pasta pierde alrededor del 18% pip de humedad. En la tercera etapa se elimina la humedad remanente mediante exposición a unos 43°C y 70% de humedad relativa durante 8 a 12 h. A continuación la pasta se enfría a temperatura ambiente antes de que se proceda a su envasado.
Desecación de la pasta corta Los trozos o piezas de pasta corta se desecan primero rápidamente y se mantienen separadas sobre superficies vibratorias. La humedad de la pasta se reduce hasta un 20 a 25% mediante corrientes de aire seco que se hacen
pasar entre el producto mientras progresa en el vibrador. La superficie externa de los trozos de pasta se deseca pronto creando como una película exterior dura que mantiene integra la forma de la pasta pero que la hace aun flexible. Las etapas segunda y tercera del proceso de desecación se realizan en desecadores en donde la pasta permanece de unas 3 a 3,5 h. En el primer desecador, ajustado a unos 60 a 66°C y un 75% de humedad relativa, la humedad de la pasta se reduce hasta el 17-18% pip. A continuación la pasta se transporta al segundo desecador que se ajusta a 43°C y 70% de humedad relativa y en donde la humedad se reduce hasta ell 0-12% pip. Este tipo de pasta mas pequeña se enfría a temperatura ambiente antes de proceder a su envasado.
Desecación a altas temperaturas y con microondas En los últimos 20 años se han desarrollado diversos desecadores de pasta que operan a elevadas temperaturas. Se consideran desecadores de altas temperaturas cualquiera que opere a temperaturas entre 66 y 94°C. Aunque el proceso completo de desecación en estos desecadores es mucho mas rápido, todavía se deseca la pasta en etapas. La pasta corta puede desecarse en un tiempo tan rápido como de 4 h. Con estos tiempos de desecación no se produce ni crecimiento microbiano ni oxidación enzimático con lo que la calidad de la pasta esta asegurada. En semolinas de baja calidad con colores pálidos, se recomiendan los procesos de desecación a altas temperaturas ya que de esta forma se ayuda a reducir la pegajosidad en la pasta final cocida. También se produce un significativo aumento de la cantidad de amilosa en la pasta cocida y un descenso en la cantidad de amilosa en el agua de cocción. Los azucares totales de la pasta descienden pero se produce un incremento de los azucares en el agua de cocción. Los «mejoradores» alimentarios tales como los monogliceridos solos, han tenido poco efecto sobre la pegajosidad de la pasta pero en combinación con la desecación a elevadas temperaturas han reducido dicha característica. Recientemente se han desarrollado desecadores de microondas. Estos equipos pueden desecar pasta pequeña en 1,2 a 2 h. No obstante, como el calentamiento con microondas es desigual es difícil realizar el desecado correctamente sobre todo en pasta de largas dimensiones.
ALMACENAMIENTO Y ENVASADO
Según los italianos las mejores pastas son aquellas que mantienen su forma durante el envasado y transporte. En los controles de calidad se rechaza rápidamente la pasta rota en pedazos a pesar de que la calidad nutritiva siga siendo excelente. La pasta desecada que no pasa el control de calidad puede picarse y reintegrarse a la amasadora, si bien la incorporación de espaguetis triturados hace aumentar la pegajosidad del producto final.
COCCION Y CALIDAD
Una cantidad ingente de pasta se introduce directamente en latas mezcladas con salsas apropiadas y después se cuece. También se cuece la pasta y después se introduce en forma de comidas enteras congeladas. Durante la cocción (que consiste simplemente en hervirla en agua ligeramente salada), una buena pasta que no «rezume» almidón se volverá pegajosa. Después de la cocción el producto deberá permanecer en piezas enteras, discretamente suaves, y mostrar una firmeza adecuada a la hora del consumo 0 «al dente». No existe una prueba de laboratorio estándar para juzgar cuando la pasta esta cocida. Lo mejor es evaluar la textura de la pasta cocida a través del panel de catadores. También se han desarrollado métodos instrumentales que utilizan las variaciones que se produce en el corte de la pasta con una o varias cuchillas o la prueba en la que la pasta cocida se coloca sobre un plato de Plexiglás y se cizalla a unos 0,018 cm/s a 90°C con una púa de Plexiglás. Se considera que el área por debajo de la curva de cizallamiento se debe a la firmeza del espagueti. La pegajosidad es una característica que se utiliza para evaluar la calidad de la pasta. Algunas pruebas de practica culinaria implican procedimientos tales coma tirar la pasta a una superficie (a menudo en paredes) y observar coma es de pegajosa. Estas pruebas no las recomienda el autor ante la dificultad del control de la fuerza con la que se arroja y las condiciones de la superficie de la pared y porque siempre es mejor cualquier prueba reologica simple. No obstante, las pruebas de laboratorio que se han desarrollado pueden no ser mucho
más útiles que la practica de tirar la masa sobre una pared. Una prueba que se ha publicado hace referencia a que a unas hebras o tiras de pasta se le hacen cuidadosamente unas acanaladuras de 0,15 mm de profundidad a intervalos de 3,6 mm y se colocan en un plato de aluminio (de 10 x 10 cm). A continuación se coloca otro plato pegado encima de la pasta y se ejerce una fuerza de compresión de 5.200 N/m2 a 4 mm/min. Una vez que se ha alcanzado la máxima compresión se levanta el plato superior pegado a la pasta de forma que las características de la curva de fuerza producida durante el levantamiento del plato se correlaciona con la pegajosidad de la pasta. En esta prueba se puede controlar tanto la fuerza coma las condiciones de la superficie de la pasta y por tanto es reproducible. Esta prueba puede utilizarse adecuadamente para señalar las diferencias entre pastas distintas (aunque también es posible, con estas condiciones, resultados similares en diferentes pastas). Pero desgraciadamente, coma las fuerzas y las condiciones de consumo de la pasta son tan variables, los resultados de estas pruebas objetivas no necesariamente predicen los resultados alcanzados con los paneles de catadores.
COLOR
Se asegura que las mejores pastas son aquellas que presentan un color amarillo pálido. Encuestas entre consumidores italianos muestran que prefieren pastas translucidas y uniformemente amarillas. No obstante sabemos que los consumidores italianos son muy selectivos, ya que en años en los que se escaseaba en Italia el trigo duro y la mayoría de la pasta se hacia con mezclas de semolina de trigo para pan común y trigo duro se consumía una pasta mas pálida. La pasta se comercializa de muchas formas y tamaños. Así un solo fabricante puede suministrar unos 70 productos diferentes.
NUTRICION
La pasta seca se compone básicamente de hidratos de carbono, conteniendo
sólo una pequeña cantidad de grasa y minerales tales coma: hierro (Fe), calcio (Ca), fósforo (P), manesio (Mg), cinc (Zn), cobre (Cu). Manganeso (Mn), potasio (K) y muy poco sodio (Na). La pasta puede contribuir de forma significativa a nuestros requerimientos dietéticos diarios. As! con una sola toma de pasta cocida se pueden suministrar las necesidades de hasta el31 % de Mn, 24% de Fe, 16% de P, 16% de Cu, 16% de Mg, 12% de Zn, 9% de K y 2% de Ca. La pasta elaborada con trigo duro (sin adición de yema de huevo) no contiene colesterol. Al igual que otros alimentas hechos a base de cereales, la pasta se considera un buen alimento ya que la mayor parte de sus hidratos de carbono se encuentran en forma de carbohidratos complejos y no como azucares simples fácilmente fermentables. Los carbohidratos complejos se digieren lentamente, siendo en consecuencia bueno para las personas con deficiencia de insulina así como para quien trabaja intensamente o realiza ejercicios físicos durante largos periodos de tiempo.
TRIGO DURO
El trigo duro o durum se cultiva en aproximadamente el 8,8% de la superficie total cultivada con trigo en todo el mundo, si bien solamente contribuye al 4,5% de la producciónn mundial de trigo. Las condiciones climáticas en las cinco áreas principales de cultivo de trigo pueden ser duras, con largas sequías veraniegas: (las llanuras de North Dakota, Saskatchewan y Manitoba en América del Norte, las áreas mediterráneas del Sur de Europa y Norte de Africa, el área entre el Mar Negro y el Mar Caspio, la India Central y el Noreste de Argentina). En estas áreas los rendimientos de las cosechas pueden ser lógicamente bajos. El trigo duro no es resistente alas heladas y algunas variedades son también termoperi6ódicas y fotosensibles (es decir, variedades que necesitan que los días sean largos para poder florecer). Las variedades de primavera son las mas cultivadas, si bien también se siembran variedades de invierno (que tienen tendencia a ser fotoinsensibles). Todas las variedades cultivadas dan lugar a trigos muy duras con endospermo duradero. El trigo duro por su peculiar estructura genética es el mas resistente de todos los trigos. El trigo duro es una
especie tetraploide, teniendo sus siete cromosomas dispuestos en 14 pares, mientras que los trigos empleados en la elaboración de pan (Tritium vulgare) son hexaploides teniendo seis pares de siete cromosomas. Las mejores variedades de trigo dura tienen el endospermo traslucido y con una apariencia ámbar, si bien se cultivan también tanto la variedad pálida como la mas oscura (casi raja) que son variedades de peor calidad que 10 mas probable es que se utilicen para alimentación animal. El color mas oscuro del grano que se encuentra en el trigo dura se debe a la abundante cantidad de pigmentos carotenoides. Estos compuestos son necesarios para dar el deseable color amarillo, pera desgraciadamente se oxidan rápidamente y pierden el color cuando la semolina húmeda se pone en contacto con el aire. MOLIENDA
El trigo duro es demasiado resistente como para reducirse fácilmente a harina fina. De ahí que el objetivo de la molienda del trigo dura sea separar el germen del endospermo y a continuación reducir este a la máxima cantidad posible de partículas gruesas (de 150 a 500 micras) que se conoce como semolina y a la mínima cantidad posible de partículas de harina fina (es decir aquellas con menos de 150 micras). La mayor parte del germen se elimina en la etapa de limpieza. A medida que la molienda avanza a través de los rodillos ondulados se separa la semolina. Una serie de tamices y purificadores realizan la purificaci6n de las partìculas, de semolina tanto en tamaño como en densidad. En la siguiente fiigura se muestran las principales diferencias entre la molienda del trigo duro y la del trigo panadero.
La harina de trigo duro contiene una cantidad de almidón dañado mucho mas alta y, en consecuencia, absorbe mucha mas cantidad de agua que la harina de la mayoría de las otras variedades de trigo. De ahí que sea inapropiado para fabricar pan. La molienda de la semolina comienza con un similar pero mas intenso procedimiento de limpieza que los que ya se han descrito en la obtención de harina para pan. Al igual que en la molienda de cualquier otro cereal, antes de comenzar la operación se determina la humedad del grano y se comprueba cualquier contaminante indeseable así como signos de haberse realizado
malas practicas de almacenarniento del grano. Puesto que el color es un parámetro critico para el producto final, los molineros tienen sumo cuidado en la limpieza de los granos así como en retirar cualquier contaminante. En los equipos de molienda se eliminan los insectos as! como los granos defectuosos. Antes de aceptar los granos se comprueban tanto su dureza como su contenido en proteínas. Los trigos duros se clasifican en tres grados de dureza: durum ámbar resistente (si contienen > 75% de grano vítreo), durum ámbar (si el grano vítreo es > 60%) Y durum cuando la cantidad de grano vítreo es del 60%. AI grano se le añade automáticamente agua para limpiarlo y se deja 24 h para que se equilibre uniformemente. El trigo duro se deja equilibrar a una humedad mas alta que el trigo panadero (hasta el 17,5 %) 10 que hace que el grano sea frágil pero no húmedo ni pegajoso. La investigación ha demostrado que el grano acondicionado con agua caliente (a 50°C durante 30 min.) produce perdidas insignificantes de pigmentos deseables, posiblemente porque reduce la actividad lipooxigenasa end6gena con 10 que no se afecta el rendimiento en semolina.
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El grano atemperado se hace pasar por un equipo de impacto (Entoleter) que fragmenta cualquier grano defectuoso as! como cualquier insecto u otros contaminantes que se encuentren presentes. Estas porciones indeseables se apartan mientras que el grano adecuado continua hacia delante. En ocasiones se adiciona agua al grano (y se deja hasta su equilibrio durante un corto período de tiempo) para compensar cualquier perdida de agua durante la operaci6n anterior y como paso previo antes de que se inicie la primera fase de la molienda. En la primera etapa de las tres de que consta la molienda, el grano se tritura en salvado, semolina y harina. La segunda etapa, de separaci6n, tiene lugar cuando la semolina se raspa y se libera de cualquier tipo de células que no sean las deseadas células del endospermo. Por ultimo, la semolina se reduce al tamaño de partícula deseada.
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En la práctica muchos molineros mezclan variedades de trigo duro y también mezclan semolina de trigo duro con semolina procedente de otros trigos y otros cereales hasta obtener una pasta de semolina deseada. No obstante en el Reino Unido la legislaci6n vigente estipula que la pasta debe obtenerse a partir
del 100% de semolina de trigo duro.
MATERIAS PRIMAS ALTERNATIVAS
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Los productos a base de pasta se elaboran con frecuencia sin trigo o son sustituidos de semolina de trigo utilizando materiales derivados de otros cereales, legumbres o de otros productos vegetales. Estos productos pueden tener mejor calidad nutritiva que las pastas de trigo duro, pero al igual que la mayoría de los productos vegetales son bajos en lisina. No obstante la cantidad de materia que se desintegra durante la cocción así como las propiedades organolépticas también pueden ser similares a las de la pasta de trigo duro.Un adecuado sustituto de la masa de trigo duro lo constituye, por ejemplo, harina de maíz en proporciones del 20%, 40% y 60% p/p. Esta harina de maíz puede utilizarse en estado fresco, si bien los mejores resultados se logran cuando previamente se calienta (a 121°C y 15 psi durante 30 minutos). Los productos elaborados a partir de estas mezclas de harina de maíz-semolina pueden suplementarse adecuadamente bien con un 8% de harina de soja desengrasada 0 con el 0,3% de L-lisina. En todos los casos se detectó que el calentamiento previo de la harina de maíz mejoró la calidad de los productos. Pasta multigrano con aceptables propiedades de cocción características organolépticas pueden hacerse a partir de granos tales como alforfón (o trigo sarraceno) claro y oscuro, amaranto y harinas de altramuz. Algunas de estas mezclas se preparan con la intención de que contengan una mayor proporción de lisina que la pasta comercial hecha con el 100% de harina de trigo duro. Por su parte las pastas multigranos tienen hasta un 8% mas de perdidas durante el proceso de cocción pero estas proporciones de perdidas son aceptables. Resulta interesante comprobar que la cantidad total de hidratos de carbono en el agua de cocción es independiente del grado de sustitución de los granos. La firmeza de las pastas elaboradas con alforfón oscuro Y con amaranto es significativamente inferior y menos deseable que la de las pastas fabricadas con alforfón claro 0 con harina de altramuz. Los espaguetis preparados a base de altramuz presentan los valores mas altos de lisina (con valores medios de 3.2 g/l00 g de proteína). Los espaguetis y tallarines pueden elaborarse a partir de mezclas de semolina de trigo de primavera variedad Canadian y hasta el 33% de harina de guisantes
o hasta el 20% de concentrados de proteína de guisantes. A las pastas que se le incorporan productos derivados del guisante mejora su calidad si previamente se someten a un calentamiento. La adición de estos productos derivados del guisante mejora el color y la calidad de la proteína si bien la manipulación de la masa y las características de la cocción se alteran a medida que se incrementa su proporción. Se ha probado la adición de concentrados de proteínas de pescado (hasta un 20% p/p) como suplemento de pastas elaboradas a partir de arroz, maíz, soja y tapioca como forma de mejorar el consumo de proteína en áreas geográficas condenadas a vivir con dietas pobres en este nutriente. Estas pastas, por supuesto, tienen mas cantidad de proteínas y mejores valores nutritivos. De todos estos productos parecer ser que la pasta de arroz, suplementada con proteína de pescado, es la mas aceptable en las evaluaciones sensoriales.
PERSPECTIVAS FUTURAS El consumidor desde hace mucho tiempo no percibe la pasta como un alimento barato rico en hidratos de carbono y muy adecuado, sobre todo, para combatir el hambre. Por el contrario cada vez mas se piensa en la pasta como un alimento de «gourmet» saludable o como un alimento agradable. Por su parte la mayor concienciación sobre la salud entre los consumidores, sobre todo en EE UU, ha obligado a los tecnólogos de los alimentos a producir pasta procedente de harina de grano entero así como de granos exóticos. Este interés por los productos a base de pasta saludables ha hecho que las ventas de pasta en EE UU hayan pasado de 1,6 billones de $ en 1991 a 2,1 billones de $ en 1995. Si se consideran las ventas de todos los productos a base de pasta (es decir incluido los productos que utilizan pasta solo como un ingrediente o como parte de una comida completa de conveniencia) en 1995, la comercialización de pasta en EE UU excedió de 4 billones de $. Este incremento de venta ha hecho que las principales industrias alimentarias (Nestle' Campbell Soup, ConAgra, H.J, Heinz, Hershey Foods y Kraft Foods) continúen ofreciendo
al mercado nuevos productos, especialmente salsas
listas para consumir que hacen que se preparen platos de pasta mas variados aun y muy fáciles de preparar. Aunque el incremento de consumo de pasta en Italia no se considera posible,
pero tomando como ejemplo lo experimentado en EE UU se considera que el futuro de la pasta como un alimento general es prometedor.
MATERIAS PRIMAS PARA LA COCCION POR EXTRUSION
Naturaleza general de las materias primas utilizadas en la extrusión Los alimentos extrusiónados y piensos se producen a partir de una amplia y diversa gama de alimentos crudos. Estos ingredientes son similares en su naturaleza general a los ingredientes utilizados en todos los otras tipos de alimentos y piensos. Contienen materiales con papeles funcionales diferentes en la formación y estabilización de los productos extrusiónados, y proporcionan color, aromas y cualidades nutricionales encontradas en tipos de productos diferentes. La transformación de las materias primas durante el procesado es uno de los factores más importantes que distingue un proceso alimentario y un tipo de alimento de otro. Para un tipo de producto particular se procesa una selección de ingredientes a través de un régimen de procesado determinado. Para la cocción por extrusión esto implica calentamiento a temperaturas elevadas, la aplicación de mezclado y cizallado mecánico, antes que finalmente la extrusión forme una estructura. Si las condiciones están en el intervalo de procesado ideal se forman un extrusiónado estable con las características normales del producto requeridas para ese producto. La cocción por extrusión es una forma especializada de procesado, ya que es única en el procesado de alimentos y piensos debido a las condiciones que se utilizan para transformar los alimentos crudos. Es un proceso a humedad relativamente baja comparado con el horneado convencional o el procesado de masas. Los niveles normales de humedad utilizados están en el intervalo de 10-40% sobre una base de peso húmedo. A pesar de estas humedades bajas la masa de las materias primas se transforma en un fluido y se somete a un numera de operaciones para mezclar y transformar los ingredientes originales en nuevas formas funcionales. Bajo estas condiciones de procesado inusuales las características físicas de las materias primas, tales como el tamaño de partícula, la dureza y las características friccionales de los polvos y el poder de lubricación y plastificación de los fluidos llegan a ser mas importantes que en otros procesos de alimentos y piensos.
Una segunda característica que distingue la cocción por extrusión de otros procesos alimentarios es la utilización de temperaturas muy altas, usualmente en el intervalo 100-180 °C. Los sistemas de masas acuosas se sobrecalientan y el vapor de agua esta contenido dentro del extrusor a presión elevada. La utilización de temperaturas altas reduce el tiempo de procesado y permite una completa transformación del material crudo a su forma funcional en periodos tan bajos como 30-120 s. Casi todos los procesos de cocción por extrusión operan de forma continua con materiales crudos que se alimentan alas unidades de procesado. Los productos pueden ser creados mediante extrusión a partir de troqueles para formar la estructura de producto requerida en extrusión directa, o formar productos intermedios en los gránulos de aperitivos de segunda generación. Todos los productos alimentarios y piensos tienen estructuras básicas que se forman mediante ciertos elementos en las materias primas tales como biopolímeros de almidón y proteínas en los productos horneados, o grasa y azúcar
en
confitería.
Los
elementos
estructurales
forman
jaulas
tridimensionales o nidos de vigas maestras en que los otros materiales se sujetan para formar la textura del producto. Los productos extrusiónados se forman a partir de biopolímeros naturales de las materias primas tales como harinas de cereales y tuberculos2 que son ricos en almidón, o legumbres de semillas oleaginosas y otras fuentes ricas en proteínas. Los materiales más comúnmente utilizados son harinas de trigo y maíz, pero también se pueden utilizar muchos otros materiales tales como harina de arroz, patata, centeno, cebada, avenas, sorgo, yuca, tapioca, alforfón, harina de guisante y otros materiales relacionados. Si los productos extrusiónados se manufacturan en forma de proteína vegetal texturizada (TVP) los ingredientes principales se seleccionaran a partir de materiales ricos en proteína tales como torta de semilla oleaginosa prensada de soja, girasol, colza, judía de campo, habas, o proteínas separadas de cereales tales trigo (gluten). Las formas naturales de los biopolímeros no fueron diseñadas para la cocción por extrusión y se deben cambiar mediante el procesado para obtener un tamaño y forma de polímero más útil para la creación de estructura como un producto deseado. Todos los biopolímeros naturales en los ingredientes
enumerados arriba se pueden transformar en un fluido derretido en los intervalos de temperatura y humedad utilizados en un extrusor. La habilidad en el control del proceso es transformar los polímeros en un período corto de tiempo
utilizando
el procesado
termomecánico
proporcionado
por los
elementos de tomillo bajo el control de la presión del troquel. En una formula normal todos los ingredientes interaccionaran con cualquier otro para afectar las transformaciones que tengan lugar. Por lo tanto, es importante para comprender el papel de cada material individual en la formula y el efecto de cualquier variación en un ingrediente individual sobre el rendimiento global de procesado del extrusor.
Clasificación de ingredientes por sus papeles funcionales en la cocción por extrusión La mezcla compleja de los materiales presentes en una formulación puede parecer muy complicado para el tecnólogo de cocción por extrusión y para el operario de la maquina. Una de las primeras etapas reservada a CCFRA en el desarrollo de una mejor comprensión en el proceso de cocción por extrusión fue la introducción del Sistema de Clasificación Guy para los ingredientes. Este fue publicado en 1943 y esta basado en la agrupación de los ingredientes de acuerdo con su papel funcional utilizando un enfoque fisicoquímico. Originalmente se seleccionaron seis grupos para describir los papeles funcionales de todos los ingredientes pero un grupo se ha subdividido para aumentar el grupo a siete.
Grupo 1: Materiales formadores de estructura
La estructura de un producto extrusiónado se crea mediante la formación de un fluido derretido a partir de biopolímeros y soplando burbujas de vapor de agua en el fluido para formar una espuma. La película de biopolímeros debe fluir fácilmente en las paredes de la burbuja para permitir a las burbujas que se expandan a medida que el agua sobrecalentada se libera muy rápidamente a presión atmosférica. El fluido funde los biopolímeros desde las paredes de la célula y les permite expandirse hasta que estallen. Después de la expansión, la caída rápida de la temperatura causada por la evaporación y el aumento de la
viscosidad debido a la perdida de humedad, vuelve rígida la estructura celular. El rápido aumento de la viscosidad va seguido de la formación de un estado vítreo. Los polímeros de almidón son muy buenos en esta función y las estructuras celulares bien expandidas se pueden producir a partir de cualquiera de los almidones separados disponibles en materiales tales como trigo, maíz, arroz o patata. El tamaño medio del polímero encontrado en la mayoría de almidones naturales es demasiado grande para la expansión óptima. El polímero más abundante es la amilopectina que tiene una masa molecular de hasta 108 D, que da pobres propiedades de flujo en las paredes de las células de gas y una expansión baja (1-2 mL/g). Sin embargo, la utilización de altos niveles de cizallado mecánico durante la cocción por extrusión puede reducir la masa molecular media de AP a < 106 D. Las moléculas mas pequeñas permiten mucho mas el flujo en las paredes de las células de gas y provocan un aumento de la expansión de 1 a 25 mL/g). El almidón natural de amilomaíz, que contiene una gran proporciona de amilosa el polímero de almidón más pequeño (2-1 D), da la expansión mas grande de los almidones naturales. Los polímeros
de estructura pueden tener una masa molecular mínima
suficiente para darla adecuada viscosidad al fluido para evitar o controlar el encogimiento del extrusiónado después que ha alcanzado su expansión máxima y ya rota la célula de gas. Si el extrusiónado es demasiado viscoso en este punto habría un encogimiento rápido y pérdida de la expansión aparente en el extrusiónado. Esto tiene lugar cuando los polímeros de almidón son reducidos en el tamaño para formar maltodrextrinas de dextrosa equivalente, DE 10 a 20. En esta etapa su viscosidad es demasiado baja en los niveles de humedad utilizados en cualquier extrusión para inducir la ruptura o estabilizar las paredes de la célula frente a los efectos de retraimiento elástico. Sus extrusiónados colapsaran después de la expansión debido a la presión interna baja en las burbujas no rotas o la viscosidad baja para dar una expansi6n aparente pequeña en el enfriamiento. Por lo tanto, no están clasificados como materiales formadores de estructura. Las proteínas a altas concentraciones se pueden utilizar para formar estructuras en los extrusiónados. Por ejemplo las proteínas de soja se pueden utilizar para producir una estructura expandida en TVP, si su concentración en la formulación es > 40% p/p, a niveles de humedad de 30-40 p/p. Son proteínas
globulares de 80-100 x I
D, significativamente mas pequeñas que los
polímeros de almidón en el fluido derretido pero se pueden unir entre ellos para formar estructuras mas grandes a medida que fluyen a través del canal del troque!. Se agregan y forman complejos de alta viscosidad, que sirven para formar películas rudimentarias y retienen parte del vapor de agua en expansión. Su viscosidad en el enfriamiento es suficiente para evitar el encogimiento y permite que se forme una estructura alveolar. Otras proteínas, que también experimentan transiciones similares, se encuentran en legumbres y en el endospermo de la harina de trigo. El gluten de trigo es una proteína hidrofóbica, que puede formar polímeros de masa molecular mas grande que la forma nativa.
Grupo 2: Materiales que llenan la fase dispersa
El examen de secciones microscópicas dentro de productos extrusiónados, tales como aperitivos o alimentos de animales domésticos producidos a partir de formulaciones ricas en almidón, muestra una fase continua de polímeros de almidón. Sin embargo, varias fases dispersas se sitúan dentro de la estructura continua del almidón. Lo mas evidente de estas se formarán mediante cualquier proteína presente y mediante materiales fibrosos tales como celulosa o salvado. Las proteínas pueden estar presentes en varias formas dependiendo de los ingredientes utilizados, que pueden provenir de cereales, legumbres o proteínas animales. Estos polímeros formaran fases separadas dentro de la fase continua de almidón. Su tamaño y forma en un determinado producto dependerá de su tamaño original de partícula y su resistencia a la cizalla durante su procesado. Las proteínas tales como el gluten (añadido en niveles < 30%), que se hidratan en agua y se vuelven en masas blandas, se reducirán en tamaño mediante los tomillos en proporción a la severidad del procesado y pueden ser tan pequeñas como 5 um después del procesado. Las proteínas solubles en agua tales como las albúminas coagularan a temperaturas altas y después de la coagulación se romperás de modo similar a la gama análoga de tamaño. Los materiales fibrosos encontrados en una formulación de cocción por extrusión deberán incluir materiales comprendidos por hemicelulosa, celulosa y
derivados de lignina provenientes de cascarillas y salvado de granos y semillas. Esos materiales tienden a permanecer firmes y estables durante el procesado y no son reducidos en su tamaño durante la extrusión. En lodos los casos, la presencia de los materiales de la fase dispersa afecta la naturaleza del proceso de extrusión de dos formas. Su presencia física en las paredes de la célula reducirá el potencial para la expansión de la película de almidón mediante la desestabilización de las paredes de la célula cuando sus estructuras penetran las paredes de la película. Este efecto es fácilmente observable con salvado de trigo, que puede tener un tamaño medio de partícula de 0,8-2 mm. Las partículas de salvado tienen poco efecto a concentraciones bajas de I a 2%, pero cuando se añaden en niveles encontrados en una harina integral (8 a 9% de salvado), pueden reducir tanto la expansión como la expansión aparente en nada menos que un 50%. A niveles mas altos de salvado añadido la expansión cae con la concentración hasta que desaparece para alrededor del 75% de salvado añadido, cuando no existe suficiente almidón presente para formar una película continua que contiene vapor de agua. El segundo efecto provocado por la presencia de relleno disperso asociado al retraimiento elástico o al efecto del inflamiento del troquel del fluido a medida que abandona la salida del troque!. Los fluidos de almidón puro son muy elásticos y cuando se deforman a medida que entran en el troquel, se almacena energía elástica en sus estructuras moleculares. Esta energía es liberada a medida que el fluido abandona el troquel y provoca un efecto de hinchamiento normal a la dirección del flujo en el troquel. En la investigación de plásticos se ha observado que la presencia de rellenos inertes, tales como carbón negro, reduce el hinchamiento del troquel en las extrusiones de plásticos hasta que desaparece a concentraciones de relleno añadido de 3040%. También se detecto un efecto similar en formulaciones que contienen proteínas añadidas o salvado en la extrusión de almidón de trigo de modo que a niveles de relleno similares el efecto de hinchamiento del troquel se eliminaba.
Grupo3: Ingredientes que actúan como plastificantes y lubricantes
En masas de humedad baja utilizadas para la cocción por extrusión, las interacciones físicas iniciales en la formulación causan la disipación de energía friccional y mecánica. Esta fuente de energía sirve para calentar la materia de la masa. La velocidad de calentamiento es muy alta en sistemas de baja humedad. de modo que para formulaciones de hasta el 25% de humedad no es necesario un calentamiento externa para alcanzar una temperatura de operación de 150°C. La adición de ingredientes tales como agua sirve para reducir las interacciones por plastificación de las formas secas de polímeros, transformándolos desde sólidos a fluidos plásticos. La adición de cantidades crecientes de agua reduce la disipación de energía mecánica y reduce la entrada de calor a medida que se aumenta el nivel de humedad. Las partículas de almidón, fibra y proteínas se cizallan mecánicamente mediante el sistema de tornillos del extrusor para cambiar su forma física. Los niveles de cizalla aplicados se pueden reducir mediante la presencia de aceites y grasas. Estos materiales sirven para lubricar tanto las partículas en interacción en la masa como las partículas que están friccionando frente a las superficies del metal de los tornillos y el barril. El efecto de los lubricantes es más poderoso que el de los plastificantes en términos de sus concentraciones activas. Los aceites y las grasas producen grandes efectos en el procesado de almidón a niveles de 1-2% y a niveles más altos pueden reducir la degradación del polímetro de almidón de tal modo que no se obtiene la expansión de una formulación. En ciertas formulaciones el efecto de altos niveles de aceites y grasas se reduce mediante la adición de materiales que pueden absorber los líquidos en las estructuras rígidas huecas tales como en harina de huesos.
Grupo 4: Sólidos solubles
Algunos materiales de masa molecular baja, tales como azucares o sales, se pueden añadir a una formulación para conseguir propiedades aromatizantes o humectantes. Los materiales que son solubles se disolverán en el agua libre de la masa durante la etapa inicial de mezclado del procesado. Su efecto en el proceso de extrusión depende de su concentración y su interacción química con los polímetros de almidón y proteína. Toda la molécula pequeña añadida a
una formulación debe diluir otros ingredientes. Si sustituyen al almidón se reducirá el efecto viscoso de los polímeros grandes y el fluido caliente legara a ser menos viscoso a menos que los niveles de agua se reduzcan. En la acción directa sobre los polímeros solamente los ácidos fuertes han mostrado tener un efecto significativo sobre la degradación del almidón.
Grupo 5: Sustancias nucleantes
Las sustancias que aumentan la enucleación de la burbuja se ha encontrado que aumentan el número de burbujas que aparecen en el fluido derretido caliente en un extrusor. Dos materiales bien conocidos, el carbonato cálcico en polvo «creta preparata» y el talco (silicato de magnesio), han demostrado que aumentan el número de burbujas presentes en un extrusiónado en expansión. La adición de un material en polvo muy fino que permanece insoluble en la masa proporciona superficies para reducir la energía requerida para la formación de burbujas individuales y pueden aumentar su numero de un os pocos cientos a valores superiores a 70 x 103 por mL.
Grupo 6: Sustancias colorantes
En la formulación se pueden añadir materiales para producir color en los extrusiónados. Estos podrían incluir colores estables al calor y los precursores de formación de color mediante reacciones térmicas. Algunos colores se pueden encontrar estos materiales naturales crudos tales como el maíz, que se puede utilizar para añadir a la gama de colores.
Grupo 7: Sustancias aromatizantes El aroma de los productos extrusiónados sigue un modelo similar a la coloración. Los compuestos aromatizantes se pueden añadir tanto durante la extrusión como en operaciones secundarias postextrusiòn. Además se pueden añadir los precursores de la formación de aroma en las reacciones térmicas para formar aromas en el extrusor. . SELECCION DEL EXTRUSOR CORRECTO
La tecnología básica del extrusor se ha utilizado en diversas formas e industrias durante muchos años. Los diseños de nuevos equipos han aumentado la gama de aplicaciones de la extrusión en el procesado de alimentos. Los consumidores de hoy en día están demandando un surtido más amplio de alimentos. El equipo de procesado por extrusión ha llegado a ser el estándar de muchas industrias de alimentos en el mundo entero. (Riaz et al., 1996). La extrusión de alimentos es un proceso en el que los ingredientes alimentarios se fuerzan a fluir, bajo una o varias condiciones de mezclado, calentamiento y cizalla, a través de un troque que forma y/o seca con inflación las ingredientes (Rosen y millar, 1973).Los extrusores de alimentos se pueden visualizar como aparatos que pueden transformar una diversidad de ingredientes crudos en productos intermedios y finalizados. Durante la extrusión la temperatura de cocción puede ser tan alta como 180-190°C (355375°F), pero el tiempo de residencia es usualmente de solo 20-40 segundos. Por esta razón, el proceso de cocción por extrusión se puede denominar un proceso de alta temperatura y tiempo corto (HTST - «high temperature short time»). Es importante aprender la terminología de la extrusión, y recordar que muchos fabricantes utilizan términos basados en su propio equipo.
Función y ventajas de la tecnología de extrusión
Los extrusores de alimentos pueden trabajar en una o varias funciones al mismo tiempo mientras están procesando el alimento o piensos (Riaz, 2000):
mezclado
ingredientes de desgasificación
homogenización
trituración
cizallamiento
cocción del almidón (ge latinización)
desnaturalización de proteínas y texturización
alteración de la textura
inactivación de enzimas
pasteurización y esterilización de microorganismos de deterioro y patogénicos en alimentos
cocción térmica
productos formateados
expansión, inflamiento
ingredientes de aglomeración
deshidratación
agregación.
La tecnología de extrusión proporciona varias ventajas sobre los métodos tradicionales de procesado de alimentos y piensos, incluyendo las siguientes (Riaz, 2000, con modificaciones):
opciones para el procesado de una variedad de productos alimentarios mediante el cambio de un ingrediente menor y/o de condiciones de procesado en la maquina
diferentes formas, texturas, colores y apariencias obtenidas mediante cambios de poca importancia en el equipo y en las condiciones de procesado
procesado energéticamente eficiente, y a menudo a menor coste comparado con otras opciones
disponibilidad de automatización con la mayoría de extrusores, que pueden aumentar la productividad
mejoramiento de la calidad del producto sobre otros procesos debido a que la cocción se realiza en un tiempo muy corto y tiene lugar una menor destrucción de los ingredientes sensibles al calor
fácil cambio de escala de los procesos de extrusión desde planta piloto a la producción comercial.
Selección de un extrusor
Se hallan disponibles muchas opciones en el mercado, que a veces confunden
a los compradores, cuando se seleccionan sistemas de extrusión para el desarrollo de productos. Por ejemplo:
1) ¿Se necesita un extrusor de tomillo simple o doble? 2) ¿Debería ser un extrusor «húmedo» o «seco»? 3) ¿Debería tener cierres de vapor internos o una placa de troquel de cara simple? 4) ¿Debería tener trayectorias continuas o interrumpidas? La selección adecuada depende de varios factores:
Propiedades físicas y sensoriales del producto final.
Ingredientes de la formula: su naturaleza física (es decir ¿Utilizará el producto altos niveles de carne fresca?), contenido de humedad; disponibilidad de ingredientes constante o estacional; e ingredientes de sustitución que se pueden utilizar ocasionalmente.
¿Tipo de producto que va a ser extrudido? ¿Grado alimentario o alimento para pienso/animal domestico? ¿Cada trozo debe ser multicoloreado o rellenado centralmente? ¿Es la forma general, exótica o detallada? ¿Cual es la densidad global deseada? En el caso de pienso ¿Cuanta grasa se necesita añadir en la formula? ¿Cuanto se puede aplicar a la superficie?
¿Cual es la velocidad de producción? El tamaño de un extrusor depende del tamaño del mercado ya que los extrusores funcionan mejor operando a pleno rendimiento por hora.
.¿Cual es la fuente de energía? Cuando la planta de extrusión será construida ¿es más económico el vapor o la electricidad (para el calentamiento del producto)? Si es una pequeña operación en un país en desarrollo ¿podría ser mas adecuada una propulsión de potencia por tracción?
.¿Que disponibilidad aproximada de capital, y cuál es el objetivo de fecha de recuperación? ¿Podría un extrusor usado llenar la mejor necesidad para una operación de puesta en marcha?
La elección de la configuración adecuada del extrusor es crítica para el éxito de la extrusión. El fabricante del extrusor debería estar disponible y dispuesto a
asistir al armado del tornillo, del cilindro y de las configuraciones que soportan el equipo para el procesado de productos específicos. Todos estos factores se deberían considerar cuando se decide que tipo de extrusor satisface mejor las necesidades. Los cuatro tipos de extrusores de cocción mas comúnmente utilizados son: extrusores «húmedos» de tomillo simple, extrusores «se cos» de tomillo simple, extrusores de rosca interrumpida de tomillo simple y extrusores de doble tomillo. Una vez seleccionado el extrusor adecuado, se debe montar correctamente y luego mantenido de modo adecuado. El entrenamiento del operario es importante, y el suministrador del equipo de extrusión debe estar disponible para proporcionar este servicio.
3.4
Características generales de diseño
Todos los extrusores consisten de un tomillo(s) que transporta los ingredientes premezclados a través del cilindro. A pesar de que si la maquina es del tipo de tomillo simple o doble, se aplican varios principios a todos. Los tomillos generalmente están suspendidos solamente desde el final del mecanismo de transmisión del cilindro, y se apoya sobre el producto al final de la salida. Debido a ello, los esfuerzos mas gran des y el desgaste sobre el tomillo y el cilindro tienen lugar a la salida, y estas partes son las que primero necesitan restauración y sustitución. Pero los tomillos completos y el cilindro de incluso extrusores comerciales de tamaño pequeño son pesados y difíciles de transportar y montar en tomos y equipo de torneado de superficie. Excepto para extrusores muy pequeños o viejos, tanto el tomillo coma el cilindro están segmentados. El tornillo consiste típicamente de un eje que esta ranurado, equipado con una ranura, o forma hexagonal sobre el que varios elementos (secciones de escape, «gusanos» de escape de diferente diseño, y cierres de cizalla/cierres de vapor) se deslizan antes de que sean apretados allí mismo. En los extrusores de tomillo doble, cada tornillo consta también de componentes modulares. Este diseño tiene dos ventajas principales: I) los elementos se pueden montar en una diversidad de configuraciones como sean necesarias para las aplicaciones específicas
2) el segmento de salida gastado se puede sustituir cuando sea necesario, o movido, hacia atrás sobre el eje a una posición en la que su espacio libre mente con el cilindro es menos crítico.
Además de las secciones segmentadas del cilindro, que a menudo tienen fundas que se pueden remplazar a medida que avanza el desgaste, los suministros se deben realizar para evitar d moldeamiento del producto con el tomillo. En los extrusores de tornillo doble, los tornillos actúan coma bombas de desplazamiento positivo, y la pared del cilindro típicamente se suaviza. En el diseño de inter-engranaje en contra-rotación, cada tornillo limpia al otro en el movimiento hacia delante del producto; en el diseño de inter-engranaje en contra-rotación, los tomillos conjuntamente exprimen el producto hacia delante. Otros suministros se deben realizar par movimiento del producto hacia delante en extrusores de tomillo simple. La solución en los diseños más antiguos se introdujo en molinillos de carne a finales de 1800. Los entramados estriados o paralelos se cortaron (más a menudo vaciados) dentro del cilindro. Los extrusores de tornillo simple tanto «húmedos» coma «secos» incluyen esta característica. Debido a que los cilindros y las secciones del tomillo de escape están segmentados, entre cada sección se puede colocar un «cierre de vapor» parecido a un anillo o un «cierre de cizallamiento», hacienda girar la sección previa esencialmente dentro de una celda presurizada de un reactor de mezclado y de cizallamiento. Típicamente, los espaciados entre el «cierre» y la pared del cilindro disminuyen a medida que el producto se transporta hacia delante, dando coma resultado zonas de presión en aumento. La solución del segundo diseño para evitar el hilado del producto con el tornillo fue sacado de la prensa continua de tomillo Anderson de aceite, inventada a finales de 1800. En lugar del alineamiento de los segmentos del tomillo para formar un escape continuo transportado hacia delante, el espacio entre los escapes fue sacado intencionadamente, dando subida al término «rosca interrumpida». El interior del cilindro de este tipo de maquina tiene la pared alisada, pero el «tornillo de cizallamiento» sobresale a través de la pared del cilindro dentro del espacio entre las ranuras. Como necesario, un tomillo hueco puede remplazar un tornillo solidó y transportar el vapor dentro del producto durante l procesado. La única restricción del producto a fluir es la placa del troquel al final de la
descarga del extrusor y. conceptuall1lenlc, el cilindro entero es una celda de reacción.
3.5
Extrusores «húmedos» de tornillo simple segmentados en tornillo/cilindro
En la Figura 3.1 se muestra un dibujo típico de un extrusor húmedo simple segmentado. Los extrusores de tomillo simples segmentados tornillo/ ciIindro son los que mas ampliamente se aplican en el diseño de la cocción por extrusión en las industrias de alimentos, alimentos de animales domésticos y piensos. «Húmedo» significa que el vapor y el agua se pueden inyectar dentro del cilindro durante el procesado. Típicamente, los ciIindros de estas maquinas están también equipados con camisas de calentamiento y enfriamiento. Este tipo de extrusores procesa más tonelaje de productos extrudidos que cualquier otro diseño de extrusor. Los productos producidos se extienden desde cocidos completamente, aperitivos de maíz de baja densidad, a los densos, pastas cocidas parcialmente y formateadas (Rokey, 2000). ElIos son el centro de la discusión de esta sección. Un extrusor de tomillo simple típico consiste de un recipiente de carga, un tornillo de alimentación, un cilindro de preacondicionamiento, un cilindro del extrusor, un troquel y una cuchilla. El recipiente de carga actúa como un amortiguador del material crudo para que el extrusor pueda operar sin interrupción. Típicamente, la altura del material crudo en el recipiente se mantiene dentro de unos límites definidos mediante sensores superiores e inferiores que activan una cinta transportadora que suministra al recipiente. El recipiente esta diseñado para evitar el puenteo de sus contenidos y el bloqueo del tomillo de alimentación que conduce al preacondicionador. La velocidad del tornillo que alimenta el preacondicionador 0 al extrusor de be ser variable para asegurar el suministro continuo uniforme del material crudo, que, a su vez, conduce a una operación constante y uniforme del extrusor. Debido a que los extrusores de tornillo simple tienen una capacidad relativamente pobre de mezclado, normalmente se abastecen con el material premezclado que a menudo se ha preacondicionado mediante la adición de
vapor y agua. Generalmente, el preacondicionamiento anterior a la extrusión mejora el proceso de extrusión que se beneficia de un contenido más alto de humedad
y
de
un
tiempo
de
equiIibrado
mas
prolongado.
El
preacondicionamiento del material crudo típicamente mejora en varias veces la vida de los componentes del extrusor que se desgastan. A pesar de que se aumente el peso de los ingredientes en el sistema de extrusión, los preacondicionadores son relativamente baratos de construir para el volumen que sostienen y el tiempo añadido al proceso por el preacondicionamiento. La calidad
del
producto
se
puede
mejorar
enormemente
mediante
el
preacondicionamiento de los ingredientes crudos. El ensamblaje del cilindro del extrusor de tomillo simple esta compuesto de un cabezal encamisado, un eje rotatorio del extrusor que soporta los tornillos y los cierres de cizalla, una caja protectora fija del cilindro, un troquel y la cuchilla que corta el producto. Los tomillos son el elemento clave del extrusor de tornillo simple y su geometría influye en el rendimiento del extrusor. El calibre del cilindro puede ser uniforme en su diámetro desde su interior hasta la descarga; puede estrecharse, disminuyendo su diámetro de calibre desde el interior a la descarga: o puede ser de diámetro uniforme con el segmento final del cilindro que se estreche disminuyendo en su diámetro. Una configuración de tornillo consistente en un extremo variable, profundidad constante, aumentando el diámetro de la raíz, aumentando el numero de aletas, de cierres de cizalla, y disminuyendo el diámetro final es el mas utilizado en la industria de alimentos. Un cilindro de tomillo simple se puede dividir en tres zonas de procesado: la zona de alimentación, la zona de amasado y la zona final de cocción (Mercier et al., 1989). La zona de alimentaci6n generalmente tiene canales profundos que reciben el alimento. El material preacondicionado o seco que esta entrando en esta zona se transporta a la zona de amasado. En este punto se puede inyectar agua para ayudar al desarrollo de la pasta y mejorar la transmisión de calor en el cilindro del extrusor. A medida que el material se transporta a la zona de amasado, su densidad aumenta debido a la adición de agua y vapor. En esta zona el extremo del tomillo disminuye y el ángulo de la aleta también disminuye para facilitar el mezclado y un grado más alto del relleno del cilindro. Esta zona aplica compresi6n, cizallamiento suave y energía térmica a la materia alimentaría, y el extrusiónado comienza a perder alguna de su
definición granular. Al final de esta zona, el material alimentario es una masa viscoamorfa o
por encima de 100°C (212°F) (Faubion et al., 1982). La
reducción del deslizamiento en la pared del cilindro previene al material alimentario del volteo con el tomillo, denominado como «flujo de arrastre» (Miller, 1990). Un canal continuo del tomillo sirve como paso para el «flujo inducido por presión» debido a que la presión detrás del troquel es mucho mas alta que en el interior del extrusor. «El flujo de perdida» también tiene lugar en el espacio libre entre el tomillo y la pared del cilindro. La rosca del tomillo puede estar interrumpida en esta área para aumentar mas el mezclado a través del flujo de escape (Rokey, 2000). El mecanismo de cizallamiento comienza a jugar un papel dominante debido al relleno del cilindro en esta zona. El vapor y el agua se pueden inyectar en la parte inicial de esta zona. La inyección de vapor aumenta la energía térmica y el contenido de humedad del extrudido. A medida que el extrudido se mueve a través de la zona de amasadura, empieza a formar una masa pastosa fluyendo cohesivamente que va en aumento, que típicamente alcanza su compactación máxima. El material exhibe una textura gomosa similar a una pasta muy caliente. En esta etapa, el material entra en la zona final de cocción del extrusor. Las roscas de los tomillos en esta zona son típicamente poco profundas, y tienen un espaciado corto. La función de esta zona es la de comprimir y bombear el material en forma de masa plastificada hacia el troquel. En esta región, la temperatura y la presión aumentan muy rápidamente debido a la configuración del tomillo del extrusor. El cizallamiento es mas alto en esta zona, y la temperatura del producto alcanza su máxima y se mantiene menos de cinco segundos antes de que el producto sea forzado a través del troquel (Harper, 1978). El producto se expande como resultado de la evaporación de la humedad a medida que sale a través del troquel dentro de la regi6n de presión mas baja. Entonces el material extrudido se puede cortar en la longitud deseada mediante la cuchilla acoplada.
3.5.1 Aplicación La primera y principal aplicación comercial del extrusor de tomillo simple en la industria de procesado de alimentos fue la conversión de harina de sémola en pasta utilizando tomillos sólidos. Este proceso de formateado a bajo cizallamiento y baja temperatura encontró primero la producción comercial en
los años 1920 y 1930. Y permanece como un proceso estándar a pesar que se ha mejorado el equipo (Huber. 2000). Diversos desarrollos nuevos en el extrusor de tomillo simple han aumentado más su eficiencia y versatilidad. Una lista breve de los productos elaborados mediante extrusores de tomillo simple incluye:
. aperitivos de maíz expandidos directamente
. proteína vegetal texturizada
. cereales para desayuno listos para tomar
. producción de soja de grasa completa
. alimentos para animales domésticos
. piensos acuáticos flotantes y hundidos
. producci6n de alimentos infantiles
. estabilización de salvado de altos
. almidones, harinas y gran os precocidos o térmicamente modificados
. empanado.
3.5.2 Pros y contras Los extrusores «húmedos» segmentados de tomillo simple son fáciles de operar y se necesita menos entrenamiento para los operarios. Las maquinas de tomillo simple cuestan aproximadamente la mitad del precio de los extrusores de tomillo doble y los costos de mantenimiento son mas bajos. En el montaje de los tomillos existen menos complicaciones si se compara con los extrusores de tomillo doble, debido a que no es necesario el intergranaje entre los dos tomillos. Los «extrusores húmedos» tienen una inversión de capital mas alta que los «extrusores secos», pero usualmente tienen costos de operación mas bajos. Los extrusores húmedos tienen capacidades
más altas que los
extrusores secos debido a los requerimientos por producción unitaria mas altos para hacer funcionar el motor en los extrusores secas. Los «extrusores húmedos» producen productos formateados superiores comparados con los «extrusores secos», debido a un mejor control de procesado. Puesto que el extrusor de tomillo simple tiene solamente un eje, al final de la operación no se autolimpiará. Sin embargo, si las formulaciones de productos alimentarios para animales domésticos y piensos son casi similares, al final de
la descarga se puede montar una segunda placa de troquel suspendida. Usualmente, el extrusor se puede parar, la placa del troquel aflojada, suspendida, y remplazada por otra en un tiempo de parada muy corto. Si no se permite enfriar, el extrusor se puede poner en marcha. Puede existir la oportunidad de añadir lentamente hasta el 10% del producto de puesta en marcha cuando se reinicia el trabajo en la operación subsiguiente. También, se pueden añadir más agua o aceite y maíz molido o granos de soja partidos para ayudar en la limpieza del extrusor en la zona de enfriamiento en el momento de la parada. Típicamente, los extrusores operan las 24 horas del día, y las paradas para la limpieza no se deben realizar excepto para las necesarias medidas sanitarias cuando se utilizan ingredientes cámicos en los productos alimentarios. Las formulaciones que contienen más del 12% de grasa intema pueden provocar deslizamiento en el interior del cilindro, dando como resultado un menor cizallamiento, presión y cocción del producto. El intervalo de moltura de los ingredientes (tamaño del tamiz) puede ser limitante. El polvo muy fino no se alimentara a este tipo de extrusor a menos que este preacondicionado, y el material muy grueso no se cacera adecuadamente. Los tamaños finales del diámetro de partícula también pueden ser un factor a tener encuenta, los piensos para peces mas pequeños de 1,5 mm pueden ser difíciles de producir.
3.6 Extrusores secos
El termino extrusión «seca» significa que este tipo de extrusor no necesita una fuente externa de calor o vapor por inyección o calentamiento por camisa, y el calentamiento de todo el producto se consigue mediante fricción mecánica (Said, 2000). Este tipo de extrusor fue desarrollado inicialmente para el procesado de granos de soja enteros en la granja. En la Figura 3.2 se muestra un típico extrusor seco. Los extrusores secos pueden procesar ingredientes que tienen un amplio intervalo de contenidos de humedad, es decir 10-40%, dependiendo de la formulación premezclada. Si los ingredientes tienen un contenido de humedad inicial suficientemente bajo, no es necesario un secado del producto después de la cocción por extrusión. La perdida de humedad en la extrusión seca es en forma de evaporación súbita del vapor en el troquel, y la amplitud depende de la humedad inicial en los ingredientes y de la temperatura
de salida del producto. Los extrusores secos tienen la opción de inyectar agua durante la extrusión. Normalmente los materiales que contienen almidón necesitan cierta humedad con objeto de que gelatinicen. En el diseño de extrusores secos y sus componentes se han realizado avances considerables. La investigación reciente ha mostrado que la eficiencia/producción del extrusor es casi el doble si el material de partida se puede preacondicionar con vapor y agua. Los cilindros mas largos trabajaran mucho mejor en algunas aplicaciones que los cilindros mas cortos utilizados anteriormente para granos de soja. Los extrusores secos son extrusores de tornillo doble con segmentos de tornillo y cierres de vapor (placas de corte) en el eje para aumentar el cizallamiento y crear calor.
Cuando el material se mueve a través de] cilindro, se presenta frente a estas restricciones, no permite que pase a su través, la presión aumenta, y se crea un flujo hacia atrás. Usualmente estas restricciones están dispuestas de tal modo que aumentan en diámetro hacia el final del troque del tornillo para crear mas presión y cizallamiento a medida que el producto alcanza el troque!. Este aumento de presi6n y temperatura, junto con los esfuerzos cortantes desarrollados, plastifica las materias primas en pasta viscosa o formas infladas, dependiendo del material crudo. No existe una diferencia básica entre el extrusor de arriba y los extrusores «húmedos», excepto que en los extrusores secos tiene lugar mas cizallamiento para crear calor. En la extrusión seca, la presión y la temperatura están en su máximo justo antes de la salida del troque. El diseño del troquel y la apertura también juegan papeles importantes en la subida de la presión. El intervalo de cocción en un extrusor seco puede ser de 82-160°C (l80-320°F) con una presión muy alta. Tan pronto como el material sale de los troqueles del extrusor, la presión de los productos es instantáneamente liberada, provocando que la humedad interna se evapore en forma de vapor haciendo que el producto se expanda y se produzca la esterilización del producto.
3.6.1 Aplicaciones
Los extrusores secos se pueden utilizar para alimentos, piensos y en el reciclado de subproductos de alimentos y piensos. El principal uso del extrusor seco es en la preparación de semillas oleaginosas para prensado en tornillo de aceite - fundamentalmente granos de soja y semillas de algodón, a pesar de que se han aplicado al procesado de semillas de girasol, cacahuete y canola. En el proceso, los gran os de soja y las semillas de algodón se extrusiónan utilizando un extrusor seco, seguido de una prensada en una prensa de barra de tornillo paralela para eliminar el aceite. La extrusión anterior a la presión del tornillo aumenta grandemente el rendimiento del expulsor sobre la capacidad considerada. El aceite y la harina producidos mediante este método son extraordinariamente estables debido a que la extrusión también libera antioxidantes naturales de las semillas oleaginosas. Este proceso se utiliza en el mundo entero para el procesado de semillas de soja crudas en harinas de soja con grasa completa o harinas parcialmente desgrasadas. Las fracciones de grano de cereal y otras materias primas que contienen almidón pueden estar precedidos por extrusión seca. Las aplicaciones incluyen el procesado de:
.cereales y almidones
aperitivos alimentarios y cereales para desayuno
proteína vegetal texturizada
inactivación de enzimas en salvado de arroz
alimentos de animales domésticos
piensos de cultivos acuáticos
piensos para otros animales (cerdos, ganado, caballos, visones)
reciclado de residuos húmedos para alimentos, y subproductos animales.
3.6.2 Pros y contras
Los extrusores secos requieren una inversión de capital relativamente baja y se pueden diseñar de modo adecuado a todos los tamaños y tipos de instalaciones. Se necesita un menor entrenamiento comparado con los sistemas de extrusión de doble tomillo. La extrusión seca es una buena
elecci6n cuando no se dispone de vapor, aunque presenta la flexibilidad de adoptar un preacondicionador de vapor para aplicaciones tales como piensos completos y productos formateados. En la Figura 3.3 se muestra un típico extrusor seco con preacondicionador. Los extrusores secos pueden triturar granos de soja enteros durante la extrusión, y por 10 tanto en el caso de los granos de soja se pueden eliminar las etapas de trituración. En algunas aplicaciones los extrusores necesitan una potencia relativamente alta para operar en algunas aplicaciones comparadas con otros sistemas de extrusión. El desgaste más alto tiene lugar en el tomillo debido a la falta de lubricación de la inyección de vapor. El tamaño final del producto puede limitarse a ciertos tamaños, la alta presión involucrada en este tipo de extrusores 10 hace extremadamente difícil para dar forma al producto que sea menor de 2 mm. No son tan flexibles como los extrusores húmedos simples segmentados y los de doble tomillo. Los costes de mantenimiento son más altos cuando se trituran granos de soja enteros. La trituración de granos de soja con molinos de martillo antes de la extrusión seca puede ser una operación más eficiente en costes. El contenido inicial de humedad de la formulación es muy crítico. Las formulaciones con altos contenidos en grasa puede que se cuezan adecuadamente debido al deslizamiento del producto en el interior del cilindro. El material altamente viscoso es difícil de procesar con este tipo de extrusor comparado con los extrusores de doble tomillo.
3.7 Extrusores de rosca interrumpida
El diseño básico para la mayoría de los extrusores de rosca interrumpida actuales (también denominados «expandidores») fue desarrollado e introducido en los Estados Unidos por la Compañía Intemacional Anderson (Cleveland, Ohio) coma «Expandidor de Grano Anderson» a finales de 1950 para el procesado de alimentos para animales domésticos y otros productos derivados de cereales. Los expandidores fueron exportados a Brasil en 1965 para la estabilización de salvado de arroz, a Ecuador en 1969 y a México en 1970. Este diseño fue aplicado en Brasil a principios de 1970 para la preparación de granos de soja y semillas de algodón para la extracción con disolvente. Los expandidores fabricados en Brasil fueron comprados por los Estados Unidos
para el procesado de semillas de algodón a finales de 1970. Actualmente se estima que un 70% de tonelaje nacional de granos de soja y semillas de algodón procesado en los Estados Unidos mediante extracción con disolvente se preparan mediante extrusores de rosea interrumpida. Actualmente, maquinas de diseño similar se construyen en los Estados Unidos. Brasil, India, Suiza y Alemania (Lusas y Watkins, 1990). En la Figura 3.4 se muestra un típico extrusor de expansión de rosca interrumpida. Un extrusor de rosca interrumpida es mecánicamente diferente de otros extrusores, debido a que se desarrollo a partir de una prensa de tomillo. Las prensas de tomillo y los extrusores de rose a interrumpida son similares en que una rose a interrumpida giratoria empuja el material a través del cilindro y sale a través de una abertura al final del cilindro. Antes qué los «tornillos de cizalla» redondos, las protuberancias dentro del área abierta entre las aletas se denominan «barras interruptoras» en las prensas de tomillo. Sin embargo, una prensa de tornillo es una maquina mas sólida y costosa; genera mas presión y esta equipada con una sección del cilindro que permite que fluya el aceite de los sólidos (Williams, 2000). A pesar de que los extrusores a menudo están equipados con camisas de calentamiento con vapor enfriamiento con agua, los extrusores de rosca interrumpida normalmente no están encamisados y se basan en la inyección directa de vapor para el calor suplementario más allá que el creado mediante el cizallamiento mecánico de los ingredientes. El mecanismo interno de los expandidores consiste en un eje de rosca girando rápidamente, teniendo roscas individuales con una rosca interrumpida posicionada en el interior de un cilindro de paredes suaves equipado con anillas desmontables estacionarias sobresaliendo del cilindro e inter-granados con las interrupciones de las roscas. El propósito del inter-mezclado de las roscas en rotación con las anillas es proporcionar un alto cizallamiento, la acción de mezclado turbulento, que amasa la formulación sólida con el agua inyectada y el vapor para proporcionar una absorción rápida y uniforme de la humedad inyectada dentro de la materia sólida total. A medida que el vapor se absorbe, libera su calor de evaporación que eleva la temperatura de los ingredientes. También se genera calor por fricción debido al rápido movimiento de las roscas, elevando aun mas la temperatura a medida que se compactan y trabajan la mezcla sujetándola a presiones cada vez mas altas así coma son
forzados a través de la longitud del cilindro. De este modo la mezcla alcanza el final de la longitud del cilindro, se cuece completamente bajo presión y temperatura (I20-I5O°C; 248-302°F) suficientemente altas, dando coma resultado la eliminación súbita de mucha de la humedad a medida que sale el producto (Williams. 1988).
3.7.1 Aplicaciones
Los expandidores Anderson de 6 y 8 pulgadas jugaron un importante papel en el procesado de alimentos para animales domésticos hasta que se desarrollaron los modemos extrusores segmentados de tornillo simple. Hoy en día los expandidores juegan un papel importante en la preparación de semillas oleaginosas para la extracción con disolventes, y en especial las cabezas con alto cizallamiento se han desarrollado para cizallar las semillas oleaginosas antes de la presión con el tomillo. Los expandidores todavía se utilizan para hacer alimentos para animales domésticos piensos flotantes acuáticos. Como los expandidores tienen una acción de cizallamiento menor que los extrusores secos, los granos de soja se deberían triturar antes de su entrada a la maquina cuando se esta elaborando comida de granos de soja con grasa completa. Como resultado, generalmente se tiene menos desgaste en los expandidores que en los extrusores segmentados secos, se pueden utilizar motores eléctricos mas pequeños, y los costes de mantenimiento son más bajos. En los expandidores largos para piensos, a menudo se incluye una sección corta de tomillo de cizallamiento de rosca interrumpida, de 12 pulgadas y mas de diámetro,
utilizados
en
las
formulaciones
de
piensos
para
preacondicionar/precocinar antes de que se les de la forma de bolas. Las aplicaciones de 105 expandidores incluyen:
.granos de soja con la grasa entera
preparación de semillas oleaginosas para la extracción con disolvente
preparación de semillas oleaginosas para «prensado fuerte» hasta un 56% de aceite residual en la harina
estabilización de salvado de arroz
alimentos para animales domesticas
piensos en acuicultura
piensos para otros animales (cerdos, reses, caballos, visones)
alimentos para aperitivos
secado de caucho sintético y polímeros plásticos.
3.7.2 Pros y contras Los expandidores de rosca interrumpida son relativamente menos caros que los extrusores segmentados de tomillo simple y doble. Estas son maquinas muy simples, fáciles de operar, y se necesita un entrenamiento mfnimo de los operarios. Los expandidores de rosca interrumpida son maquinas muy resistentes y Ias partes desgastadas son fácilmente reemplazables. Cuando están instalados adecuadamente, y con los ingredientes pertinentes, producen productos de calidad constante durante mucho tiempo. La velocidad del eje y los diseños pueden variar, que hace de esta maquina aplicable a diferentes materias primas. Para las semillas con un alto contenido en aceite o para materiales que contienen aceite se puede añadir una cesta para la eliminación del aceite para producir collares cohesivos para extracción con disolvente, y aumentar la adherencia de la semilla oleaginosa en las prensas de tomillo. Se hallan disponibles varios diseños de tomillos y cabezas de cilindro para el procesado de diferentes materiales. A estas maquinas se pueden adaptar una amplia variedad de preacondicionadores. Se necesita menos consumo de potencia que para los extrusores secos de la misma capacidad debido a la lubricación con agua (añadida como vapor), pero los productos con humedad más alta normalmente necesitan secarse después del cortado. Como no tienen cierres de vapor, el calentamiento en el cilindro por el cizallamiento se halla limitado a la que resulta de los tomillos interruptores y a la retrogresión de la placa del troquel, y se deben suplementar mediante inyección con vapor. La temperatura máxima del cilindro esta limitada por el área de abertura del troquel, y por la presión del vapor disponible y su calidad. Estas maquinas son menos versátiles si se comparan con los extrusores segmentados de tomillo simple y doble y las condiciones de procesado son mas difíciles de controlar. Necesitan una reserva de alimentos triturados
finamente o materiales en copos puesto que no tienen la capacidad de triturarse ellos mismos. Los tamaños de las bolas están limitados a diámetros grandes si se comparan con los extrusores de doble tomillo. Los niveles altos de grasa añadida pueden provocar el resbalamiento en el interior del cilindro, y siempre que sea posible es mejor utilizar ingredientes que contengan grasa intema.
3.8 Extrusor de doble tornillo
En los últimos años se ha visto que han aumentado las necesidades de nuevos productos con formas complicadas y tamaños pequeños que están más allá de las capacidades de los sistemas de tomillo simple. Los extrusores de tomillo doble pueden llenar algunas de estas necesidades. El termino «doble tomillo» se aplica a los extrusores con dos tomillos de igual longitud situados en el interior del mismo cilindro. Los extrusores de doble tomillo son más complicados que los extrusores de tomillo simple, pero al mismo tiempo proporcionan mucha más flexibilidad y un mejor control. Los extrusores de doble tomillo generalmente están catalogados de acuerdo a la dirección de rotación del tomillo y al grado en el que se inter-engranan los tomillos: 1. extrusores de doble tomillo en contra-rotación 2. extrusores de doble tomillo en co-rotación.
En la posición de contra-rotación el tomillo del extrusor gira en la dirección opuesta, mientras que en la posición de co-rotación el tomillo gira en la misma dirección. Estas dos categorías se pueden subdividir mas basándose en la posición del tomillo en relación uno con respecto al otro en: inter-engranaje y sin inter-engranaje. El extrusor de doble efecto sin inter-engranaje es coma dos extrusores de tomillo simple colocados codo a codo con solo una pequeña porción de los cilindros en común (Clark, 1978). Estos tipos de extrusores dependen de la fricción por extrusión, al igual que los extrusores de tomillo simple. En los extrusores sin inter-engranaje, ni el bombeo ni el mezclado son positivos. Su diseño no proporciona una acción de desplazamiento positivo para el bombeo del producto hacia delante.
En la Figura 3.5 se muestra un típico extrusor de doble tornillo. En los extrusores de doble tomillo inter-engranados, los tomillos están parcialmente montados unos sobre otros en un camino del cilindro en figura de '8', dando coma resultado un bombeo positivo, un mezclado eficiente y una acción autolimpiante (solamente en maquinas en co-rotación; mezcla limitada en maquinas en contra-rotación), diferenciándose estos tipos de extrusores de las maquinas no inter-engranadas y de tomillo simple. Estos extrusores son coma una bomba de desplazamiento positivo, forzando al material en el cilindro entre el tomillo a moverse hacia el troquel por rotación del tomillo. Los tipos de extrusores de co-rotación autolimpiantes son los más comúnmente utilizados en la industria de alimentos. Estos extrusores aumentaron considerablemente la variedad de productos que se pueden elaborar utilizando la tecnología de extrusión. El extrusor de doble tomillo consiste de varios sub-componentes muy similares a los extrusores de tomillo simple (cesta de carga, tomillo de alimentación, cilindro de preacondicionamiento, cilindro del extrusor, cabezales encamisados y tomillo giratorio). En la sección del extrusor de tomillo simple se presenta una discusión detallada de estos componentes. El montaje de los cojinetes en los extrusores de doble tomillo es mucho mas complicado debido a que se necesitan mas componentes (tales coma engranajes de funcionamiento y de división del par de torsión). Los extrusores de doble tomillo también tienen tres zonas de procesado, alimentación, amasado y zona de procesado final muy similar a los extrusores de tomillo simple. Estas zonas se describen en la lección del extrusor de tomillo simple.
3.8.1 Aplicaciones
Los extrusores de doble tomillo tuvieron su popularidad en la industria de alimentos de mitad de 1980 a mitad de 1990. Originariamente se desarrollaron para el procesado de plásticos, pero las compañías de alimentos comenzaron a utilizar los extrusores de doble tomillo en productos coma caramelos y dulces adhesivos, que no se podrían elaborar con maquinas de tomillo simple. Muy pronto, los extrusores de doble tomillo se hicieron populares para los fabricantes de alimentos para productos alimentarios especializados. Mejoras
recientes en los extrusores de tornillo simple han hecho posible que se puedan procesar varios alimentos que anteriormente se hacían con extrusores de doble tomillo, limitando posiblemente el mercado para los extrusores de doble tomillo: 1) Las marchas de velocidad variable dieron una flexibilidad adicional al tomillo
simple y están próximos a los de tornillo doble
2) Sistemas de control por ordenador 3) Mejora de los sistemas de alimentación por gravedad y medidores de caudal másico para la medida precisa de los ingredientes/componentes de la formulación.
Actualmente, los extrusores de doble tomillo se están utilizando para los siguientes alimentos diferentes y productos de piensos.
. aperitivos co-extrudidos y otros productos alimentarios
. gomas alimentarías
. trozos y laminas de frutas reformados
. análogos de cubrimientos alimentarios y de panadería
. pasta precocinada
. fideos, espaguetis y macarrones
. imitaciones de frutos secos
. aperitivos de tercera generación
. productos similares a pan (pan crujiente)
. pasta amasada
. galletas saladas
. raviolis
. proteínas vegetales texturizadas (soja)
. productos texturizados de gluten de trigo
. alimentos semi-hidratados
. sopa y mezclas de salsas
. licores de corteza de azúcar
. deleites para animales domésticos
. aperitivos tri-dimensionales
. dulces y arropes tri-dimensionales
. queso y productos de caseína
. polvos de cerveza
. análogos de carne
. proteína vegetal texturizada a partir de harina de soja parcialmente sin grasa
. estabilización de salvado de arroz
. alimentos y aperitivos multicolores
. carne y barras energéticas
. barras de energía especiales con relleno de resina
. productos de malvavisco
. copos de cereales y maíz
. aperitivos rellenos de chocolate
. productos de confitería y otros productos de chocolate
. cacao y migas
. galletas y galletas saladas
. fritos y tortillas de maíz
. panecillos de huevo
. gelatinas
. aromatizante
. arroz instantáneo
. fideos instantáneos
. bebidas en polvo
. dulces hervidos
. palitos de dulce
. rellenos a granel (material de envoltorio) de almidones
. piensos acuáticos ultra finos
. piensos acuáticos con alto contenido graso (salmón)
. alimentos de primera calidad para animales domésticos (con carne fresca)
Como entramos en un nuevo milenio, estas áreas de productos ilustran solamente una parte de los casi ilimitados productos que se pueden elaborar utilizando la tecnología de extrusión,
3.8.2 Pros y contras
Debido a la acción de bombeo positiva, y la pulsación reducida de los productos que salen del troquel, se pueden producir productos largos muy uniformes y formas intrincadas. Los extrusores de doble tomillo pueden manejar
materiales
muy
viscosos,
aceitosos
pegajosos
y
húmedos.
Normalmente, pueden manejar productos con grasa intema superior al 18% si se compara con el máximo del 17% de las maquinas de tomillo simple. Pueden producir bolitas de diámetro mas pequeño de 1 mm para aplicaciones alimentarías y de piensos; esta última capacidad es importante en la alimentación de pececillos. Como el extrusor de doble tomillo contiene dos ejes, el interior del cilindro se limpia por barrido y los dos tomillos se golpean uno al otro. Al final de la operación, normalmente algo de vapor y agua pueden limpiar el cilindro del extrusor desde el interior. Los extrusores de doble tomillo pueden manejar una amplia gama de tamaños triturados de los ingredientes de la formulación. Los ingredientes muy finamente triturados se pueden alimentar directamente al interior del extrusor de doble tomillo, así como ingredientes muy gruesos. Siempre que sea posible se recomienda la utilización de un preacondicionador, pero no siempre es practico cuando se procesan ingredientes pregelatinizados o con alto contenido en amilopectina. Si el final del cilindro parte la salida del extrusor en dos canales, los productos con piezas de dos colores, o multicolores, se pueden hacer con inyección de soluciones coloreadas dentro de los canales justo antes del troque!. Se pueden procesar productos alimentarios tri-dimensionales o muy delicados. En formulaciones procesadas con extrusores de doble tomillo se puede utilizar hasta un 30% de carne fresca. Los extrusores de doble tomillo son más comprensibles para los operarios sin experiencia. Los extrusores de doble tomillo son mas caros (al menos el doble de precio) que los extrusores de tomillo simple. También sus costes de mantenimiento pueden ser mas altos. Son relativamente mas complicados que el extrusor de tomillo simple. Los operarios necesitan ser muy cuidadosos en el montaje de una nueva configuración. Es muy fácil montar los segmentos en ángulos equivocados, dando como resultado la rotura del aparato.
3.9 El extrusor de tornillo simple frente al de doble tornillo
La extrusión en tomillo simple se ha utilizado con éxito en la producción de alimentos y piensos durante al menos 60 años. Debido alas demandas en el mercado de productos alimentarios innovadores por parte de los consumidores, los fabricantes de extrusores adoptaron los extrusores de doble efecto hace aproximadamente 30 años. Los extrusores de doble tomillo tienen una capacidad y flexibilidad más grande para el control de los parámetros tanto del producto como del proceso. Son un diseño flexible que permite una limpieza fácil y un cambio rápido de producto. Debido a la capacidad de ajustar mejor la cizalla deseada, el extrusor de doble tomillo tiene más control sobre la variabilidad del producto. También se puede utilizar la velocidad del tomillo para compensar algunas variaciones de las propiedades del material de salida (Hauck, 1988). El extrusor de doble tomillo es una mejor elección para plantas que producen una amplia variedad de productos de alto valor a volumen bajo debido a que la velocidad del tomillo es una variable sobre la que se puede influenciar. Los extrusores de tomillo simple están limitados en su formulación a un nivel de grasa del 12-17%. La grasa por encima de este nivel reduce la fricción debido a la lubricación y no ayuda al equipo que transforma la energía mecánica en calor para propósitos de cocción. Por otra parte, el nivel de grasa en la formulación para los extrusores de doble tomillo puede ser tan alto como 18-22% y mantener todavía la energía mecánica. Esto es solamente posible debido a mas opciones de configuración de tomillos en los extrusores de doble tomillo comparados con las maquinas de tomillo simple. En los extrusores de tomillo simple con la ayuda de inyección de vapor, el nivel de grasa de la formulación se puede conseguir tan alto como el 17%, pero las mismas formulaciones con la adición de vapor en los extrusores de doble tomillo procesaran mas coherentemente, lo que da como resultado una mejor unión de la grasa en el producto y reduce el goteo de la grasa de los productos durante la manipulación y el embalaje. El contenido de humedad es muy critico durante el proceso de extrusión para la gelatinización del almidón y la desnaturalización de las proteínas. Un contenido media de humedad en una formulación típica esta en el intervalo de 20-28%. La humedad, como vapor y/o agua, se añade al preacondicionador y
al cilindro del extrusor para ayudar al ablandamiento de los ingredientes crudos y reducir su aspereza. Los extrusores de doble tomillo tienen la capacidad de operar bajo un estrecho intervalo o una amplia gama de humedad. Los procesadores deberían considerar los extrusores de tomillo doble en las siguientes situaciones (Riaz, 2000):
. cambios frecuentes del producto
. productos con un alto contenido interno de grasa (por encima del 17%)
. adición de un alto nivel de carne fresca en el producto (hasta el 35%)
. tamaño y formas uniformes
. tamaños ultra-pequeños del producto (menores que 1,5 mm)
. productos hechos con polvo de baja densidad
. formulaciones especiales.
La Tabla 3.1 describe los típicos para metros de proceso de los diferentes procesos de extrusión y la Tabla 3.2 describe las típicas capacidades de producción y los costos de diferentes tipos de extrusores.
Extrusión y calidad nutritiva M. E. Camire, University of Maine
6.1 Introducción
Los extrusores ofrecen a los científicos de alimentos una colección de condiciones e ingredientes de la que se pueden crear nuevos alimentos. Aunque los aperitivos alimentarios están entre los primeros alimentos extrudidos que tuvieron éxito comercialmente, hoy en día los extrusores producen
muchos
alimentos
de
importancia
nutritiva.
Las
categorías
específicas de productos están descritas en otra parte de este libro, aunque en este capítulo se exploraran los numerosos factores que influyen la calidad nutritiva de todos los productos. Se hará énfasis en los alimentos humanos, pero ciertamente, los efectos de la extrusión tienen aplicación a los piensos animales.
¿.Como de importantes son los alimentos extrudidos en la dieta? Todavía no están disponibles datos de encuestas globales sobre el consumo de alimentos extrudidos. La utilización de productos extrudidos tales coma empanadas complica más la situación. El consumo de aperitivos alimentarios en USA aumento un 200% desde 1977 a 1994, y el consumo de cereales para desayuno listos para corner (LPC) aumento en un 60% en el mismo período (Putman y Gerrior, 1999). El consumo de granos enteros en USA es casi una ración por día, muy por debajo de las tres raciones recomendadas. La sustitución de cereales (LPC) por tradicionales alimentos finlandeses para desayuno ha bajado el consumo de grasa y los niveles totales de colesterol en el suero (Kleemola et al., 1999). Una nueva tendencia es el lanzamiento al mercado de cereales endulzados coma aperitivos. Muchos consumidores perciben a los alimentos aperitivos coma insalubres (Dinkins, 2000). Un informe del Departamento de Agricultura de USA afirmando que los aperitivos proporcionan el 20% de la energía total de los niños americanos también encontró que los aperitivos proporcionaron porcentajes similares de muchos nutrientes clave (USDA, 2000). El mismo informe encontró que más del 40% de niños comen regularmente cereales para desayuno LPC. Probablemente existen tendencias similares en otras naciones desarrolladas. La obesidad infantil y la diabetes Tipo II están aumentando en personas por debajo de dieciocho años, así el aumento de riesgos de desarrollo de enfermedades del corazón (Chen et al., 2000). Se ha originado un interesante dilema: ¿debería existir mas educación nutritiva para corner mas frutas, verduras y granos con bajo contenido graso para parar esta tendencia, o las compañías de alimentos deberían adecuar los hábitos de comida de los niños y desarrollar aperitivos y dulces bajos en calorías, bajos en grasa y con índice de glucemia bajo? La extrusión ofrece esperanza para la mejora nutritiva en las naciones menos desarrolladas. La extrusión puede producir alimentos estables por si mismos libres de contaminación microbiológica que se pueden almacenar en vistas a carestías y desastres naturales. Los sencillos extrusores de tomillo simple son relativamente baratos y faciles de mantener, de modo que los proyectos de investigación internacionales se han enfocado en estas maquinas coma procesadores de alimentos para lo que se necesite. Los suministros de
energía externa puede que no sean necesarios, ya que la fricción de la rotación del tornillo puede ser suficiente para cocer completamente el alimento. Se pueden desarrollar procesos que tengan ventajas de alimentos dados tales como leche secada así coma cultivos autóctonos tales coma judías, mijo y yuca. La utilización de cultivos locales puede ayudar a mejorar la sostenibilidad de operaciones pasadas las crisis inmediatas y reduce la confianza de ayuda externa. Los collares extrudidos pueden ser fácilmente molturados en harina que se puede mezclar con leche o agua para formar gachas para bebes o individuos débiles. Las ventajas y limitaciones de la extrusión para esta aplicación han sido revisadas (Harper y Jansen, 1985). También se puede explotar la capacidad de los extrusores para combinar diversos ingredientes en alimentos nuevos en el desarrollo del mercado de alimentos funcionales. Los ingredientes funcionales tales coma soja y derivados de plantas que solos son relativamente desagradables al gusto se pueden incorporar en los nuevos artículos alimenticios. Los alimentos tradicionales tales como galletas crujientes de centeno se pueden realzar mediante la adición de fibra dietética extra durante la extrusión. Los compuestos antinutritivos se pueden reducir durante la extrusión para proporcionar mas seguridad y alimentos mas nutritivos. No existe una tendencia clara de los efectos de la extrusión sobre la calidad nutritiva. Mucha de la investigación básica sobre la estabilidad de los micronutrientes durante la extrusión se ha llevado a cabo en las décadas de 1970 y 1980. La investigación más reciente se ha enfocado sobre los ingredientes alimentarios saludables no nutritivos y las mezclas de nuevos ingredientes. Los para metros de extrusión que afectan la calidad nutritiva se resumen en la Tabla 6.1. La extrusión de alta humedad (> 40%) esta ganando nuevas aplicaciones tales coma la conversión enzimática del almidón para jarabe de glucosa y para la producción de alimentos proteicos texturizados y productos análogos a queso (Akdogan, 1999). Los investigadores de la Universidad de Cornell han desarrollado un proceso de extrusión utilizando el inflado supercrítico con dióxido de carbono (Sokhey et al., 1996). Ambos tipos de extrusión operan a temperaturas relativamente bajas con cizallamiento bajo, con el ultimo diseñado para productos inflados. La evaluación nutritiva de estos procesos no
se ha publicado, pero es razonable concluir que los ingredientes sensibles al calor prosperan mejor con estos métodos que con la cocción por extrusión convencional.
6.2 Macronutrientes
6.2.1 Hidratos de carbono
Los tubérculos y los granos amiláceos proporcionan una importante energía y saciedad en la mayoría de dietas. Los azúcares proporcionan dulzor y están implicados en numerosas reacciones químicas durante la extrusión. El control de los hidratos de carbono durante la extrusión es crítico para la calidad nutritiva y sensorial del producto. Las condiciones de extrusión y los materiales de la alimentación se deben seleccionar cuidadosamente para producir los resultados deseados. Por ejemplo, un alimento detestable podría ser altamente digerible, incluso un aperitivo para adultos obesos deberá contener poco material digerible. La Tabla 6.2 muestra una comparación de como una formulación simple se puede alterar para conseguir ambos objetivos. Los humanos y otras especies monogástricas no pueden digerir finalmente el almidón no gelatinizado. La cocción por extrusión es un tanto única debido a que la gelatinización tiene lugar a niveles de humedad mucho mas bajos (1222%) que son necesarios en otras operaciones alimentarías. Las condiciones de procesado que aumentan la temperatura, la cizalla y la presión tienden a aumentar la velocidad de gelatinización. La presencia de otros compuestos alimentarios, particularmente lípidos, sacarosa, fibra dietética y sales, también afectan la gelatinización (Jin et al., 1994). La gelatinización completa no tiene lugar, pero aun así se mejora la digestibilidad (Wang et al., 1993a). En un sentido, la extrusión puede pre-digerir el almidón. Las ramificaciones de las moléculas de amilopectina se cizallan fácilmente en el cilindro. Se ha documentado la reducción de la masa molecular de las moléculas tanto de amilosa como de amilopectina. Politz et al. (1994b) encontraron que las moléculas mas grandes de amilopectina de maíz estaban sujetas a la reducción mas grande de masa molecular, y la temperatura del troquel mas alta (185°C) Y la humedad de la alimentación (20%) ayudo a mantener la masa
molecular (Politz et al., 1994a). La configuración del tomillo se puede diseñar para minimizar o maximizar la rotura del almidón (Gautam y Choudhoury, 1999). El almidón que se digiere rápidamente provoca un rápido aumento de los niveles de azúcar e insulina en la sangre después de las comidas. Estos aumentos pueden conducir a una insensibilidad a la insulina y al Tipo ll, o al comienzo de la diabetes en adultos. El aumento de glucosa en la sangre después de haber comido se mide a menudo como el índice de glucemia (IG), con glucosa o con pan blanco utilizados como un control arbitrario con un valor de 100. El arroz extrudido con alto contenido en amilosa en forma de fideos tiene una digestibilidad de almidón más baja y un IG reducido en voluntarios humanos (Panlasigui et al., 1992). En personas con diabetes se encontraron valores altos del IG. Las condiciones de extrusión se pueden manipular mediante varios mecanismos para producir almidón resistente a la digestión (AR). A medida que se eliminan las ramificaciones de las moléculas de amilopectina, pueden reaccionar con otros hidratos de carbono en nuevas uniones que no se pueden digerir por nuestras enzimas. Theander y Westerlund (1987) informaron de dicha transglicoxidacion en la harina de trigo extrudida, pero las limitaciones analíticas lo han hecho difícil para que otros investigadores corroboren este hallazgo. Politz et al., (1994a) no observaron ninguna diferencia en las uniones 2,3-glucosa en la harina de trigo extrudida después del amilosis de metilación. En una patente existe una variación de este proceso para la producción como mucho de un 30% de almidón resistente en que el almidón con alto contenido en amilosa reacciona con pululanasa, luego de ser extrudido (Chiu et al., 1994). Se han publicado otras opciones para el aumento de AR. En una serie de tres experimentos, Unlu y Faller (1998) demostraron que añadiendo ciertas formas de almidón o acido cítrico a la harina de maíz previo a la extrusión modificaron el almidón resistente mas la fibra dietética. La adición de un 30% de almidón de maíz, patata o trigo no aumenta los valores de AR. Los valores de AR y de fibra se doblaron cuando 7,5% de acido cítrico se mezclo con harina de maíz, y el 30% de almidón de maíz con alto contenido en amilosa con 5 0 7,5% de acido cítrico dio como resultado valores del 14%, comparados con ligeramente mas del 2% para 100% de harina de maíz. Los autores supusieron
que la polidextrosa se pueda haber formado en el extrusor. No determinaron ni el coste ni la aceptabilidad sensorial. Los oligosadridos y la polidextrosa se formaron a partir de mezclas de glucosa-acido cítrico a diferentes temperaturas del cilindro (Hwang et al., 1998). Los rendimientos en polímeros aumentaron con la temperatura; a 200°C tuvo lugar un rendimiento del 93,7%. La fibra dietética añadida también afecta a la digestibilidad. Las fibras de celulosa más largas añadidas al almidón de maíz disminuyeron la solubilidad del almidón (Chinnaswamy y Hanna, 1991). Por otra parte, la adición de un 20% de proteína con la eliminación de fibra dietética insoluble de harina de trigo dio coma resultado una pasta con una significativa liberación retrasada de dextrina bajo condiciones de digestión in vitro (Fardet et al., 1999). La evaluación microscópica índico que la eliminación de la fibra facilito la interacción almidón-proteína que pudo aumentar la resistencia a la enzima. La formación del complejo amilosa-lípido también puede reducir la digestibilidad del almidón. Los monogliceridos y los ácidos grasos libres es más probable que formen complejos que cuando se añaden triglicéridos al almidón con alto contenido en amilosa (Bhatnagar y Hanna, 1994a). El acido esteárico mezclado con almidón de maíz común con un 25% de amilosa y extrudido a un bajo contenido en humedad (19%) Y temperatura del cilindro baja (11 0-140°C) contuvieron la mayoría del complejo almidón-lípido (Bhatnagar y Hanna, 1994b). Las condiciones de alta viscosidad y tiempos de residencia más elevados favorecieron la formación del complejo en extrusores pequeños. Las consecuencias nutritivas adversas del almidón fácilmente digerible incluyen los riesgos aumentados de caries dental y el rápido aumento de niveles de glucosa en sangre después de haber comido. Los fragmentos más pequeños de almidón formados durante la extrusión pueden ser adhesivos y así se podrían adherir a los dientes. La cantidad de material retenido en los dientes después de haber comido alimentos extrudidos se puede utilizar coma una indicación de la severidad del proceso. Las bacterias de la placa dental fermentan rápidamente las dextrinas. La harina blanca de trigo extrudida bajo condiciones «suaves» y «severas» provocan la caída de la placa dental a un pH comparable alas soluciones de glucosa (Björck et al., 1984). El destino de los azucares durante la cocción por extrusion no se puede pasar por alto. Las galletas enriquecidas con proteínas experimentaron la
hidrólisis de sacarosa durante la extrusion, con perdidas de sacarosa del 220% (Noguchi y Cheftel, 1983). Los azucares reductores presumiblemente se pierden en el transcurso de las reacciones de Maillard con las proteínas. La sacarosa, la rafinosa y estaquiosa disminuyeron de forma significativa en las fracciones extrudidas con alto contenido en almidón de judías pintas (Borejszo y Khan, 1992). Los aperitivos extrudidos basados en maíz y soja contenían niveles mas bajos tanto de estaquiosa como de rafinosa comparados con las sémolas y harina de soja no extrudida, pero los valores no fueron corregidos para el 50-60% de maíz presente (Omueti y Morton, 1996). La destrucción de estos oligosadridos causantes de flatulencia pueden mejorar la aceptación de los productos leguminosos extrudidos por parte del consumidor.
6.2.2 Proteínas y aminoácidos La extrusion mejora la digestibilidad de la proteína vía desnaturalización, que expone los puntos activos de la enzima. La mayoría de las proteínas tales como las enzimas y los inhibidores de enzimas pierden la actividad debido a la desnaturalización. El alcance de la desnaturalización se evalúa típicamente como el cambio de la solubilidad de la proteína en agua o soluciones acuosas (Della Valle et al., 1994), aunque la temperatura y humedad de la masa también son influencias importantes. Por ejemplo, la solubilidad de la proteína de trigo se reduce incluso alas temperaturas de proceso relativamente bajas utilizadas en la elaboración de la pasta (Ummadi et al., 1995a). Áreas (1992) Y Camire (1991) han realizado revisiones de la extrusion de proteínas.
6.2.3 Lípidos
A pesar de que los lípidos sirven coma concentrados de energía, el exceso en el consumo de lípidos en la dieta esta asociado con enfermedades crónicas tales como afecciones coronarias, cáncer y obesidad. Generalmente, los alimentos que contienen menos del 10% de lípidos son extrudidos debido a que cantidades mas grandes de lípidos reducen el deslizamiento dentro del cilindro, haciendo más difícil la extrusión, particularmente para productos expandidos. Muchos aperitivos alimentarios extrudidos son fritos después de la extrusion para eliminar la humedad y modificar la textura y el aroma. La metodología de
superficie de respuesta se utilizo para determinar que parámetros de la extrusion podrían limitar la absorción de aceite mediante trozos multrigranos durante la fritura (Osman et al., 2000). El contenido en aceite en el intervalo de 20 a 35% comparado con un producto comercial que tiene solamente un 21 % de aceite, sugiere que son necesarias mas mejoras. La extrusion se puede utilizar para ayudar a la extracción de aceite puesto que el aceite es liberado durante las operaciones de cocción y cizallamiento (Nelson et al., 1987). Estas pérdidas evidentes de Iípidos se utilizaron en primer lugar para explicar una situación problemática de balance de materia en la extrusion: ¿por que parece que los productos extrudidos contienen niveles de Iípidos más bajos? La respuesta se sitúa en la formación de complejos Iípido-almidón resistentes a algunas técnicas de extracción de lípidos. La recuperación de Iípidos se mejora cuando las productos extrudidos se digieren primero con acido o amilasa, extraídos luego con un disolvente orgánico tal coma éter. La grasa total no cambio de mofo significativo en el trigo entero extrudido, pero en los extrudidos solamente se detectaron la mitad de los Iípidos extraíbles en éter (Wang et al., 1993b). Después de la extrusion, el salvado de trigo, que contiene menos almidón que el trigo entero, tiene más Iípidos libres. La harina de maíz extrudida a 50-60°C 0 85-90°C contenía hasta 75% de Iípidos ligados, pero la extrusion a 120-125°C solamente liga el 70% de 10s Iípidos (Guzman et al., 1992).
A pesar del interés en la salud de las ventajas de asidos grasos omega-3, solamente se ha publicado un estudio sobre la estabilidad de estos Iípidos altamente insaturados. Tanto el acido docosahexanoico (ADH) como el eicosapentanoico (AEP) se retuvieron en cebo de músculo de salmón extrudido con el 10 % de harina de trigo (Suzuki et al., 1988).Otra cuestiona nutritiva es la seguridad de los ácidos grasos trans (1978) encontró que la extrusion de maíz y de soja dio como resultado la formación de solamente el 1,5% de ácidos gresos trans. La extracción de los Iípidos la causa principal de la perdida de la calidad nutritiva y silenciosa de los alimentos y piensos.Aunque se sospecha que la oxidación de los Iípidos no tiene lugar durante la extruccion debido al breve tiempo de la residencia, la oxidación de los lípidos no tiene lugar durante el
almacenamiento.Artz et al.(1992) han revisado los factores que afectan la oxidación de lípidos en los alimentos extrudidos. El desgaste del tornillo dio como resultado concentraciones mas altas de minerales pro-oxidantes.Semwal el al. (1994) encontraron que los valores de hierro y peróxido fueron mas altos en arroz extrudido comparado con los productos secados. Otro factor que favorece la oxidación es la formación de seldas de aire en los productos expandidos, dando lugar a un aumento superficial.
6.2.4 Fibra dietética
La fibra es un término utilizado para describir muchos componentes alimenticios. En 19991a Asociación Americana de Químicos de Cereales acuñaron la siguiente descripción de la fibra dietética: La fibra dietética es la parte comestible de las plantas o carbohidratos análogos que son resistentes a la digestión y a la absorción en el intestino delgado humano con fermentación parcial o completa en el intestino grueso. La fibra dietética incluye polisacáridos, oligosacaridos, lignina y sustancias de plantas asociadas. Las fibras dietéticas promueven efectos fisiológicos benéficos incluyendo la laxación, y/o atenuación del colesterol en la sangre, y/o atenuación de la glucosa de la sangre.
La principal dificultad en la interpretación de la investigación que implica la fibra y la extrusion es la variedad de los métodos analíticos utilizados para cuantificar y caracterizar los diferentes componentes de la fibra. Por ejemplo, el método de la AOAC para la fibra dietética total requerido para el etiquetado nutritivo de USA no mide los compuestos que son solubles en solución acuosa de etanol del 80%. La medida de la fibra dietética total para el etiquetado de alimentos no detecta los cambios de la solubilidad de la fibra inducidos por la extrusion. Como con el almidón, los fragmentos de las moléculas mas grandes se pueden cizallar durante la extrusion. Estas moléculas más pequeñas pueden ser solubles en agua. Por otra parte, los fragmentos se podrían unir para formar complejos insolubles grandes o compuestos de Maillard que se pueden analizar
como
lignina.
Dichos
cambios
físico-químicos
pueden
influir
profundamente los beneficios de salud de los alimentos extrudidos. Por ejemplo, las formas solubles de fibra dietética están asociadas con los riesgos reducidos de las afecciones coronarias. La extrusion no afecta los ácidos urónicos (componentes de pectina) pero los polisacáridos no almidonosos (PNA) insolubles aumentaron en cortezas de harina de avena y de patata (Camire y Flint, 1991). Los PNA solubles fueron más elevados en las cortezas de harina de avena y patata extrudidos, y la fibra de harina de maíz no se vio afectada por la extrusion. Las judías (Phaseolus vulgaris L) sometidas a condiciones hacienda de ellas mas duras de cocer, fueron extrudidas bajo varias condiciones con objeto de hacerlas mas funcionales (Martín-Cabrejas et ai., 1999). Los valores de fibra total no se vieron afectadas por la extrusion pero la fibra insoluble descendió cuando se extrudieron a un contenido de humedad del 25%. La parte soluble aumento en estas muestras, y especialmente en una muestra procesada a una humedad del 30% y 180°C. ¿Como la redistribución de estas moléculas afecta la calidad nutritiva? Se ha informado sobre hallazgos contradictorios. Estos estudios se han resumido en la Tabla 6.4. La viscosidad de suspensiones acuosas de trigo, avenas y cebada extrudidos fue más alta que los granos no procesados (Wang y Klopfenstei, 1993). Las gomas viscosas y otras libras solubles pueden reducir los niveles de colesterol mediante el atropamiento de ácidos biliares; la excreción aumentada de la bilis eventualmente decrece drásticamente los cuerpos de colesterol almacenados, que están atrapados para sintetizar nuevos ácidos biIiares. Las formas solubles de libras tales como las que se encuentran en frutas y gomas forman geles en el intestino delgado. Se cree que el aumento de viscosidad retarda la absorción de glucosa, previniendo picos en los niveles de glucosa en el suero después de las comidas. Los niveles aumentados de fibra soluble en cortezas de cítricos después de la extrusión se correlacionaron con el aumento de viscosidad in vitro (Gourgueet al., 1994). Sin embargo, la digestión de almidón y la difusión de glucosa no se vieron afectadas por la extrusion. La extrusion redujo el azúcar de la pectina de remolacha y la masa molecular de hemicelulosa y la viscosidad, pero la solubilidad del agua aumento de 16,6% a 47,5% (Ralet et al., 1991). La extrusion de goma guar en un copo de cereal de trigo no daño la capacidad de la goma en descender los
niveles de insulina y glucosa de la sangre después de las comidas en adultos saludables (Fairchild et al., 1996). Sin embargo, 92 g/día de judías blancas secas alimentadas en mercancías cocidas no rebajaron las lipoproteínas del suero en hombres de mediana edad con hiperlipidemia (Oosthuizen et al., 2000). Las judías extrudidas, sugieren una reducción del riesgo potencial de enfermedades cardiovasculares, descendieron los niveles del inhibidor 1 del factor activador de plasminogenon. Los betas glucanos en avenas y cebada se cree que son los responsables de las propiedades rebajantes de colesterol de estos granos. La solubilidad de los -glucanos en cultivos de cebada normales (Phoenix) y cerosos (Candle) aumentaron después de la extrusion a cuatro temperaturas del cilindro y tres contenidos de humedad diferentes (Gaosong y Vasanthan, 2000). Aunque las formas insolubles de la fibra dietética se piensa que mantienen la salud del intestino grueso, se ha cuestionado el valor de la fibra en la prevención del cáncer de colon (Fuchs et al., 1999; Alberts et al., 2000). Una teoría es que la fibra dietética proporciona protección frente al cáncer colorectal por unión de carcinógenos dietéticas. Las cortezas de patata extrudidas a 110°C de temperatura del cilindro y 30% de humedad de la alimentación redujeron de modo significativo la unión del hidrocarburo aromático policíclico benzopireno (Camire et aI., 1995a). Dieciséis cereales comerciales extrudidos se unieron al menos al 40% de benzopireno, independientemente del contenido en fibra (Camire et al., 1995b).
6.3 Vitaminas
Killeit en 1994 reviso la retención de vitaminas en alimentos extrudidos. Aunque la fortificación de alimentos extrudidos con micronutrientes es popular, poca investigación ha examinado la interacción de las condiciones de extrusion y los nutrientes. El interés de los niveles reducidos de vitaminas impulso a algunos fabricantes a aplicar vitaminas en la post-extrusion mediante pulverización. La investigación más reciente se ha enfocado sobre la estabilidad de la vitamina en los piensos. El acido ascórbico en recubrimiento de grasa, menadiona, piridoxina y acido fólico se retuvieron mejor que las formas cristalinas en piensos de peces extrudidos (Marchetti et al., 1999).
6.3.1 Vitamina A y los carotenoides La deficiencia en vitamina A es la principal causa de ceguera en muchas de las naciones menos desarrolladas, y la vitamina es importante para la función del sistema inmunológico de la salud. Desgraciadamente el oxigeno y el calor destruyen la vitamina A y los carotenoides afines. El beta caroteno es un antioxidante que es precursor de la vitamina A. El beta caroteno se añade a los alimentos para darles un color mas anaranjado, pero es inestable cuando se calienta. El aumento de las temperaturas de] cilindro desde 125 a 200°C dieron como resultado la destrucción de mas del 50% de todos los trans p-carotenos en harina de trigo del 50% (Guzman-Tello y Cheftel, 1990). Después de la extrusion en doble tomillo se recuperaron quince productos coloreados de la degradación de todos los trans p-carotenos dispersados en almidón de maíz (Marty y Berset, 1988).
6.3.2 Otras vitaminas liposolubles Las vitaminas D y K son medianamente estables durante el procesado de alimentos, y comúnmente no se utilizan en !os alimentos extrudidos para el hombre. Sin embargo, la vitamina E y los tocoferoles afines, actúan tanto como vitaminas
como antioxidantes. El
tocoferol y el palmitato de
retinol
disminuyeron en aperitivos inflados conteniendo tanto harina de pescado como harina de cacahuete parcialmente desgrasada (Suknark, 1998). El tocoferol de salvado de arroz disminuyo con el aumento de la temperatura de extrusion, y el salvado extrudido a 120-140°C perdió mas tocoferoles por encima de un ana de almacenamiento que el salvado extrudido a 110°C (Shin et al., 1997). Menos del 20% de la vitamina E se retuvo en harina de trigo extrudida y secada en tambor (Wennermark, 1993).
6.3.3 Acido ascórbico
El acido ascórbico (vitamina C) se pierde en presencia de calor y por oxidación. Esta vitamina disminuyó en harina de trigo cuando es extrudida alas temperaturas del cilindro mas alias a humedad medianamente baja (10%) (Anderson y Hedlund, 1990). El concentrado de arándano pareció proteger el 1
% de vitamina C añadida en un cereal de desayuno extrudido comparado con un producto conteniendo justamente maíz, sacarosa y acido ascórbico (Chaovanalikit, 1999). Cuando el acido ascórbico se añadió a almidón de yuca para aumentar la conversión de almidón, tuvo lugar la retención de mas del 50% a niveles de adición de 0,4-1,0% (Sriburi Y Hill, 2000).
6.3.4 Las vitaminas B
En los Estados Unidos los granos se deben enriquecer con vitaminas B. La tiamina es la vitamina soluble en agua más susceptible al procesado térmico. La destrucción de tiamina en harina de trigo extrudida es una reacci6n de primer orden (Guzman-Tello y Cheftel, 1987). Killeit (1994) resumió las perdidas de tiamina en el intervalo de 5 a 100%. La retención de tiamina en copos de patata disminuyo bajo condiciones de extrusion de humedad más baja y temperatura de cilindro más alta; los sulfitos en los copos de patata también pueden haber contribuido a la destrucción de la vitamina (Maga y Sizer, 1978). I.,.as grandes perdidas de tiamina tuvieron lugar cuando no se anadi6 agua durante la extrusi6n, pero la riboflavina (B2) y la niacina no se vieron afectadas (Andersson y Hedlund, 1990). Utilizando extrusores de tomillo simple de bajo coste, Lorenz y Jansen (1980) encontraron retenci6n por encima del 90% para la tiamina, riboflavina, vitamina B6 y acido fólico en mezclas de maíz-soja procesados a 171 QC. El folato es la vitamina mas reciente que se requiere para la fortificación y el enriquecimiento. El termino folato se utiliza para describir una familia de los pteroilpoliglutamato relacionados y del acido cólico, una vitamina sintética. Se recomienda el consumo de folato adecuado para mujeres embarazadas y mujeres en edad de dar a luz niños para prevenir defectos de nacimiento del tubo neural. El acido f61ico tiene una biodisponibilidad superior a los folatos encontrados de forma natural en los alimentos (Instituto de Medicina, 1998), de modo que la estabilidad del acido fólico en alimentos extrudidos se deberla evaluar.
6.4 Minerales
6.4.1 Desgaste del tornillo Los alimentos con alto contenido en fibra pueden erosionar el interior del cilindro del extrusor y de los tomillos, dando como resultado el aumento del contenido en minerales. Las cortezas de patata extrudidas bajo temperaturas más altas tiene como mucho 38% más de hierro total después de la extrusion (Camire et al., 1993). El maíz extrudido, que es bastante mas bajo en libra, no mostró diferencia en el hierro total, elemental o soluble, incluso en presencia de aditivos antioxidantes (Camire y Dougherty, 1998). El contenido en hierro en copos de patata extrudidos aumento con la temperatura del cilindro (Maga y Sizer,
1978).
El
hierro
desgastado
de
los
tomillos
tiene
una
alta
biodisponibilidad en piensos de ratas de maíz y patata extrudidos (FairweatherTait et al., 1987). La extrusion y cualquiera de los cambios resultantes en el contenido mineral no redujeron la utilización de hierro y zinc de salvado de trigo y trigo en voluntarios humanos adultos (Fairweather-Tait et al., 1989). La solubilidad de hierro bajo condiciones similares a la digestión y subsiguiente capacidad a dializarse a través de una membrana se utiliza para evaluar la biodisponibilidad. La extrusión aumento ligeramente la disponibilidad de hierro en aperitivos de maíz (Hazell y Johnson, 1989). La extrusion a cizallamiento alto redujo el hierro dializado comparado con la extrusion a bajo cizallamiento de judías azules, lentejas, garbanzos y caupis (Ummadi et al., 1995b). Los alimentos detestables basados en perlas de mijo, caupí y cacahuete tienen la disponibilidad de hierro y la digestibilidad de proteica mas altas que alimentos similares preparados mediante tostación, sin embargo ninguna de las mezclas proporcionaron el hierro adecuado para cumplir con las necesidades de los niños en edad infantil (Cisse et al., 1998). La extrusion no arreglo la biodisponibilidad de cinc de mezclas de sémola y proteína concentrada de soja de 85:15 (Kang, 1996).
6.4.2 Otras cuestiones que implican minerales
La perdida de la biodisponibilidad puede tener lugar en alimentos que contienen altos niveles de fibra dietética y fitato. Gualberto y colaboradores (1997) encontraron que variando la velocidad del tornillo no afecta la retención de fitato en salvados de trigo, arroz y avena, pero la fibra insoluble disminuyo
en salvado de arroz y avena después de la extrusion. Cuando se elimino el fitato de estas muestras, los salvados de arroz y avena ligaron más calcio y zinc in vitro. Pero no cobre (Bergman et al., 1997). Se observaron resultados similares con un producto de cereal con alta fibra alimentado a siete personas con ileostomias; mientras que los valores de fibra dietética y de fitato no se vieron afectados por la extrusion, la disponibilidad de minerales se redujo (Sandberg et al., 1986; KivistO et al., 1986). La extrusion redujo los niveles de fitato en harina de trigo (Fairweather-Tait et al., 1989). La inactivación de fitatos durante la extrusion en estos estudios puede explicar parcialmente estos hallazgos. Aunque el acido fitico fue menor bajo todas las condiciones de procesado, el fitato total no se vía afectado. El fitato de las legumbres tampoco se vía afectado por la extrusion (LombardiBoccia et al., 199 1; Ummadi et al., 1995b). El interés de la fortificación de nutrientes se dirigieron a la adición de minerales a los alimentos extrudidos, particularmente cereales. El hidróxido de calcio afiadido (0,15-0,35%) disminuyo la expansión y aumento la luminosidad del color de extrusiónados de harina de maíz (Martfnez-Bustos et al., 1998), pero no se ha informado de la biodisponibilidad del ca1cio afiadido después de la extrusion. Ciertas sales de hierro reaccionan con compuestos fenolicos para formar colores oscuros poco atractivos. Kapanidis y Lee (1996) recomendaron la utilización de sulfato ferroso hidratado en un producto de arroz simulado para mantener el color claro. Se debería evaluar la fortificación mineral ligera, en el desgaste del tornillo, para la biodisponibilidad de nutrientes clave.
6.5 Componentes alimentarios no nutrientes saludables
6.5.1 Compuestos fenolicos
Los compuestos fenolicos de las plantas protegen frente a la oxidación, enfermedades y prevención. Estos compuestos, incluyendo la familia de flavonoides grandes, son el centro de numerosos estudios para clarificar su papel en la salud humana. En cortezas de patata, los compuestos fenolicos libres totales, entre los que predomina el acido clorogenico, fueron menores en la post-extrusion (datos no publicados, Camire y Dougherty). La temperatura
más alta del cilindro y la humedad de la alimentación protegieron los compuestos fenolicos libres. Los pigmentos rojos y azules de antocianina proporcionan colores atractivos y se cree que sirven como antioxidantes que protegen la fisión y la salud cardiovascular (Camire, 2000). Las antocianinas de arándonos se redujeron de modo significativo mediante la extrusion y por el acido ascórbico en cereales para desayuno conteniendo harina de maíz y sacarosa (Chaovanalikit, 1999). La polimerización y el pardeamiento también puede contribuir alas perdidas de antocianinas.
6.5.2 Antinutrientes
La cocción por extrusion destruye muchas toxinas y antinutrientes naturales (Tabla 6.5), por consiguiente mejorando la seguridad y digestibilidad de los alimentos. Los inhibidores enzimáticos, compuestos parecidos a hormonas, saponinas y otros compuestos pueden atrofiar el crecimiento de los niños pero puede proteger a los adultos contra enfermedades crónicas. Compuestos tales como alergenos y mico toxinas son más resistentes al calor y el cizallamiento puede ser susceptible a la extrusion en combinación con tratamientos químicos. Los
glucosinolatos
se
encontraron
en
muchas
especies
Brassica
comercialmente importantes, y muchas tienen un papel en la prevención del cáncer (Van Poppel et al., 1999). La extrusion sola probablemente tiene poco efecto en la retención de glucosinolatos (Fenwick et al., 1986). Los glucosinolatos totales de canola se redujeron añadiendo amoniaco durante la extrusion (Darroch et al., 1990). Aunque la extrusion con carbonato amoniaco no destruyo completamente los glucosinolatos en harina de semilla de colza, el proceso no mejoro los para metros nutritivos en ratas alimentadas con extrudidos frente a harina de semilla de colza no procesada (Barrett et al., 1997). Las isoflavonas de soja tienen actividad estrógena, y de este modo pueden proteger alas mujeres post-menopausias de la osteoporosis y enfermedades del corazón, mientras que los hombres pueden recibir protección contra la próstata y otros canceres dependientes de la testosterona. La okara, un
subproducto en la elaboración del tofu (queso de soja), se mezclo con harina de trigo y evaluado por retención de isoflavonas (Rinaldi et al., 2000). Se ensayaron dos temperaturas del cilindro y configuraciones del tomillo. El aglucon de genista disminuyo de modo significativo bajo todas las condiciones de extrusion, y los glucósidos de daidzina y ginestina aumentaron, presumiblemente a expensas de formas de acetilo y malonilo. Los valores totales de isoflavona fueron significativamente más bajos en el 40% de las muestras de okara extrudidas a temperatura elevada. En mezclas de 20% de concentrado de proteína de soja con harina de maíz, aumentaron la temperatura del cilindro provocado por la descarboxilacion de isoflavonas, dando lugar a un aumento de las proporciones de derivados de acetilo (Mahungu et al., 1999). Las isotlavonas totales también decrecieron en las mezclas de soja-maíz. En un estudio relacionado, aunque el contenido de los aglucones biológicamente activas no cambiaron con la extrusion, las mezclas de maíz-soja extrudidas fueron menos efectivas en la proliferación de la prevención in vitro de células cancerigenas de mama (Singletary et aI., 2000). Es claramente necesaria la optimización de las condiciones de extrusion para la retención de las ventajas en la salud de los productos de soja.
6.6 Tendencias futuras
Las posibilidades son infinitas para una mayor experimentación en la extrusion y la nutrición. Se ha publicado muy poco sobre los efectos de la extrusion sobre los compuestos fitoqufmicos y otros componentes alimentarios saludables. En la Tabla 6.6 se da una lista de compuestos hasta ahora no estudiados (o no publicados). Los métodos químicos y de inmunoensayos mejorados indudablemente facilitaran la investigación en esta área. Como se ha mencionado anteriormente en este capitulo, las evaluaciones de la retención de nutrientes tanto por extrusion a alta temperatura como por extrusion con fluidos supercríticos todavía no se han publicado. Relativamente pocas universidades poseen extrusores, y los que típicamente son propietarios de modelos pequeños que son caros de adquirir y operar. La comprensión mejorada de los temas de cambio de escala en la extrusion es necesaria para validar la interpretación de los estudios llevados a cabo
utilizando extrusores a escala laboratorio y planta piloto. La evaluación de los efectos de la extrusion es el consumo de tiempo comparados con la rápida producción de extrusiónados. Los estudios a largo término de animales y de alimentación son especialmente tediosos y costosos, pero esenciales para la demostración de la seguridad y eficacia de los alimentos extrudidos. ¿Como se debería proceder para desarrollar un producto para obtener alimentos extrudidos saludables? La Figura 6.1 ilustra un esquema de desarrollo de un alimento nutritivo para las naciones menos desarrolladas, mientras que la Figura 6.2 describe las consideraciones para la creación de un alimento funcional nuevo mediante extrusion. La integración de la nutrición, la ingeniería y la ciencia de alimentos será esencial para el éxito de cualquier producto nuevo, a pesar de todo la extrusion mantiene sus propios retos exclusivos. El siglo XXI mantiene muchas posibilidades para la mejora de la nutrición humana y los extrusores continuaran siendo herramientas importantes para conseguir estos objetivos.
6.7 Fuentes de más información y recomendación
A pesar de que ninguna publicación esta dedicada a la extrusion de alimentos, varias publicaciones, tales como Cereal Chemistry, Joumal of Agricultura and Food
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