Informe 9 Extrusión

UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL AGRARIA LA L A MOLINA

FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS - DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS Y PRODUCTOS AGROPECUARIOS

Informe de Laboratorio N°9

Extrusión CURSO: Tecnología de Leguminosas y Cereales PROFESOR: Víctor Delgado Soriano INTEGRANTES: Cárdenas Censano, David García López, Valery Hernández De la Cruz, Evelyn ● ● ●

2017-I

I. INTRODUCCIÓN La tecnología en la extrusión de alimentos se desarrolla desde hace varias décadas en diferentes países del mundo, tiene muchas ventajas por su alta productividad al procesar gran cantidad de alimentos de manera continua en un corto tiempo utilizando un equipo sofisticado, por su ahorro de energía y mano de obra en su sistema de cocción a un bajo costo, por su calidad y capacidad de producir nuevos alimentos a partir de diferentes formas, colores y texturas, lo que le permite una amplia aceptabilidad, además por presentar una prologada vida útil (Kameko, 2005). La cocción-extrusión con equipos de bajo costo es un tipo de procesamiento de operación que sumado a su mínima complejidad resulta viable para ser transferido a zonas altoandinas para su aplicación en la preparación de mezclas alimenticias. La extrusión no es un proceso sencillo. La elaboración de productos expandidos mediante el empleo de extrusores presenta grandes ventajas, puesto que no utiliza grasa durante la cocción, el producto snack mantiene las propiedades químicas de la materia prima, emplea menor cantidad de materia prima que otros procesos alternativos y sobre todo es un método rápido. Sin embargo, el proceso de extrusión eleva la temperatura, por lo cual puede degradar los componentes. Por otro lado, el producto final es de buena calidad y de bajo costo (Sandoval, 1993 citado por Repo-Carrasco et al .,2011). La extrusión es una operación en la que se combinan los efectos de transporte, mezclado, amasado, presurización, calentamiento, cocción, pasteurización, moldeado, texturización, y/o disolución en una masa por la acción de uno o dos tornillos que giran dentro de un barril estacionario En nuestro país los productos extruidos llegan bajo la forma de snacks, corn flakes e incluso los chizitos que se consumen y tienen alta preferencia en nuestra población infantil (Kameko, 2005). La presente práctica tiene como objetivo conocer el funcionamiento y los parámetros de trabajo del extrusor, con diferentes tipos de materia prima, y la evaluación de las características del producto obtenido.

II. REVISIÓN LITERARIA 2.1. Extrusión La extrusión es un proceso en que una mezcla de alimentos es forzado a fluir, en virtud a parámetros adecuados, de las condiciones de mezcla, humedad, temperatura y corte a través de un troquel que está diseñado para dar formar al producto final (Diaz, 2004). También se considera a la extrusión como un proceso que combina diversas operaciones unitarias como el mezclado, la cocción, el amasado y el moldeo (Diaz, 2004) La tecnología a diferencia de la producción doméstica, permite obtener productos con una mejor calidad nutritiva que pueden ser fortificados con vitaminas y minerales, además de una mejor uniformidad en función a las fórmulas y preparación, incluso, una mejor calidad sanitaria en el procesamiento. El objetivo principal de la extrusión consiste en ampliar la variedad de alimentos que componen la dieta elaborando a partir de insumos básicos, productos alimenticios de distinta forma, textura y color, además de obtener un producto de consumo directo por ser previamente cocido (Díaz, 2004). El extrusor es el equipo encargado del proceso de la extrusión se basa en la introducción de la materia prima e insumos a través de un cilindro donde son arrastrados y comprimidos por el(los) tornillo(s) y trabaja desgarrando o amasando con el objeto de transformar su estructura granular en una masa semisólida que posteriormente será extruida y a gran presión es impulsada a través de los orificios de una boquilla y cortada a su salida por una cuchilla rotatoria o una guillotina, pudiéndose obtener el alimento en una gran variedad de formas como: barritas, esferas, cintas, entre otros; si durante la operación el alimento es sometido a tratamiento térmico, al proceso se denomina extrusión por cocción (Kameko, 2005).

2.2 Clasificación de extrusores Los extrusores se pueden clasificar según: extrusores en caliente, donde el alimento se calienta por contacto con las paredes de la camisa que rodea al extrusor y/o por contacto con el tornillo calentado internamente con vapor. En algunos de ellos el cilindro se calienta eléctricamente por inducción, pero parte del calor procede también de la fricción generada por el tornillo y los relieves internos del cilindro. La boquilla del extrusor proporciona una contra presión adicional que es importante para la obtención de productos expandidos donde se emplean presiones elevadas y boquillas de orificios pequeños. La rápida liberación de la presión que se produce a la salida de la boquilla provoca la expansión instantánea del vapor y el gas que contiene el alimento, dando lugar a un producto de baja densidad en donde el agua que contiene se pierde por evaporac ión. Otro tipo de clasificación son: los extrusores de tornillo único de elevada fuerza de cizalla, que se utilizan para la elaboración de cereales para desayuno y snacks (Fellows, 1994).

2.3 Valor nutricional de los productos extruidos El valor nutritivo de los productos extruidos en forma general está relacionada con determinados parámetros ya sea en las pérdidas vitamínicas que dependen del tipo de alimento, de su contenido en agua, del tiempo y la temperatura de tratamiento. Las condiciones de la extrusión en caliente y el enfriamiento rápido del producto a la salida

de la boquilla, hacen que las pérdidas de vitaminas y aminoácidos sean relativamente pequeñas. Dependiendo del tiempo al que el alimento se mantiene en una temperatura elevada, las pérdidas en vitamina C pueden ser hasta el 50% (Fellows, 1994). Las temperaturas elevadas y la presencia en el medio de azúcares, provocan la reacción de Maillard y afecta a la calidad de la proteína del alimento, por el contrario temperaturas inferiores y concentraciones bajas en azúcares provocan cambios en la estructura de las proteínas mejorando su digestibilidad (Fellows, 1994). Sin embargo en las proteínas de origen vegetal bajo condiciones moderadas de cocción que implican altas temperaturas en corto tiempo, la extrusión aumenta su valor nutricional debido a un aumento de la digestibilidad de la misma (Luna, 2005). Con respecto a los carbohidratos, durante la extrusión el esfuerzo de corte físicamente rompe los gránulos de almidón y permite la transferencia de agua al interior de las moléculas de almidón. La rotura mecánica de los enlaces moleculares producidos por el intenso esfuerzo de corte dentro del extrusor produce una mezcla de pequeñas cantidades de almidón gelatinizado y retrogradado. Los productos expandidos y extruidos de cereales a altas temperaturas tienen la misma susceptibilidad a la alfa-amilasa in vitro que las muestras molidas, la cual es atribuida a la solubilización del almidón y la rápida dispersión del producto en la solución de digestión, debido a su estructura altamente expandida el contenido de almidón se mantiene virtualmente intacto después del procesamiento por cocción extrusión, pero a la vez homogeniza las estructuras celulares produciendo una completa gelatinización del almidón a condiciones de baja humedad cuando la temperatura excede los 110ºC y 135ºC en contraste con los 30-40% de humedad necesarios para lograr la gelatinización completa a presión atmosférica. A la vez en la cocción extrusión la fibra total no se ve afectada (Luna, 2005). En relación a los efectos de la extrusión sobre los lípidos, se ha reportado que durante el proceso de cocción por extrusión se forman complejos amilosa-lípido y es una de las razones probables de la baja extracción de las grasas en los productos extruidos (Luna, 2005). En minerales como el hierro el proceso de cocción por extrusión aumenta ligeramente la biodisponibilidad de este mineral en aperitivos de maíz y en patatas extruidas (Guy, 2002). Los productos extruidos presentan características funcionales o físico-químicas que son medidas a través del índice de absorción de agua, índice de solubilidad en agua e índice de expansión (Luna, 2005). El índice de absorción de agua, fue originalmente desarrollado como una medida de la energía de esponjamiento o hinchamiento del almidón. Durante la extrusión en caliente de los alimentos almidonosos, su humedad se incrementa por la adición de agua y el almidón es sometido a elevadas temperaturas y a intensas fuerzas de cizalla, como consecuencia de ello los gránulos de almidón, se hinchan, absorben agua y se gelatinizan, dando como consecuencia una masa viscosa y plástica. Este cambio en la estructura macromolecular hace que el almidón, sin apenas degradarse, se torne más soluble. Los cambios que se producen en su solubilidad a diferentes condiciones de temperatura e intensidad de fuerza de cizalla se miden mediante el índice de absorción

de agua, expresado como el porcentaje del peso del gel obtenido por gramo de muestra seca (Luna, 2005). El índice de solubilidad en agua está relacionado con la cantidad de sólidos solubles, la exposición de grupos hidrofílicos y la dextrinización. Los gránulos de almidón intactos no son solubles en agua fría, pero pueden embeber pequeñas cantidades de agua de forma reversible, sí el almidón se calienta por encima de la temperatura de gelatinización se continúa rompiendo puentes de hidrógeno, aumentando la penetración de moléculas de agua en el gránulo, ello origina un aumento progresivo del volumen del grano y de la solubilidad del almidón debido a la elevada temperatura de extrusión que permite la degradación parcial de la amilosa. El índice de solubilidad en agua es expresado como un porcentaje de los sólidos secos originales, que es la cantidad de materia seca recuperada después evaporar el sobrenadante de la determinación de la absorción de agua (Luna, 2005). El índice de expansión del producto extruido es conocido por ser básicamente dependiente de las propiedades de viscosidad y elasticidad de la masa ablandada, el cual es expresada como el diámetro promedio del extruido y el diámetro del dado o troquel (Luna, 2005). El efecto de la extrusión sobre las características organolépticas de los alimentos apenas afecta el color y bouquet de estos productos debido a la elevada temperatura durante corto tiempo. El color de muchos alimentos extruidos se debe a los pigmentos sintéticos adicionados a la materia prima en forma de polvo hidrosoluble o liposoluble, de emulsiones o lacas. La decoloración del producto es debido a la expansión, a un tratamiento térmico excesivo o a reacciones que se producen con las proteínas, los azúcares reductores, o los iones metálicos, que constituye a veces un problema para la extrusión de algunos alimentos. En los procesos de extrusión en caliente, los saborizantes se distribuyen sobre la superficie del producto extruido en forma de emulsiones o mezclas viscosas. Sin embargo esta operación los hace más viscosos, siendo necesario secarlos posteriormente. También una de las características principales del proceso de extrusión es su capacidad para conferir al producto una determinada textura (crocantés) (Fellows, 1994).

III. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1. Materiales Arroz molido Quinua molida Maíz molino morocho Ñuña molida    

3.1.1. Metodología Pesar la muestra en una balanza. Medición de la humedad de cada producto. Determinar la cantidad de agua a adicionar mediante un balance de masa.

 Acondicionar la muestra para llegar a 20% de humedad.  Acondicionar el equipo; adición de la muestra (control de v.aliment.), configuración del tornillo (velocidad de tornillo Hz), realizar la programación de la resistencia de temperatura T1=100°C T2=130°C T3=150°C T4=160°C, colocar los moldes (dados) de salida 25mm.

Flujo para obtener producto extruido

IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En el Cuadro 1 se presentan las características de la materia prima al momento de ingresar al extrusor y del producto obtenido luego del proceso de extrusión.

Cuadro 1: Características de la materia prima y el producto final Humedad de

Índice de

alimentación (%)

Expansión

Maíz

20

3

Quinua-arroz

20

2.8

Ñuña

20

2

Muestra

Cerón-Hernández et al . (2016) realizó pruebas de extrusión con harina de quinua para determinar sus características fisicoquímicas y las variables óptimas de extrusión. Como resultado de su investigación, concluyó que las condiciones de extrusión más adecuadas

en harina de quinua fueron: temperatura de 95°C, velocidad del tornillo de 150 rpm y humedad de 30%. Por otra parte, Repo-Carrasco et al. (2011) usó para su proceso de extrusión una temperatura de 160°C, velocidad de tornillo de 254.5 rpm y humedad inicial de 14% para una mezcla de harina de quinua y maíz. La humedad inicial con la que la muestra ingresó al extrusor en nuestra experimentación fue de 20%, se trabajó a temperaturas de 100°C a 160°C y con una velocidad de tornillo de 600 rpm. Repo-Carrasco et al. (2011) citan a Guy (2002) para señalar que el índice de expansión controla la relación existente entre la densidad global y la textura del producto extruido, características muy importantes desde el punto de vista comercial y sensorial, respectivamente. En su experimentación, los autores obtuvieron un índice de expansión de 2.49 para la mezcla de quinua-maíz. Como se puede observar en el Cuadro 1, el índice de expansión para la mezcla quinua-arroz fue de 2.8, es decir mayor al antes señalado lo cual podría indicar que es de mejor textura que el de los autores antes mencionados; sin embargo, al obtener dicho producto, no se percibió como agradable sensorialmente por los operadores.  Aguirre (2009) citado por Repo-Carrasco et al. (2011) usó el índice de expansión como un requisito para determinar los parámetros de extrusión óptimos para la quinua, siendo considerados los valores mayores a 2,40 como aceptables, teniendo en cuenta esto, el producto obtenido de la extrusión de la mezcla quinua-arroz, se podría concluir que los parámetros utilizados para la extrusión de dicha mezcla fueron óptimos. Patlan et al.  (2016) Trabajaron con maíz para la obtención de una harina extruida, los parámetros que utilizó fueron humedad de 27%, velocidad de tornillo de 50 rpm y temperatura entre 90°C y 130 °C, sin embargo, en dicha experimentación se trabajó con un extrusor de un solo tornillo, a diferencia de la presente práctica en la que se utilizó un extrusor de doble tornillo, sin embargo, los parámetros de temperatura son similares. Cadena y Yánez (2010) elaboraron un extruido de chocho con maíz usando una humedad inicial de la mezcla de 25.27% y no obtuvieron las características deseadas en el producto final, obteniendo un producto chicloso en lugar de una crujiente, por lo que realizaron un ajuste para una humedad inicial al 17% se produjo la expansión y mejores resultados en el producto final. En la presente experimentación se utilizó una humedad del 20%, teniendo problemas durante la extrusión ya que al principio se obtuvo un producto chicloso, sin embargo al final se logró la expansión, con un índice de expansión de 3. Velázques y Gallardo (2005) obtuvieron un índice de expansión de 1.21 a 135°C con una humedad de 23% con 70 rpm de velocidad de tornillo. Por lo que se podría decir que el índice de expansión obtenido en nuestra experimentación es óptimo por ende, también el parámetro de extrusión usada. Se determinó la dureza de cada uno de las muestras de manera sensorial donde se pudo ver que el maíz presentaba mayor dureza y esto se puede ver por el diámetro de expansión que fue mayor a las otras.

La ñuña es originario de la región central de los andes se utiliza en la panificación por su alto contenido proteico según collazo et al (1998) indica que el grano del frejol ñuña presenta un valor de proteína de 20% valor cercano al alverja seca 21.7% y semejante a otros frijoles pero inferior si se le compara con la soya 28.2% el cual tiene una tendencia de aumenta su volumen cuando es tostado a diferencia del frejol normal, esto se debe a la alta concentración de almidón, además la ñuña contiene lisina como aminoácido principal. La elaboración de productos expandidos en la práctica presenta grandes ventajas, puesto que utiliza a la propia materia prima y no utiliza otros componentes, Sin embargo, el proceso de extrusión eleva la temperatura, por lo cual puede degradar los componentes. Por otro lado, el producto final es de buena calidad y de bajo costo por lo que en la práctica tuvo una buena presencia en cuando a estructura y color y en cuanto al olor el que presentaba un olor desagradable era la nuña esto se debe a la cantidad de proteínas que posee. Con respecto al funcionamiento de la extrusión se pudo observar 3 fraccionamientos la zona de alimentación es la más cercana a la tolva, en la cual la profundidad del canal del tornillo es máxima tiene como objetivo principal compactar el alimento en una forma sólida densa y transportarlo hacia la segunda zona a una velocidad adecuada, la zona de transición o intermedia en la cual la profundidad del canal disminuye de modo más o menos gradual , conforme el material solido va compactándose en esta zona el aire que pudiera quedar atrapado escapa del material va a la tolva de alimentación, en la zona de transición además tiene lugar la fusión del material, la zona de dosificación se sitúa al final en la parte cercana a la boquilla y tiene un canal de profundidad muy pequeña y constante en esta zona el material fundido es homogenizado y presurizado para luego salir por la boquilla con respecto a la boquilla en la práctica se usó con un diámetro de 2.5mm (boquilla circular) como finalidad moldear el producto extruido por lo que esta presenta 3 partes la primera parte es el canal de entrada, luego el distribuidor y a continuación la zona de salida.

V. CONCLUSIONES -

Los parámetros óptimos de extrusión dependen del tipo de extrusor y de la materia prima a utilizar.

-

La humedad inicial del producto es un parámetro importante para poder obtener un producto aceptable.

-

Los índices de expansión obtenidos en las tres muestras indican que se utilizaron los parámetros correctos durante el proceso de extrusión.

VI. BIBLIOGRAFÍA 

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Cadena, C., Yánez, S. 2010. Elaboración de un snack extruido expandido: a base de chocho y gritz de maíz. Tesis para la obtención del título de Ingeniero de Alimentos. Universidad San Francisco de Quito. Ecuador. Cerón-Fernandez, C., Guerra-Morcillo, L., Legarda-Quintero, J., Enríquez-Collazos, M., Pismag-Portilla, Y. 2016. Efecto de la extrusión sobre las características físico-químicas de harina de quinua ( Chenopodium quioa Willd ). Biotecnología en el Sector Agropecuario y Agroindustrial. Vol. 14. No. 2. pp. 92-99. Diaz, M. 2004. Extrusores en las aplicaciones de alimentos. Zaragoza, España. Acribia, S.A. Fellows, P. 1994. Tecnología del procesado de los alimentos: Principios y prácticas. Zaragoza, España. Acribia, S. A. Guy, R. 2002. Extrusión de los alimentos, Tecnología y aplicaciones. Zaragoza, España.  Acribia, S.A. Kameko J. 2005. Determinación de los parámetros de extrusión en un extrusor de bajo costo para la obtención de una mezcla base para desayuno a partir de oca ( Oxalis tuberosa Mol .), olluco (Ullucus tuberosum Loz .) y quinua ( Chenopodium quinoa Willd ). Tesis para optar el título de Ingeniero en Industrias Alimentarias. Facultad de Industrias Alimentarias. Universidad Nacional Agraria La Molina. Luna, G. 2005. Efectos del proceso de cocción extrusión en la fracción indigestible, capacidad antioxidante y algunas propiedades funcionales en tres variedades de Cañihua (Chenopodium pallidicaule Aellen ). Tesis para optar el grado de Magíster Scientiae. Escuela de Post Grado. Especialidad de Tecnología de los Alimentos. Universidad Nacional Agraria La Molina. Repo-Carraco, R., Pilco, J., Encina, C. 2011. Desarrollo y elaboración de un snack extruido a partir de quinua (Chenopodium quinoa Wild.) y maíz (Zea mays L.). Ingeniería Industrial N° 29. pp. 207-224. Velázquez, J., Gallardo, Y. 2005. Establecimiento de las condiciones del proceso de extrusión para la elaboración de botanas a partir de maíz. VII Congreso Nacional de Ciencia de los Alimentos y III Foro de Ciencia y Tecnología de Alimentos. Guanajuato, México. Pp. 389-396.

VII. ANEXOS

Quinua -arroz

Maíz

Ñuña

Resistencia del extrusor

Tolva de alimentación

Tornillo