EXTRUSIN

EXTRUSIN

Ing. JUAN FRANCISCO ROBLES RUIZ

I. INTRODUCCIN

La extrusin se ha vuelto un proceso importante en la fabricacin de alimentos. Es capaz de efectuar un nmero de operaciones, incluyendo coccin, formacin, texturizacin y deshidratacin de materiales alimenticios, aquellos como granos, leguminosas y semillas. Estas operaciones estn contenidas en una pieza de equipo compacto, el cual desperdicia poca energa y necesita nicamente una pequea cantidad de espacio.Los alimentos extrudos son aquellos que han sido elaborados mediante un proceso de extrusin.El proceso de extrusin es una tcnica industrial de alta temperatura en corto tiempo (H.T.S.T) para el procesamiento de alimentos, que combina humedad, presin y temperatura para precocer distintos ingredientes naturales como ser: harinas de cereales y harinas de leguminosas, solas o combinadas con verduras y frutas en polvo, convirtindolos en productos precocidos y de consumo inmediato.Este proceso simula industrialmente las mismas caractersticas que se producen en la preparacin de alimentos de la cocina tradicional sin deformar o modificar las caractersticas propias de los insumos originales. Como beneficios directos, adems de mejorar la funcionalidad de los productos procesados, facilita la absorcin biolgica de sus nutrientes y asegura en ellos valores prcticamente nulos de contaminacin microbiolgica. Entre la gran familia de alimentos extrudos se cuentan, los distintos tipos de cereales inflados y hojuelas de cereal, carne de soya, ingredientes de alimentos para bebs, nios, e ingredientes para sopas instantneas, etc.II. OBJETIVOS

Conocer el comportamiento de los nutrientes durante el proceso de extrusin. Reconocer la clasificacin de los diferentes procesos de extrusin.

Reconocer las ventajas de la extrusin de alimentos.

Identificar las diferentes aplicaciones de la extrusin en la industria alimentaria. Identificar los principales equipos empleados en el proceso de extrusin.

III. REVISIN DE LITERATURA

1. DEFINICIN

La extrusin es un proceso que combina diversas operaciones unitarias como el mezclado, la coccin, el amasado y el moldeo.La extrusin podra definirse como la accin de modificar la presentacin natural de un material forzndolo a travs de una matriz (dado) casi siempre despus de un calentamiento previo. La coccin-extrusin combina el calentamiento de productos alimenticios con el acto de extrusin para crear un producto alimenticio formado y cocido. Esta aplicacin de calor puede darse por inyeccin directa de vapor o indirecta a travs de chaquetas y/o por disipacin de energa viscosa. En este proceso un material rico en almidn y/o proteico, previamente humectado, es convertido en una masa pseudoplstica y cocinada dando como resultado la gelatinizacin de los almidones, la desnaturalizacin de su protena, la inactivacin de enzimas, la destruccin de sustancias txicas nativas en el alimento y la reduccin, en el producto final, de microorganismos que puedan ser nocivos a los consumidores (MILLER,1990).HARPER (1981), menciona las ventajas de esta tecnologa:

Un extruidor est constituido, en esencia, por una bomba de tornillo (semejante a una prensa de tornillo o a un transportador de tomillo) en la que el alimento es comprimido y trabajado hasta la obtencin de una masa semislida que es impulsada a travs de un pequeo orificio. Si durante la operacin el alimento es sometido a tratamiento trmico, el proceso se le denomina extrusin con coccin (o extrusin en caliente).El objetivo principal de la extrusin consiste en ampliar la variedad de alimentos que componen la dieta elaborando, a partir de ingredientes bsicos, alimentos de distinta forma, textura, color y bouquet. La extrusin con coccin es un tratamiento trmico a elevada temperatura durante corto tiempo que reduce la contaminacin microbiana e inactiva los enzimas. Los alimentos extrudos en caliente se conservan, principalmente, por su baja actividad de agua (FELLOWS, 1994).2. PROCESO DE EXTRUSIN

El proceso de extrusin es frecuentemente el centro de una planta de produccin de alimento, en donde se necesita equipo adicional, dependiendo del tipo de producto que est siendo fabricado. El almacenamiento de los ingredientes, el pesar los ingredientes y el mezclarlos, es todo importante. Cuando se extruyen formulaciones complejas, la consistencia en la calidad de la alimentacin y composicin son tan importantes como los porcentajes de alimentacin uniforme.

La mayora de productos que salen del extrusor requieren un procesamiento adicional, incluyendo los pasos de formacin (cuando el producto cortado en el dado no tiene la configuracin final deseada), y secado (los extrusores raramente reducen la humedad del producto al nivel final deseado). El secado frecuentemente involucra ms desarrollo de la textura por ejemplo hornos tostadores de temperaturas altas abren la estructura del producto. Muchos productos estn cubiertos o saborizados, requiriendo un sistema separado (http://www. dow/polyolefilm/la/span/process/extrusion.htm).

El proceso fundamental de extrusin consiste en un aparato generador de presin, el cual causa que el producto se mueva como un lquido en un flujo laminar a travs de una resistencia. Los componentes, flujo y resistencia, determinan el proceso de extrusin y el tipo de producto que se hace.

La presin y el flujo puede ser causado por un nmero de mecanismos, incluyendo pistones y rodillos. Aunque estos son utilizados en muchos casos, el uso de tornillos, es ms importante. Los tornillos, no slo movilizan el producto hacia adelante, generando presin, sino que tambin mezclan el producto, ayudando a la generacin y transferencia de calor, y a la texturizacin y homogeneizacin En la extrusin de cereales el producto se ha ido humedeciendo hasta alcanzar una humedad entre el 2% 30% y la temperatura se va incrementando por la transformacin de la energa mecnica en calor en el mismo can del extruder, por la configuracin del extruder que asegura las condiciones de friccin y cizallamiento adecuado.El agua es sometida a temperaturas muy superiores a las de su vaporizacin, pero permanece en estado lquido porque se encuentra sometida a elevadas presiones (varias decenas de atmsferas). En el momento en que el producto sale por el agujero de la matriz, el agua que est ntimamente mezclada con el producto sufre un brusco cambio de presin y se evapora instantneamente. Es por ello que el producto sufre una expansin y las cadenas proteicas as como las de almidn son modificadas, aumentado la superficie y hacindose ms atacable por las enzimas, con lo que el producto se hace ms digestible (http://www.aces.uiuc.edu/extrusion.html).2.1.Componentes del proceso de extrusin

El extrusor bsico de tornillo, consiste en un tornillo o tornillos rotando en un barril al cual encajan casi exactos, siendo movilizados por un motor a travs de una transmisin para reducir o variar la velocidad. El producto emerge por un dado (resistencia), con uno o ms orificios del tamao adecuado para cada aplicacin en particular. Al otro extremo del barril hay una chumacera principal que da soporte al tornillo y un orificio en el barril (cuello de alimentacin ) a travs del cual el producto se alimenta al tornillo. El ensamble total se mantiene en una alineacin rgida por medio de una base firme. El tornillo y el barril pueden estar segmentados, como se muestra en la figura N 1, o ser unitarios.

FIGURA N 1Componentes del proceso de extrusinTpicamente, el tornillo est montado en un eje, en donde se encuentra engranado por llaves. El barril puede tener una cubierta reemplazable, endurecida, y puede ser liso o con ranuras ( para afectar el flujo y generacin de calor). Los segmentos del barril estn unidos entre s con abrazaderas, como se muestra en la figura N 2, o con pernos para asegurarlas. Frecuentemente hay canales barrenados a travs del barril para flujo de fluidos que transfieren calor, o se pueden utilizar calentadores externos separados (http://www.aces.uiuc.edu/asamex/extrusion1.html).

FIGURA N 2Partes del barrilLa rotacin de tornillo y la generacin de presin forzan al tornillo hacia atrs, eliminando la necesidad de asegurar los elementos del tornillo.

Esta fuerza sin embargo debe ser opuesta por una chumacera pesada. La chumacera est separada del producto, que es frecuentemente abrasivo, por un sello aparte. Ver figura N 3.

FIGURA N 3Partes de la camisa del barrilAl otro extremo del extrusor se encuentra un dado ensamblado que normalmente est sujeto al barril. En muchos casos, se introducen partes que se pueden reemplazar para crear los orificios en los dados. Estos son montados por detrs en la plancha del dado, en donde son sostenidos en su lugar por la presin de la extrusin, lo cual crea suficiente fuerza para prevenir goteo. Ver figura N 4.

FIGURA N 4Partes del dado y cortadorEn muchos casos, el producto se parte en pedazos en el dado por un cortador, el cual pasa por las cuchillas a travs de la cara del dado. Para un buen corte, las cuchillas deben de estar sostenidas rgidamente cerca de los dados. Un mtodo es montar el cortador en un lugar en el que sea parte de la plancha.Alrededor del extrusor estn otras unidades necesarias para crear un proceso alimenticio. Estas incluyen una gua y protector del cortador (cuando se utiliza un cortador de cara al dado), una "manivela" para inyeccin de vapor y puerta de entrada (cuando esta forma de energa es deseada) y un pre-cocinador (usualmente utilizado para aumentar productividad o mejorar la calidad del producto), como se muestra en la figura N 5.

FIGURA N 5Partes de las unidades necesarias para crear un proceso alimenticioAl igual que estas opciones, tambin encontramos dos necesidades, un alimentador en seco y un medidor lquido. Usualmente se utiliza una corriente separada de lquido para controlar la humedad en el extrusor. Para una operacin prctica, ste y el flujo de alimentacin seco deben ser controlados en forma precisa (http://www.aces.uiuc.edu/asamex/extrusion1.html).3.PROPSITO DE LA COCCIN CON EXTRUSIN

a. NutricionalLa coccin hace que los granos puedan digerirse. (Una sobrecoccin puede disminuir el valor de algunos nutrimentos).b. SaborSe desarrolla durante la coccin.c. TexturaLos granos naturales y otros ingredientes son reestructurados para que tengan un mejor sabor. Los alimentos con tendencia a desmoronarse por lo general tienen una estructura celular, dbil. La coccin cambia al producto, de un grano harinoso o duro a un material elstico o plstico, lo cual permite que se desarrolle la textura (CISNEROS, 2000).3.1TEXTURA Y ESTRUCTURALa textura o sabor de un alimento est en funcin de su forma fsica y, en menor grado, de su composicin qumica.

3.1.1 Estructura y Funciones qumicas Dura, densa: dulces. Fibrosa, hmeda: carnes y productos similares.

Desmoronable de estructura abierta: cereales, botanas. Suave, hmeda: pasitas. Solubilidad: dulces macizos. Lubricidad: superficies grasosas o viscosas. Humedad: carnes, frutas.3.1.2 Textura instrumental vs. organolptica

Las mediciones mecnicas (generalmente relacionadas con algn parmetro de resistencia) pueden estar ligadas con el sabor, aunque slo hasta cierto punto. Existe cierta confusin sobre la terminologa empleada en las pruebas organolpticas, la cual depende de calibrar los mtodos ms precisos, pero menos fidedignos; como se muestra en la figura N 6.

FIGURA N 6Clases de texturas de un producto extrudo3.1.3Estructura y extrusinEs posible someter al proceso de extrusin una variedad de estructuras/texturas.a.FibrosaSe pueden hacer productos parecidos a la carne utilizando el campo cizallante de la extrusin para transformar la protena vegetal en una estructura lineal similar a la de la carne.b.DuraSe pueden hacer dulces utilizando un extrusor como un intercambiador de calor.c.QuebradizaPastas para sopa, las cuales reciben un tratamiento de texturizacin posterior con agua, para su consumo. Es otra estructura potencia que utiliza la tendencia natural que tiene el gluten de trigo para unirse a otros constituyentes bajo condiciones bajas de cizallamiento. La textura de la superficie es de suma importancia, deber evitarse la viscosidad minimizando el abuso mecnico.d.Suave, hmedoProductos que frecuentemente se hacen mediante extrusin.e.DesmoronablesProductos que se hacen mediante extrusin. Ejm. estructuras migajosas (galletas), estructuras quebradizas: cereales, botanas (MILLER, 1990).4.CONDICIN QUEBRADIZA Y FORMACIN CELULARLa condicin quebradiza es una calidad de textura difcil de alcanzar muy parecida a la crujiente o dura, sin embargo diferente. En la mayora de los casos se ha visto que para lograr un producto crujiente debe fragmentarse abruptamente en varios pedazos al morderlo, la cual tiene que ver tanto con la sensacin vibratoria (sonido) de la mordida, como con la fuerza que se requiere para la fragmentacin.

Los alimentos quebradizos, por lo general presentan una estructura celular. Las clulas no se rompen en forma simultnea al morderlas, sino que son separadas en pequeas fragmentaciones. Tambin existen otras texturas que pueden ser celulares. El lograr una condicin quebradiza, o de otro tipo, depende del tamao de la clula y el grado de expansin celular; como se muestra en la figura N 7.

FIGURA N 7Clases de tamaos y grado de expansin celularEn la relacin que aqu se muestra en la fig. N 7, el grado de expansin es independiente al tamao de la clula; conforme se incrementa el tamao de la clula a una expansin constante (densidad), las paredes celulares tambin incrementan su grosor. A fin de lograr una condicin quebradiza se requiere que la clula tenga un tamao mnimo. Las palomitas de maz, por ejemplo, realmente no son quebradizas; sin embargo, tienen una textura entre elstica y suave: tienen clulas muy finas (http:/www.proexa-cl/alextruidos.htm).5.DESARROLLO CELULARPara que un producto se expanda hasta alcanzar una forma celular, ste debe ser deformable y que se someta a un desequilibrio al cual va a responder mediante el inflado.5.1FermentacinEl gas proviene de agentes qumicos o biolgicos, puede inflar materiales masosos para lograr una forma celular.5.2 Transferencia de calorLos incrementos repentinos de temperatura pueden elevar la temperatura de un producto por arriba del punto de ebullicin, ocasionando as una evaporacin instantnea del vapor de agua. La presin del vapor es la que infla el producto con las clulas, como se muestra en la figura N 8.5.2.1 FrituraLa fritura profunda a temperaturas demasiado elevadas puede inflar botanas, que frecuentemente se hacen mediante extrusin.5.2.2 Incremento volumenLa energa de las microondas puede incrementar la temperatura interna lo suficientemente rpido como para ocasionar que el producto se infle.5.2.3 Tostado con aireSi se realiza con una temperatura lo suficientemente alta (y por lo general a alta velocidad), entonces el aire caliente puede, de igual forma, incrementar la temperatura interna para hacer que el producto se infle.

FIGURA N 8Inflado con estufa

En todos estos ejemplos, el producto se infla cuando la temperatura es lo suficientemente elevada como para producir vapor dentro del producto. El vapor forma pequeas burbujas en el producto, como se muestra en la figura N 9 (http:/www.proexa-cl/alextruidos.htm).

FIGURA N 9Inflado con vapor6.CAMBIOS DE PRESINSe puede utilizar otro desequilibrio mediante una cada repentina de presin de un producto caliente esto puede efectuarse ms rpidamente que agregando exceso de calor, resultando en densidades muy bajas.6.1 Inflado con Pistola

Los granos hmedos, pellets extrudos y an pedazos de verduras pueden ser inflados si son calentados en una cmara de presin que se abra repentinamente. Tambin se utilizan los mtodos continuos de inflado con pistola. Estos permiten que los pedazos inflados fluyan a travs de un pequeo oficio con vapor. El orificio est dimensionado de tal suerte que haya suficiente presin en el sistema, para evitar que el producto se infle antes de que salga; como se muestra en loa figura N 10.

FIGURA N 10Inflado con pistola

Expansin directa por extrusin: otro mtodo continuo para inflar es con un extrusor. En este caso, la presin es generada por un sinfn de extrusin, la cual es conservada mediante un troquel de extrusin. El producto se infla al salir del troquel a una temperatura elevada (HARPER, 1981).7.EXPANSIN DIRECTA MEDIANTE EXTRUSINDurante el proceso de expansin el producto pasa por diversas etapas, como se muestra en la figura N 11:

FIGURA N 11Etapas de expansin directa

La mayora de los productos no comienzan a expandirse sino hasta que hayan salido del troquel (aunque en algunos s sucede). Esto se debe a que la cada de presin que existe en el troquel para las reologas de viscoelasticidad presentes en los alimentos, no es el comportamiento Newtoniano ideal, llegando a ser de cero a la salida (lnea punteada), lo cual pone al producto en desequilibrio dentro del troquel (cuando la presin ya alcanz el punto de equilibrio con la temperatura del producto). Con la mayora de los productos, existe cierta presin residual que permanece dentro del producto durante un perodo corto de tiempo posterior a la extrusin.

Puede provocarse otro retraso utilizando el tiempo que se necesita para que se inicie la vaporizacin; los lquidos supercalentados no siempre responden instantneamente, pero tienen que organizarse, en este caso formando ncleos de burbujas de vapor.

Es entonces cuando el producto se infla a su mxima dimensin.

Despus de inflarse, el producto se colapsa cierto grado antes de alcanzar su tamao definitivo. Durante este tiempo, se experimenta una transferencia de aire por vapor, a fin de que las clulas formadas por la expansin del vapor ahora sean clulas de aire.

El proceso de reposo es auxiliado por un enfriamiento evaporatorio o conductivo. Mientras va experimentando mayor enfriamiento, el producto se endurece irreversiblemente hasta tomar su forma definitiva (MILLER, 1990).7.1Mecanismo de expansinCrecimiento celular dentro del producto en expansin:7.1.1Iniciacin y desarrollo tempranoAl principio se forman diminutas burbujas de vapor en los ncleos. Esto puede deberse a discontinuidades en la matriz o pequeas bolsas de aire presentes en los ingredientes. Dado que en este punto el vapor est a su mxima presin y la fuerza de expansin se ejerce sobre una minscula zona de la matriz, entonces existe muy poca resistencia a la expansin de burbujas. Ver figura N 12.

FIGURA N 12Iniciacin y crecimiento tempranoMientras ms se expanden las burbujas, ms se van acercando entre s, lo que hace que la matriz se aleje de los frentes de avance, haciendo espacio para permitir una mayor expansin.

Al principio, la periferia de las burbujas se estn diseminando ms aceleradamente que la velocidad requerida por la matriz para despejar el camino; por lo tanto, se crea un campo cizallante entre las burbujas, donde la viscosidad de la matriz resiste la expansin (se logra una mayor resistencia gracias a la elasticidad que existe. dentro de la superficie de la burbuja). Ver figura N 13 (http://www.aces.uiuc.edu/extrusion.html).

FIGURA N 13Crecimiento celular: Cizallamiento en la paredCuando las burbujas llegan a agruparse demasiado, el mecanismo de flujo de lquidos entre ellas deja de funcionar- la velocidad (ahora mayor que la velocidad de diseminacin de las burbujas) tendr que ser demasiado alta, as como el ndice de cizallamiento.7.1.2.Transformacin polidricaSe puede alcanzar una mayor expansin mediante el flujo de lquidos (limitado por la viscosidad) despus de cerrar el agrupamiento de burbujas por deformacin. Las burbujas fluyen hacia los recovecos. Esto hace que el material restante de la matriz fluya hacia las paredes celulares, haciendo que las paredes se vuelvan ms uniformes en cuanto a su grosor y se generen clulas con lados, en vez de tener burbujas con figura esferoidal. Ver Figura N 14.

FIGURA N 14Transformacin polidrica

7.1.3Expansin finalUna vez que ha quedado establecida la geometra polidrica celular, se puede alcanzar an mayor expansin inflando toda la estructura en la cual se mantienen las relaciones de espacio, con la excepcin de que las paredes celulares se hacen ms delgadas conforme las clulas se expanden; como se muestra en la figura N 15.

FIGURA N 15Expansin final

Dado que en este momento no existe un flujo de lquidos (cizallamiento), la viscosidad, en su sentido ms estricto, no es importante ya que las paredes resisten el estiramiento, aunque ms bien por su naturaleza elstica.

FIGURA N 16Estiramiento de la pared celularDebido a la elasticidad, el estiramiento es reversible hasta cierto punto; una vez retirada la presin, toda la estructura puede regresar a un estado menos expandido. Este es uno de los principales contribuyentes a la etapa de "colapso" en la expansin directa. (http://www.aces.uiuc.edu/extrusion.html).7.2Factores importantes en la expansin directaEl expandir en el mecanismo de expansin (juego de palabras intencional), podemos identificar las variables importantes que hay en el proceso.7.2.1Medio de expansinPara inflar el producto se requiere de algn tipo de vapor. Normalmente es vapor generado dentro del producto debido al calor (ya que el alimento necesita humedad); sin embargo, tambin puede lograrse lo anterior con otros gases. Los agentes de fermentacin que se emplean conjuntamente con la expansin de vapor, en algunos casos han mejorado satisfactoriamente los ndices de expansin.7.2.2Cambio controlado de presinPara que exista una buena expansin es imprescindible que el troquel tenga orificios pequeos. Estos conservan una alta presin por la parte posterior del troquel a fin de evitar una generacin prematura de vapor y liberan la presin rpidamente para que se alcance una mejor expansin. Los niveles de presin por supuesto que tambin dependen de la viscosidad, la cual por lo general es alta cuando se trata de expansin directa (poca humedad).

7.2.3TemperaturaPara la expansin de vapor, la temperatura deber elevarse lo suficiente para generar el vapor necesario al liberar la presin. La temperatura y la humedad quizs sean las variables ms importantes para controlar la expansin. La temperatura altera la viscosidad, la cual disminuye conforme aumenta la temperatura. La uniformidad de la temperatura en el extrusor tambin afecta la textura. Conforme el producto va pasando por el troquel, se va generando calor en las superficies del troquel mediante disipacin viscosa (friccin). Esto puede ocasionar un exceso de expansin en la superficie del producto resultando en una textura rugosa con clulas abiertas en la superficie, como se muestra en la figura 17 (CASAS, 1996).

FIGURA N 17Proceso de uniformidad de temperatura en el producto7.2.4Caractersticas del productoa.PlasticidadEl producto tiene la capacidad de deformarse sin romperse an aplicndole tensin. Este es el principal objetivo del proceso de coccin, el cual est relacionado con el contenido de agua (se necesita suficiente agua para formar una fusin lquida, aunque no demasiada para que no pierda sus propiedades cohesivas).b.ElasticidadEl producto debe ser elstico a fin de permitir el estiramiento de las paredes celulares durante la expansin sin que exista una ruptura excesiva (incluso en la superficie del producto, un producto inelstico tambin presentar una textura rugosa). Los productos altamente elsticos resisten la expansin y pueden colaborarse mejor.c. Homogeneidad

El producto puede ser macroscpicamente homogneo aunque a nivel microscpico es conveniente tener cierto grado de heterogeneidad (es decir, para la formacin de ncleos). Con objeto de garantizar una expansin uniforme, la humedad, sobretodo, debe quedar bien distribuida y haber sido absorbida por las partculas del producto antes de aplicar calor. De no existir una absorcin de humedad ntegra y uniforme, entonces las partculas que no se expandieron quedan como trozos duros o arenosos en el producto.

Para extrusores de tambor corto (tiempo corto de residencia), el grano debe temperizarse durante aproximadamente 1 hora, despus de haberse mezclado con agua.

Los extrusores con tambores ms largos no requieren de la temperizacin; sin embargo, por lo general cuentan con una zona de mezclado previo al perfil sinfn para mezclar perfectamente el producto antes de cocerlo.

Incluso los extrusores de tambor largos obtienen los beneficios que les ofrece el preacondicionamiento, en el cual se mezcla la humedad con el grano durante casi 2 minutos antes de la extrusin. (http:/www.proexa-cl/alextruidos.htm).d. Viscosidad y pseudoplasticidadEl producto debe ser viscoso a fin de que haya una generacin adecuada de calor a travs de la disipacin viscosa, la cual es imprescindible para que las altas temperaturas realicen la expansin. Lo anterior tambin se aplica para generar presin (resistencia del troquel).

El exceso de viscosidad, especialmente en un producto con elasticidad deficiente (resistencia tensil), puede impedir un adecuado desarrollo celular, sobretodo en la etapa de transformacin polidrica. Sin la transformacin, se quedan pequeos trozos en los recovecos de las burbujas, convirtindose en cuerpos duros, lo que resulta en una textura arenosa.

El producto tambin debe ser lo suficiente viscoso para conservar su forma despus de inflarse y antes de reposar.

La reologa seudoplstica, normal en la mayora de los casos de extrusin de alimentos, contribuye a una expansin axial vs transversal (ver "cizallamiento") y define la forma del producto extruzado, as como los patrones de generacin trmica tanto en el sinfn como en el troquel.

La seudoplasticidad tambin es til para mantener la forma y textura del producto despus de su extrusin con poco esfuerzo, se incrementa la viscosidad aparente.

La viscosidad se ve fuertemente afectada por el contenido de humedad y, en menor grado, por las condiciones de coccin y otros ingredientes. (http:/www.proexa-cl/alextruidos.htm).e. PorosidadA fin de minimizar el colapso, se requiere de cierta porosidad para que el vapor pueda escapar y ser sustituido por aire. Cuando existe demasiada porosidad se impide una expansin total y/o se crea una textura rugosa en la superficie.

La porosidad est en funcin del comportamiento elstico del producto en expansin (fragmentacin de la pared) y la adicin de ingredientes (los materiales inertes como el salvado ocasionan la formacin de poros). Cuando no existen un buen mezclado o la fuerza cizallante no es suficiente tambin pueden formarse zonas porosas.f. Capacidad de reposoEl producto debe volverse rgido despus de la expansin a fin de conservar la textura inflada. La rigidez est en funcin bsicamente de la humedad. Con niveles adecuados de humedad, sta disminuye durante la expansin para alcanzar el grado de rigidez correcto.

De igual manera, la seudoplasticidad es importante para conservar la forma despus de haber eliminado los grandes esfuerzos.

Desde el punto de vista qumico, una vez que se ha eliminado la fuerza de cizallamiento, las molculas del almidn interactan para formar una telaraa interconectada. El cizallamiento es necesario para alinear las molculas, a fin de que puedan interactuar adecuadamente. Los alimentos extrudos que contienen almidn pueden considerarse de termo-reposo (http:/www.proexa-cl/alextruidos.htm).7.3Cizallamiento antes de la expansinSe necesita la fuerza cizallante a fin de alinear las molculas del almidn para su reposo, mantener el flujo de los materiales seudoplsticos, as como mezclar perfectamente los ingredientes en una escala microscpica.

La fuerza cizallante tambin es responsable de la mayor parte del calor que se requiere para la gelatinizacin del almidn (creando as la matriz plstica).

De hecho, con el cizallamiento es posible gelatinizar (fundir) sin humedad alimentos que contengan almidn. En la prctica, la gelatinizacin es una combinacin de la fusin de la hidratacin y la fuerza cizallante (KOKINI,1992).

FIGURA N 18Cizallamiento antes de la expansin

Al usar una gran cantidad de fuerza cizallante, las molculas del almidn se degradan (dextrinan) debido a las fuerzas mecnicas. Los productos dextrinizados se inflan muy bien, pero pueden presentar caractersticas indeseables como resultado del incremento en la solubilidad entre las cuales se incluyen: una sensacin viscosa al gusto, la boca se seca debido a la absorcin de saliva, o existe una absorcin de humedad demasiado rpida en el tazn de cereal del desayuno (pastosa), como se muestra en la figura N 18.

FIGURA N 19Absorcin de humedadLos efectos positivos del cizallamiento son evidentes cuando es aplicado lo ms tarde posible en el proceso (que no sea durante el mezclado, el cual por lo general es de menor intensidad que en etapas posteriores). Un exceso de cizallamiento demasiado temprano, antes de que la humedad y otros materiales hayan sido absorbidos en su totalidad, y antes de que la temperatura sea lo suficientemente alta como para que se forme una matriz plstica, daa el almidn sin necesidad de que esto suceda; como se muestra en la figura N 19 (KOKINI, 1992).

FIGURA N 20Proceso de vapor

En el diagrama anterior se muestran 2 procesos. el proceso de "vapor" utiliza la inyeccin de vapor para incrementar la temperatura del producto, antes de aplicar una fuerza cizallante intensiva; como se muestra en la figura N 20.

Los otros utilizan fuerza cizallante durante el proceso. Los productos fueron similares en cuanto a su expansin y textura, fue necesario el cizallamiento en la etapa final nicamente para dar textura.

En el troquel, la fuerza cizallante genera calor y alinea las molculas de amilosa. Esta alineacin es responsable de que exista una diferencia entre los ndices de expansin axial y radial, debido a la discrepancia en las viscosidades aparentes en las dos direcciones y a las limitaciones mecnicas alrededor de las burbujas en expansin en la escala microscpica ocasionada por la "jaula" de molculas de almidn.

FIGURA N 21Expansin axial

7.4TiempoBajo las condiciones intensas de coccin que se utilizan para los productos inflados, la regla imprescindible es un tiempo corto de residencia. En extrusores de tambor corto, el tiempo total es de slo de unos cuantos segundos. An con mquinas ms largas, el tiempo durante el cual se expone el producto a un alto cizallamiento es limitado. La mayor parte del tiempo de residencia es destinado a mezclar y absorber la humedad.

A continuacin se presentan en la figura N 22 los diferentes tiempos de residencia, junto con los rangos correspondientes a otras variables importantes del proceso de distintos productos. Note que los productos inflados tienen el menor tiempo, la mayor temperatura, la menor humedad (el mayor cizallamiento, no as mostrado en el diagrama)FIGURA N 22Tiempos de residencia

El tiempo de residencia es controlado por la velocidad del sinfn (alta para los productos inflados), as como por el perfil del sinfn (diseado para aplicar alta fuerza cizallante en las ltimas etapas) (CASAS, 1996).8.TAMAO DE LA CLULALas clulas son ms grandes cuando se incrementa la expansin en general (lo mismo sucede con lo dems). El tamao de las clulas tambin puede variar por otras razones, aunque a una densidad constante del producto. Las propiedades de textura estn en funcin tanto del tamao de la clula como de su expansin, las cuales de alguna manera son independientes. Existen 2 factores principales que afectan el tamao de la clula posterior a su expansin general:8.1Formacin de ncleosEl nmero de burbujas que se forman en un principio en la matriz depende del nmero de ncleos que pueden ser controlados alterando la heterogeneidad del producto. Ver figura N 21.

FIGURA N 23Formacin de ncleos

Mientras mayor sea el nmero de ncleos, menor ser el tamao de la clula a la misma densidad.8.2FusinLas burbujas en crecimiento no siempre estn separadas, sino que se fusionan en unidades ms grandes. Ver Figura N 22.FIGURA N 24Fusin

El grado de fusin depende de las propiedades geolgicas de la matriz y de su uniformidad. Los materiales dbiles, no elsticos, no cohesivos producen paredes celulares sin substancia de fcil rompimiento.

La presencia de particulados en la matriz tambin pueden debilitar las paredes celulares, lo que permite la comunicacin entre clulas o la creacin de concentraciones de resistencia a la ruptura. (http://www.aces.uiuc.edu/asamex/extrusion1.html)9. CLASIFICACINLos extruidores se clasifican segn su funcionamiento (extrusin en caliente o en fro) y su construccin (sencillos o de tornillos gemelos). Sin embargo, el sistema en el que se basan es el mismo: la materia prima se introduce en el cilindro del extruidor, donde es arrastrada y comprimida por el tornillo (o tornillos) y "trabajada (desgarrada o amasada) con objeto de transformar su estructura granular en una masa semislida plstica. Esta masa es posteriormente extruida a travs de los orificios de una boquilla y cortada a su salida por una cuchilla rotatoria o una guillotina, pudiendo obtenerse una gran variedad de formas como: barritas, esferas, tubos, cintas y escamitas. Los alimentos extruidos pueden emplearse sin dificultad en operaciones complementarias de elaboracin como en rebozados entre otros.9.1Segn su funcionamiento9.1.1Extrusin en Caliente

En estos extruidores el alimento se calienta por contacto con las paredes de la camisa que rodea al extruidor y/o por contacto con el tornillo calentado internamente con vapor. En algunos de ellos el cilindro se caliente elctricamente por induccin, pero parte del calor procede tambin de la friccin generada por el tornillo y los relieves internos del cilindro. Las fuerzas de compresin se consiguen en el cilindro del extruidor de las siguientes formas:

Aumentando el dimetro del tornillo y disminuyendo su paso de rosca. Utilizando un cilindro tronco-cnico y un tornillo de paso de rosca homogneo o progresivamente decreciente. Obstruyendo las alas del tomillo.

La boquilla del extruidor proporciona una contra presin adicional. Para la obtencin de productos expandidos se emplean presiones elevadas y boquillas de orificios pequeos. La rpida liberacin de la presin que se produce a la salida de la boquilla provoca la expansin instantnea del vapor y el gas que contiene el alimento, dando lugar a un producto de baja densidad en el que el agua que contiene se pierde por evaporacin.

El grado de expansin del producto se puede controlar variando la presin y la temperatura que se generan durante el proceso, de acuerdo con las propiedades reolgicas del alimento.Las ventajas de la extrusin en caliente son:

Una reduccin del 19.4% en materia prima, utilizando cereales y legumbres triturados de tamao adecuado. Una reduccin del 100% en consumo energtico; una reduccin del 44% en los gastos de instalacin y del 13,8% en los de mano de obra. El proceso es ms rpido, ya que se obtienen pellets a los pocos minutos de poner en marcha la instalacin. Un control ms preciso sobre el tamao y la calidad del producto final. Una mayor flexibilidad, ya que permite cambiar fcilmente las especificaciones del producto a elaborar (FELLOWS, 1994).9.1.2Extrusin en Fro

En este tipo de extrusin el alimento se extruye en tiras sin coccin o la distorsin que produce la expansin del vapor de agua. Con objeto de que la materia prima est sometida a mnima friccin posible los tornillos de estos extruidores poseen unas alas muy profundas y ruedan a poca velocidad en un tubo de superficie interna lisa. Se emplean para elaborar pasta, hot dogs, algunas pastas para pastelera y confitera.

A veces los extruidores en fro como en caliente, disponen de una boquilla especial para inyectar diversos tipos de relleno en el interior de la masa extruida a la salida de la boquilla. A este proceso se le denomina co-extrusin y se emplea por ejemplo, para rellenar algunos pasteles.9.2Por el nmero de tornillos9.2.1Extrusores monotornilloEn los extrusores de un solo tornillo girando dentro de un barril. se pueden distinguir las tres secciones: zona de alimentacin, zona de compresin, zona de descarga. El tornillo puede ser diseado como una sola pieza o con piezas intercambiables, lo que le permite cambiar su configuracin e incrementar su versatilidad y adems reducir el costo al cambiar slo las piezas desgastadas. La razn de compresin de este extrusor, definida como la relacin entre el rea de flujo en la zona de alimentacin y el rea de flujo en la zona de descarga, puede ir de 1:1 hasta 1:5 debido a que se puede tener profundidad de aleta variable. Las aletas del tornillo transportan al material a travs del cilindro a una velocidad que es directamente proporcional a la velocidad del tornillo; las estras de la pared interna del barril previenen que el material resbale y gire junto con el tornillo. A este tipo de flujo se le llama arrastre.El flujo al interior de un extrusor monotornillo es del tipo laminar. Adems del arrastre se da un flujo inducido por la diferencia de presin existente entre la zona de descarga (alta presin) y la zona de alimentacin, la direccin del flujo es consecuentemente contraria y puede reducir en pequeo grado el rendimiento neto del proceso (MERCIER ET AL., 1998).

FIGURA N 25Clases de flujo de arrastre en funcin de la capacidad volumtrica del tornilloLas aletas del tornillo redirigen la mayora del flujo tangencial de arrastre a una direccin hacia abajo. La porcin restante del flujo de arrastre se mueve a lo largo de la direccin del canal, originando una circulacin del producto en el canal, importante para la transferencia de calor y mezcla.

FIGURA N 26MonotornilloCuando se genera presin en el tornillo, otro flujo se combina con el flujo de arrastre. Debido a que el canal es continuo a lo largo del tornillo, la presin en la descarga hace que el producto quiera fluir hacia atrs, substrayndolo del flujo de arrastre. Por lo tanto, la capacidad actual de un extrusor de tornillo nico oscila de la mitad de la capacidad volumtrica a mucho menos, a presiones altas. La eficiencia de bombeo est afectada por la geometra del tornillo (espacio entre aletas, profundidad, etc.) y por la viscosidad del material, el tornillo es ms efectivo bombeando materiales de alta viscosidad, los cuales experimentan menos presin de flujo hacia atrs.9.2.2Extrusores de doble tornilloConsiste en dos tornillos paralelos rotando dentro de un barril. Segn giren stos en el mismo sentido o en sentido opuesto se subdividen en: Corrotacionales: Estos extrusores permiten la alimentacin de ingredientes slidos o fluidos por separado. La razn de compresin es 1:1 es decir que la profundidad de aleta es constante. Estos son los ms populares puesto que trabajan a mayor capacidad. Contrarrotacionales: Estos operan a bajas velocidades de giro puesto que se genera gran friccin entre los tornillos. En general los extrusores de doble tornillo por su configuracin logran una mayor eficiencia en el transporte y mezclado del material. Adems el engranaje de los tornillos genera una auto limpieza de los mismos (CISNEROS, 2000).9.2.3Extrusores de tornillo doble de rotacin opuesta.

FIGURA N 27Tornillo doble de rotacin opuestaLos extrusores de doble tornillo de rotacin opuesta tienen dos tornillos que se unen fuertemente como engranajes y rotan uno contra el otro. Por lo tanto, cada tornillo est dividido en una serie de cmaras separadas las cuales se mueven hacia el dado mientras que el tornillo rota, llevando el producto en ellas en un "desplazamiento positivo"; como se muestra en la figura N 27. La razn de flujo resultante es igual al desplazamiento volumtrico de los canales del tornillo (menos el flujo de fugas ) y es casi independiente de la presin de los tornillos de rotacin opuesta que pueden generar rpidamente presiones enormes.

FIGURA N 28Rotacin del tornillo con la cmaraAunque el producto no fluye entre las cmaras (excepto a travs de fugas), circula en cada cmara una cantidad importante para transferencia de calor.9.2.4Extrusores con tornillos dobles co-rotadores

La mquina co-rotadora tiene caractersticas de los dos diseos previos, y opera de forma intermedia entre ellos . Aunque los tornillos se entrelazan, no pueden crear cmaras separadas a lo largo del tornillo. Cuando las aletas se entrelazan o traslapan, estn en ngulos opuestos, requiriendo espacio adicional. En cambio, hay un canal continuo alrededor de ambos tornillos en el cual ocurre flujo de presin. En el punto de traslape sin embargo, existe una restriccin del espacio. Esto acenta al flujo de arrastre, y resiste el flujo de presin.

FIGURA N 29Tornillos dobles co-rotadoresEn el punto de traslape, el producto es raspado de la superficie de cada canal por la interseccin de las aletas, despus de lo cual se redistribuye. Con esta caracterstica de auto-limpieza, ocurre menos estancamiento, y se mejora la transferencia de calor.

9.3Por la intensidad de cizalla9.3.1Extrusores de baja cizalla

Este tipo de extrusores trabaja con materiales de alta humedad, a bajas velocidades de giro de tornillo. Otra caracterstica es que las aletas del tornillo son profundas. Las operaciones bsicas que se realizan con estos equipos son el mezclado y moldeado del material. Un ejemplo de stos son los extrusores de pasta.9.3.2Extrusores de alta cizallaEstos extrusores por el contrario trabajan con masas de baja humedad, a altas velocidades de giro del tornillo. En este caso las aletas del tornillo son cortas, de esta manera se genera una mayor friccin lo que origina una mayor temperatura por disipacin viscosa de la energa mecnica. Esto trae como consecuencia la coccin del material. Tambin se genera una mayor presin al interior del barril lo que se traduce en una mayor expansin del material a la salida del dado. Un ejemplo de estos extrusores son aquellos para producir bocadillos o cereales instantneos.9.4Por la generacin de energa trmica9.4.1Extrusores autgenos

La energa trmica es generada nicamente por conversin de energa mecnica. La energa mecnica es generada por la fuerza de friccin entre las capas en movimiento del producto. La energa resultante en el producto es mayor cuanto mayor es la viscosidad del producto, el dimetro del tornillo, la velocidad del tornillo y cuanto menor sea la profundidad de las aletas.9.4.2 Extrusores isotrmicos

En estos la energa calorfica es proporcionada por una fuente externa, la cual puede transmitirse por (1) Conduccin a travs del barril, es decir mediante calentadores elctricos o chaquetas de vapor o por (2) Conveccin, mediante la aplicacin directa de vapor en el producto sea directamente en el barril o en un pre-acondicionador antes que entre al extrusor.9.4.3Extrusores de bajo costo y su aplicacin en el procesamiento de productos andinosDentro de los tipos de extrusores que se han desarrollado existen, como bien describe HARPER (1981), los llamados extrusores de bajo costo, los cuales fueron inicialmente desarrollados para procesar granos de soya, de una manera simple, utilizando el mnimo de equipos auxiliares. Estos equipos pertenecen a la clasificacin de autgenos, por la forma como se transfiere energa al producto. En estos, como ya fue explicado antes, la energa total entregada al material se da nicamente por disipacin de la energa mecnica. No cuentan con barriles enchaquetados ni con cmaras de pre- acondicionamiento, lo cual le resta complejidad al equipo.

El proceso, que se realiza en seco, permite que se genere una elevada fuerza de corte, que causa que se genere calor y se logre la coccin del material durante el proceso. Adems el procesamiento en seco minimiza los costos de capital y operativos pues evita la necesidad de secar el producto. La aplicacin de estos extrusores simples ha sido extendida a la produccin de mezclas alimenticias de alto valor nutricional formuladas en pases en vas de desarrollo a partir de cereales y leguminosas.

Aunque los costos de capital son relativamente bajos debido a la simplicidad del equipo, tambin es reducida

HARPER (1981), realiza una comparacin entre la tecnologa de coccin-extrusin de bajo costo y los sistemas de secado por tambor, concluyendo que la extrusin implica costos de capital y operacin sustancialmente menores. Otra ventaja que presenta la extrusin sobre el secado por tambor es que trabaja a humedades bajas por lo que el producto una vez cocido no requiere ser secado; los tiempos de procesamiento son bastante cortos en extrusin (menor a 200 segundos) con respecto al tiempo de permanencia de 30 minutos como mnimo en el tambor. Mediante la extrusin es posible obtener productos con diferentes formas y texturas mientras que el secado por tambor slo permite obtener productos en forma de hojuela.

Por otro lado el procesamiento a alta temperatura por el corto tiempo de la extrusin minimiza los efectos del sobrecalentamiento sobre el valor nutricional del alimento. El punto a favor que puede resaltarse de los productos obtenidos mediante secado por tambor es que presentan un bajo ndice de absorcin de agua, lo cual mantiene al producto crujiente por ms tiempo cuando se mezcla con leche que es la forma regular de consumo (CISNEROS, 2000).

Usando la coccin extrusin de bajo costo es posible extruir granos sin necesidad que stos sean desgrasados por lo que no es necesario contar con sistemas de extraccin de aceite, que adems implicaran un costo y una operacin adicional. Lo que s es necesario realizar es el descascaramiento de los cereales y leguminosas antes del procesamiento trmico, para evitar que el porcentaje de fibra no exceda el 2% lo cual afectara su digestibilidad, disminuira su densidad calrica y reducira la absorcin de minerales. Para seleccionar las formulaciones hay que tener en cuenta (HARPER,1981):

El costo de los ingredientes. Disponibilidad de la materia prima. Necesidades nutricionales de los consumidores. Aceptabilidad. Intencin de uso. Tipo de producto.Para incrementar la densidad calrica en estas mezclas es posible adicionar aceite, pero esto podra ser caro y causar problemas de estabilidad en almacenamiento. Tambin se puede aadir azcar para incrementar la palatabilidad y reducir costos. El azcar debe ser aadido slo despus de la extrusin para evitar el oscurecimiento y las prdidas de lisina (HARPER,1981). Frecuentemente para alcanzar los niveles deseados de protena, la misma que debe estar entre 14-15 % y ser de buena calidad, se adiciona leche en polvo. Este ingrediente debe ser agregado despus de la extrusin para evitar prdidas de lisina por la reaccin de Maillard entre la lactosa y el mencionado aminocido. Las vitaminas y minerales debern ser aadidos considerando las deficiencias nutricionales locales. Estos micronutrientes debern ser aadidos luego de la extrusin puesto que la termolabilidad de algunas y la poca estabilidad de otras hacen que se pierdan durante el procesamiento. Se han extruido satisfactoriamente muchas formulaciones a partir de diversos ingredientes en sistemas simples de extrusin autgena. Es importante que la formulacin contenga un mnimo de 5 % de grasa que es requerido para suavizar la continuidad de la operacin. Las caractersticas del producto final dependen de la materia prima utilizada, la cantidad de grasa de la mezcla, las condiciones de temperatura y humedad del proceso as como de la molienda de la materia prima (Harper,1981). Finalmente, podemos concluir que la extrusin de mezclas alimenticias es definitivamente un mtodo de procesamiento viable de bajo costo, y que ofrece posibilidades significativas en la produccin de alimentos precocidos de alto valor nutricional a partir de materias primas locales; constituyndose en una alternativa tecnolgica ventajosa sobre otros mtodos convencionales de coccin (MILLER,1990).10.EFECTOS DEL PERFIL DEL TORNILLO Y TIEMPO DE RETENCINLa tabla N(1 muestra el efecto del perfil del tornillo en las caractersticas del producto final. Este Cuadro tiene una seccin de flujo continuo del tornillo del extrusor y otra seccin es con respecto al flujo del tornillo que es interrumpido o tiene alguna interrupcin en el perfil del tornillo.

Hay tres tipos de productos elaborados con ambos procesos, flujo continuo o interrumpido. Estos son trozos densos, trozos ligeros y productos inflados (hamburguesas estilo TVP). Las condiciones de proceso, la temperatura de preacondicionado, las RPM, la temperatura de extrusin, la humedad aadida y la entrada de energa se trataron de mantener lo ms uniformemente en cada caso. La densidad del producto se mantuvo, sin embargo; la capacidad de retencin de agua disminuy especialmente en los ligeros y con los productos inflados, cuando se us flujo intermitente. Los datos de las pruebas demostraron que a pesar de aplicar un cortado adecuado, necesario para mejorar los efectos de la unin entrelazada de las molculas de las protenas, el exceso de cortado, cuando la unin entrelazada ha comenzado a ocurrir puede desgarrar la estructura de las molculas de protena, resultando en una disminucin en la capacidad de retencin de agua.

Los niveles de humedad incrementadas, aumentan la movilizacin de la reaccin qumica de las molculas de protena, incrementando el potencial de los reactivos para que tengan una mayor proximidad. La unin entrelazada se facilita y da como resultado una mayor densidad del producto extrudo.Esto permite un incremento aproximadamente igual en la capacidad mxima del extrusor, mientras se mantiene un equivalente en la calidad del producto final. Al mismo tiempo, la entrada de energa mecnica especfica requerida por kilogramo del producto extrudo es reducida (ANDERSSON, 1981).TABLA N1Comparacin de mecanismos de Molienda Hmeda para Protena TexturizadaTAMAO DE MALLA (%)PANDENSIDAD

Muestra (C/L)4681016--

Prueba 1.050583 baja densidad

Trozo Crudo------144

Fitz, redondo "a0.211.120.811.922.833.3227

Fitz, cuadrado "a0.420.824.71022.321.8219

VGR, 5/32" cuadradob1.99.0915.21330.430.4156

Prueba 2.050583 densidad media

Trozo Crudo------192

Fitz, redondo "0.13.9911.88.562253.6284

Fitz, cuadrado "0.47.3314.189620.748.8258

VGR, 5/32" cuadro1.12.738.869.6532.744.7211

Urschel, No. 20 tamizc0.920.328.113.422.714.6201

aMolino de martillo Fitzmill.

b Cortadora Wenger

c Urschel Comitrol.

Fuente: CASAS, J. 1996

11.VENTAJAS DE LA EXTRUSIN11.1 VersatilidadCambiando la proporcin de ingredientes minoritarios y las condiciones durante la extrusin puede obtenerse una gran variedad de productos. El proceso es extremadamente flexible y puede acomodarse las demandas de nuevos productos por parte del consumidor. Los alimentos extruidos difcilmente podran obtenerse por otros mtodos.11.2 Menores gastosLa extrusin es un proceso ms barato y productivo que otros procesos de coccin o moldeo. Se asegura que la extrusin de los cereales para desayuno, comparado con el proceso tradicional de elaboracin, ahorra el 19% de la materia prima, el 100% de la energa, el 40% de la mano de obra y el 44% de los gastos de instalacin.11.3 Proceso automtico con una gran capacidad de produccinEs capaz de producir 315 kg a la hora de snacks, 200 kg de cereales de baja densidad y 9.000 kg de alimentos para animales de compaa.11.4 No genera efluentesLa extrusin constituye un ejemplo de los sistemas de procesado en los que el tamao de los alimentos se aumenta. Mediante la extrusin los alimentos granulados de pequeo tamao o pulverizados, se transforman en alimentos de tamao de partcula mayor. Otros procesos que aumentan el tamao de partcula son los de aglomeracin de alimentos pulverizados y los de moldeo (http://www.aces.uiuc.edu/extrusion,html).11.5 CoccinLos productos cocidos por extrusin, microbiolgicamente aptos, libres de larvas y patgenos, con lo cual su vida de anaquel es superior a otras.11.6Procesamiento rpido

Se pueden procesar grandes cantidades de alimentos de manera continua debido a que el tiempo de procesamiento es muy corto.

11.7Ahorro de energa

Los cocedores-extrusores consumen menos energa total por tonelada de producto que otros mtodos de coccin y son termodinmicamente eficientes.11.8Ahorro de mano de obra

La mano de obra requerida es menor que en otros sistemas de coccin.11.9Bajo costo de operacin

El costo de operacin es bajo debido al bajo requerimiento de energa, mano de obra, espacio, y tiempo.11.10InversinLa inversin es baja si tenemos en cuenta que el extrusor realiza muchas operaciones a la vez, lo que en otros procesamientos implicara el uso de ms de un equipo.12.FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXTRUSINLos dos principales factores que influyen sobre la naturaleza del producto extruido son: las condiciones durante la extrusin y las propiedades reolgicas del alimento en cuestin. Los parmetros ms importantes durante el proceso son: la temperatura, la presin, el dimetro de los orificios de la boquilla (5/8 de pulgada) y la velocidad de cizalla. Esta ltima depende del diseo interno del cilindro del extruidor y de la velocidad y forma del tornillo (o tornillos). Las caractersticas del material a extruir ejercen una influencia importante sobre la textura y el color del material extruido. Las ms importantes son: el contenido en agua, el estado fsico de los componentes y su composicin qumica (en especial el contenido y tipo de almidones, protenas, grasas y azcares).Durante la extrusin en caliente de los alimentos almidonosos (maz, trigo, etc.) su humedad se incrementa por adicin de agua y el almidn se somete, a elevadas temperaturas, a intensas fuerzas de cizalla como consecuencia los grnulos de almidn se hinchan, absorben agua y se gelatizan, y su estructura macromolecular se abre dando lugar a una masa viscosa y plstica. Ello hace que el almidn, sin apenas degradase, se haga ms soluble.En la extrusin en caliente de alimentos proteicos (por ejemplo: harina de soja y semillas oleaginosas desengrasadas), la estructura cuaternaria de las protenas se abre por la humedad y las elevadas temperaturas durante el proceso, dando lugar a una masa hmeda y viscosa. Las molculas de protena se polimerizan, se establecen enlaces intermoleculares y se reorientan, dando as lugar a la clsica textura fibrosa de las protenas vegetales texturizadas. El ndice de solubilidad del nitrgeno constituye una medida del grado de desnaturalizacin proteica alcanzado. Durante la extrusin en caliente este ndice desciende. Para la obtencin de la textura adecuada es conveniente que la materia prima est constituida por protenas de gran tamao molecular sin desnaturalizar (http:/www.proexa-cl/alextruidos.html13.APLICACIONES

Pellets (maz, arveja, arroz, kiwicha, cebada, etc)

El sistema clsico de fabricacin de pellets, exige que la utilizacin de cereales y legumbres molidos presenten el tamao adecuado de cada partcula, el cual va a determinar el producto final. Los cereales y legumbres triturados se someten seguidamente a una coccin a presin.

Si para la coccin se utiliza baja presin en el extruidor, el tamao del granulado es el que determina el tamao de los pellets (http://www.mtas.es/insh/EncOIT/pde/tomo3/67.pdf). En acuicultura: comida para peces.

Comida para perros.

Plsticos.14.EFECTOS DE LA EXTRUSIN14.1Efectos sobre los almidones

El almidn es un hidrato de carbono que se encuentra principalmente en los cereales, tubrculos y otras semillas. Al igual que la celulosa, es un polmero de glucosa, con la diferencia de que en el almidn las molculas de glucosa estn ligadas por un enlace 1-4 en lugar del 1-4 de la celulosa.El almidn se encuentra en los cereales en forma de grnulos pequeos de diferentes formas (esfrica, ovaladas, lentillas, irregulares) en funcin de su origen. Dentro de los cereales el almidn existe en forma hidratada, polimrica y formando un entramado cristalino.Cuando el almidn se trata en agua caliente aparecen dos facciones, el componente ms soluble, la amilasa, que se disuelve, y la amilopectina, que permanece insoluble. En los cereales la amilasa viene a representar el 10-20% y la amilopectina el 80 90% del almidn total.En el proceso de extrusin el grnulo de almidn absorbe agua y en el instante de salida de la matriz de la extrusora, el agua sometida a presin pasa a la forma de vapor y el almidn sufre un proceso de alineamiento, rizado y rotura.El cambio sufrido en la estructura de los cereales durante la extrusin es de tal magnitud, que podramos decir que el producto resultante es un nuevo producto (DEL VALLE, 1982).14.2 Efectos sobre las grasas

Cuando el material que se va a extruir tiene mayores niveles de grasa se puede decir generalmente que hay un incremento en el gasto de energa de cortado y se requieren mayores temperaturas para mantener la integridad del producto deseado.Los aceites que contienen los cereales, as como los aceites de leguminosas, al ser el producto extrusionado sufre un proceso de emulsin debido a la fuerte presin a que son sometidas las finas gotas de grasa y son recubiertas por los almidones y protenas, quedando la grasa encapsulada (ANDERSSON, 1981).La materia prima ha sido texturizada conteniendo un nivel de grasa del 0.5 5%. Este rango tan alto de grasa (5.5%) permite la extraccin mecnica de la pasta de soya para ser texturizada en extensores y anlogos de carne.

La grasa al ser emulsionada es ms atacable por los jugos digestivos, aumentando por tanto la energa del producto. Las lipasas y peroxidasas son inactivada durante el proceso de extrusin en condiciones normales, mejorando la estabilidad posterior del producto.14.3 Efectos sobre las protenas

La coccin por extrusin es un proceso continuo por el cual muchos alimentos son producidos a nivel industrial. La extrusin de productos con elevado contenido proteico se suele realizar generalmente para controlar los inhibidores del crecimiento que estn contenidos en las materias primas. Durante el proceso de extrusin estos inhibidores son suficientemente inactivados para evitar bloquear la actividad enzimtica en el intestino. Es conocido que la lisina es un aminocido muy reactivo y el proceso que sea menos agresivo ser el mejor desde el punto de vista nutritivo. En ausencia de cantidades importantes de almidn, la coccin por extrusin reduce la solubilidad de la protena cuando la temperatura aumenta.

Existe un proceso por el cual a medida que la temperatura se va elevando, la protena se va perjudicando. Muchas protenas son desnaturalizadas y rotas por la extrusin y pierden por tanto sus propiedades funcionales. En productos con elevado contendido en almidn la protena queda dentro de la matriz formada por el almidn, con lo que queda enredada y encapsulada. Sin embargo, las enzimas digestivas del tracto intestinal, disuelven la matriz del almidn, liberando la protena (DEL VALLE, 1982).Las protenas texturizadas son un producto nico elaborado por extrusin, que pueden ser producidas a partir de un amplio rango de especificaciones de las materias primas, mientras se controlan las propiedades funcionales tales como la densidad, grado y tiempo de rehidratacin, forma, apariencia del producto y palatabilidad. Las especificaciones de la materia prima para la extrusin de protenas texturizadas se han incrementado y ahora se incluye: rangos de ndice de Dispersibilidad de Protena (PDI por sus siglas en ingls), de 20-80; niveles de grasa de 0.5-6.5%; niveles de fibra de hasta el 7% ms y tamao de partcula de hasta malla 8 (2360 micrones).

Algunos beneficios adicionales de la coccin por extrusin son: la desnaturalizacin de las protenas; inactivacin de los inhibidores de crecimiento; control de los sabores amargos e incorporacin homognea de ingredientes como pueden ser: colorantes qumicos y otros aditivos que pueden tener un efecto en la calidad en la apariencia o textura.La extrusin de protenas texturizadas es una de las muchas aplicaciones exitosas de este proceso de coccin. Existen otros mtodos para producir protenas texturizadas incluyendo el centrifugado del aislado de soya y la formacin de anlogos de carne. El centrifugado del aislado de soya implica la redisolucin del precipitado de protenas vegetales que pasa a travs de una hilera hacia un bao precipitante.

El precipitado de fibras resultante es compactado, formado y/o secado y empacado. Los anlogos de carne formados son mezclas de varias fuentes de protenas como los aislados, el gluten, albmina, protenas vegetales cocidas por extrusin y otros que son mezclados con aceite, saborizantes y ligantes antes de ser formados como hojas, hamburguesas, tiras o discos. La coccin por extrusin de las protenas texturizadas incluyen extensores de carne en forma de trozos, o pequeas piezas granulares que son molidas en hmedo o directamente producidas en el extrusor. Los extrusores tambin pueden producir anlogos de carne con una similitud notable en apariencia, textura y palatabilidad a las carnes. La utilizacin de la coccin por extrusin en la industria alimentaria ha demostrado que una gran variedad de productos pueden elaborarse con el equipo de extrusin. Algunos de estos productos incluyen cereales para el desayuno, panes, botanas, arroz instantneo, pasta instantnea, modificaciones de almidn, alimentos para animales y para animales acuticos. Este documento, sin embargo, se centrar en la produccin de protenas texturizadas por medio de coccin por extrusin (http://www.aces.uiuc.edu/extrusion,html).14.4 Efectos sobre las vitaminasLas prdidas vitamnicas de los alimentos extrudos dependen del tipo de alimento, de su contenido en agua y del tiempo y la temperatura de tratamiento. Sin embargo, por lo general, en la extrusin en fro las perdidas son mnimas. Las condiciones de la extrusin en caliente y el enfriamiento rpido del producto a la salida de la boquilla, hacen que las prdidas vitamnicas y en aminocidos esenciales sean relativamente pequeas. As, por ejemplo, en un proceso de extrusin de cereales a 154 C el 95% de la tiamina se retiene y nicamente se producen prdidas de poca importancia en la riboflavina, piridoxina, niacina y cido flico. Dependiendo del tiempo al que el alimento se mantiene a una temperatura elevada, las prdidas en cido ascrbico y vitamina C pueden ser de hasta el 50%.De acuerdo con las condiciones de la extrusin, las perdidas en lisina, cistina y metionina son en los derivados del arroz, del 50 90% (FELLOWS, 1994).Cada vitamina tiene sus propias caractersticas de estabilidad durante los procesos trmicos. Los efectos en la estabilidad en las vitaminas durante la extrusin son complicados debido a la accin de la humedad, friccin, altas temperaturas y presin.Las vitaminas liposolubles A, D y E en general, son razonablemente estables durante la extrusin. El nivel de humedad del producto durante la extrusin tiene el mayor efecto sobre la retencin de vitaminas. Como norma general, alto nivel de humedad en el proceso da ms vitaminas retenidas.Las vitaminas hidrosolubles, como la vitamina C y las del grupo B, pueden perder estabilidad durante la extrusin. La extrusin hmeda produce una prdida de vitamina C y tiamina.14.5 Efectos sobre las caractersticas organolpticasLas condiciones de la extrusin en caliente apenas si afectan al color y el bouquet de los alimentos. El color de muchos alimentos extruidos se debe a los pigmentos sintticos adicionados a la materia prima en forma de polvo hidrosoluble o liposoluble de emulsiones o lacas. La decoloracin del producto debido a la expansin, a un tratamiento trmico excesivo o a reacciones que se producen con las protenas, azcares reductores o los iones metlicos; constituyen a veces un problema para la extrusin de algunos alimentos. En la extrusin en fro, entre los ingredientes aadidos a la materia prima se incluyen saborizantes. En la extrusin en caliente este seria un procedimiento inadecuado, ya que se volatizaran a la salida de la boquilla del extruidor. Los aromatizantes encapsulados s se pueden utilizar de esta forma, pero resultan caros. Por ello, en los procesos de extrusin en caliente, estas sustancias se distribuyen sobre la superficie del producto extruido en forma de emulsiones o mezclas viscosas. Sin embargo, esta operacin hace ms viscosos a algunos productos que requieren, por ello un secado posterior. Una de las caractersticas principales de los procesos de extrusin es su capacidad para conferir al producto una determinada textura (DEL VALLE, 1982).14.6Efectos sobre la fibra

La presencia de fibra por ejemplo en la protena de soya extruda inhibe o bloquea la interaccin o unin entrelazada de las molculas de protena necesaria para una buena integracin de la textura. Cambiando la configuracin del extrusor para impartir ms accin de cortado a las protenas de soya que contienen mayores niveles de fibras, se puede alcanzar un producto final con propiedades texturales similares a las de las protenas de soya con menores niveles de fibra.

14.7 Efectos en el pH

Un incremento en el pH de las protenas vegetales antes o durante el proceso de extrusin ayuda en la texturizacin de la protena. Un aumento extremo en el pH incrementar la solubilidad y disminuir en el producto final. Modificando el pH por arriba de 8.0 puede resultar en la produccin de lisoalaninas dainas2. Bajando el pH se produce el efecto opuesto y disminuir la solubilidad de la protena, haciendo a la protena ms difcil de procesar. Los sabores agrios indeseables en las protenas vegetales texturizadas pueden hacerse evidentes, si el pH es ajustado por debajo de 5.0. Haciendo una modificacin hacia el lado alcalino, se incrementar la absorcin de agua. Esto se realiza generalmente utilizando hidrxido de Calcio o hidrxido de Sodio, que es ms ampliamente utilizado al 0.1% aproximadamente o segn se requiera (ANDERSSON, 1981).IV. CONCLUSIONES El proceso de extrusin es una tecnologa barata y productiva que otros procesos de coccin o moldeo, que funciona a una elevada temperatura durante corto tiempo, reduciendo la contaminacin microbiana e inactiva los enzimas, lo que hace posible que los alimentos extrudos en caliente se conserven, principalmente, por su baja actividad de agua. Adems, cambiando la proporcin de ingredientes minoritarios y las condiciones durante la extrusin puede obtenerse una gran variedad de productos. La extrusin ofrece un amplio abanico de posibilidades, tanto para el tratamiento de materias primas, como para el tratamiento de piensos completos. Es cierto que algunas de las ventajas que aporta la extrusin pueden conseguirse por otras vas, pero es igualmente cierto que estas alternativas son ms especficas y no poseen la diversidad de aplicaciones de la extrusin. En cuanto a su futuro en el campo de la alimentacin animal se puede considerar como un proceso plenamente instaurado tanto en los tratamientos de la soya como en los piensos para animales de compaa. En pleno desarrollo estaran las mezclas de cereales u otros productos con oleaginosas o proteaginosas, piensos para primeras edades y para acuicultura. En el futuro se podra emplear para el tratamiento de restos y subproductos de la industria alimentaria, concentrados para vacuno de leche, piensos para quidos, y probablemente otras aplicaciones que hoy no vislumbramos. Se ha conocido los diferentes equipos de extrusores y sus diferentes partes, estas en su conjunto son los encargados de que el alimento sea extrudo de diferente forma y manera.

V. BIBLIOGRAFA

1. ANDERSSON,Y.;B.HEDLUND;L.JONSSON;S.SVENSSON.1981.EXTRUSION COOKING OF A HIGH FIBER CEREAL PRODUCT WITH CRISPBREAD CHARACTER. CEREAL. CHEMISTRY.2. CASAS, J. 1996. EVALUACIN DE LOS PARMETROS DE EXTRUSIN DE UNA MEZCLA DE HARINAS DE HABAS Y MAZ USANDO EL MTODO DE SUPERFICIE DE RESPUESTA. TESIS M. SC.3. CISNEROS, F. 2000. EXTRUSIN DE ALIMENTOS. CURSO DE EXTENSIN. UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA. LIMA, PER.4. DE ANGELIS, R.C., ELAS, L. G., BRESSANI, R. 1982 MEZCLA DE CEREALES I. VALOR NUTRICIONAL DE LAS PROTENAS DE LAS MEZCLAS. ARCH. LATINOAMER. 5. DEL VALLE, F.R., H. VILLANUEVA, J. REYES-GOVEA, M. ESCOBEDO, H. BOURGES, J. PONCE AND M.J. MANOZ, 1981. DEVELOPMENT, EVALUATION AND INDUSTRIAL PRODUCTION OF A POWDERED SOY-OATS INFANT FORMULA USING A LOW-COST EXTRUDER. J. FOOD SCI. 6. FELLOWS, P. 1994. TECNOLOGA DEL PROCESADO DE LOS ALIMENTOS, PRINCIPIOS Y PRCTICAS. EDITORIAL ACRIBIA. ZARAGOZA, ESPAA.7. HARPER,J.M.1981. EXTRUSION OF FOODS. VOLUMES I AND II. CRC PRESS INC. FLORIDA, USA.8. HODSON DE JARANILLO, E. 1996. PROCESAMIENTO Y CONSERVACIN DE ALIMENTOS EN AMRICA LATINA. COLCIENCIAS. BOGOT, COLOMBIA.9. OKINI,J.L.; H.CHI-TANG M.KARWE.1992. FOOD EXTRUSION SCIENCE AND TECHNOLOGY. STATE UNIVERSITY OF NEW JERSEY.10. MERCIER,C.; P.LINKO; J.M.HARPER.1998. EXTRUSION COOKING. AMERICAN ASSOCIATION OF CEREAL CHEMISTS, INC. MINNESOTA, USA.11. MILLER, R.C. 1990. MANUAL DE EXTRUSIN. ASOCIACIN AMERICANA DE SOYA.NEW YORKEUA.12. http://www.aces.uiuc.edu/extrusion.htm.13. http://www. dow/polyolefilm/la/span/process/extrusion.htm.14. http://www.mtas.es/insh/EncOIT/pde/tomo3/67.pdf.htm.15. http:/www.proexa-cl/alextruidos.htm.ANEXOSANEXO N 1

TIPO DE EXTRUSORES

1.Extrusor de tornillo individual

Muchos diseos importantes y avances metalrgicos han sido incorporados a este tipo de extrusor. Entre ellos tenemos, el rediseo del tomillo y el barril, dando como resultado, dados ms grandes, un producto mejor terminado, con una larga duracin y menores costos de reparacin en todas las partes cambiables. Un preacondicionador ms eficiente aumenta la capacidad del extrusor, su eficiencia y la calidad del producto. Ver figura N 35.

FIGURA N 30Extrusor de tornillo individual

Los extrusores de este tipo aseguran una mayor capacidad de produccin con menor gasto de energa. Este menor requerimiento especfico de energa mecnica, es el resultado de un diseo nico del tomillo y barril. La combinacin de la profundidad de las aspas, el perfil y el ngulo de la hlice, optimizan la conversin de energa mecnica a calor por medio de friccin, minimizando el desgaste.Los componentes del barril: tornillos, mangas y arandelas de bloque (shearlocks), son aleaciones de acero inoxidable exclusivas de la empresa; como se muestra en la figura N 36. Como resultado de estas aleaciones, los componentes ofrecen una mayor resistencia al desgaste, aumento en la vida til del barril, y una significativa reduccin del costo de mantenimiento y operacin del extrusor.

FIGURA N 31Tornillo individual para extrusora individual

2. Extrusores de un solo tornillo

Los extrusores son trmicamente eficientes son diseados para la produccin de alimentos de formas y figuras delicadas; tales como botanas y productos medio terminados, Ejemplo: aglutinados altos en protena (los cuales pueden ser laminados en hojuelas), protena vegetal de textura densa anloga a la de la carne, y alimentos semihmedos para mascotas.Barriles recubiertos y tomillos huecos permiten tanto calentamiento como enfriamiento de productos que no se prestan a la coccin y/o formacin en extrusores de cocimiento convencionales. Ver figura N 37.Los productos que se beneficiaran al ser procesados en extrusores de bajo corte, incluyen:

Productos de papa productos de almidn.

Pastas de rpido cocimiento dulces quesos.

Botanas productos de protena vegetal.

Alimento semihmedo para mascotas Productos de carne.

Productos con alto contenido de humedad, tales como budines, rellenos y betunes.

FIGURA N 32Extrusores de un solo tornillo3.Extrusor MAGNUM de tornillos gemelosEs un diseo co-rotacional, de cernido interno y autolimpiable. Las proporciones normales entre longitud y dimetro, son de 25.5:1 o de 13.5:1. Proporciones adicionales pueden ser obtenidas debido al diseo modular de la serie MAGNUM. Cada segmento del barril esta equipado con ranuras para la circulacin de lquidos termales para el calentamiento y/o enfriamiento del producto. La relacin de contacto entre el lquido termal y el producto extruido proporciona la ms alta transferencia de calor, mejorando el proceso de extrusin al proveer un control ms preciso sobre la temperatura del producto con relacin al tiempo.Muchos avances metalrgicos y de diseo han sido aplicados en la fabricacin de los extrusores, como se muestra en la figura N 38. Entre estos avances podemos mencionar, componentes de tornillos y barriles totalmente rediseados, que dan como resultado un producto mejor terminado, una larga duracin del equipo y menores costos de reparacin en todas las partes cambiables. Un preacondicionador ms eficiente aumenta la capacidad del extrusor, su eficiencia y la calidad del producto

FIGURA N 33Extrusor MAGNUM de tornillos gemelosLos extrusores garantizan mayor capacidad de produccin con menor costo de energa. Esta baja en la necesidad de energa mecnica para operar, se debe a un diseo nico en las aspas del tornillo y en las ranuras del barril. La combinacin de la profundidad, espesor y ngulo de las hlices, optimiza la conversin de energa mecnica en calor por medio de la friccin, al mismo tiempo que minimiza el desgaste.Los componentes del barril: tornillos, mangas y candados, estn hechos con aleaciones de acero inoxidable exclusivos de la empresa. El resultado es una mayor resistencia al desgaste, aumento en la vida til del barril y una significativa reduccin en el costo de mantenimiento y operacin del extrusor.4.Extrusor de tornillo nico serie optimaVarios importantes refinamientos han sido incorporados a esta nueva familia de extrusores de tornillo individual. Tales refinamientos son el resultado de 4 dcadas de experiencia en equipos de extrusin, adems de un constante esfuerzo para perfeccionar y expandir la tecnologa de extrusin.

Las ventajas de produccin ofrecidas por parte de la ms nueva de las disciplinas de extrusin y en cientos de establecimientos comerciales e instalaciones productivas alrededor del mundo.Extrusores ptima aseguran una mayor capacidad de produccin con menor gasto de energa. Este menor requerimiento especfico de energa mecnica, es el resultado de un nuevo eje de mando y un diseo innovador del tornillo y el barril. La combinacin de la altura de ala, el perfil y el ngulo de la hlice, optimizan la conversin de energa mecnica en calor por medio de friccin, minimizando el desgaste. Ver figura N 39.

FIGURA N 34Extrusor de tornillo nico serie optimaAl optimizar la utilizacin de todos los recursos de energa requeridos, ambos mecnicos y de vapor, se obtienen aumentos de eficiencia a niveles que oscilan entre el 30% y el 50% ms que los alcanzados anteriormente en forma prctica. Esta mejora del funcionamiento, se obtiene al redisear los componentes de la toma de fuerza del extrusor y el ensamblaje del preacondicionador, sin comprometer las capacidades de control del extrusor, calidad del producto terminado, facilidad de operacin, o la vida til de los componentes vitales del equipo.

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