control de calidad del proceso y los productos cocidos por ... · control de calidad del proceso y...
TRANSCRIPT
Control de calidad del proceso
y los productos cocidos por
extrusión
CAENA, Seminario de extrusión
Buenos Aires, Argentina
18 de septiembre de 2012
Joe Kearns
Wenger Manufacturing, Inc.
Análisis de productos
Pruebas de laboratorio de alimentos
para mascotas
• Humedad
• Actividad del agua
• pH
• Análisis de grasas/lípidos
• Tamaño de partículas
• Densidad aparente
• Gelatinización del almidón
• Absorción de grasa
• Durabilidad del pellet
• Dureza del pellet
• Textura
• Propiedades viscosimétricas
• Analizador de la fase de transición
Humedad - Método rápido
NIR - Sobremesa
• Análisis exhaustivo
: Grasa, proteína, fibra, almidón, humedad
• Resultados rápidos
• Información general
• Calibración específica
Actividad del agua (Aw)
• Aw es la medida del estado de energía del agua en el sistema
• Se define como la presión del vapor de agua dividido por la misma presión de agua pura a la misma temperatura. Cuando se obtiene un equilibrio entre el vapor y la temperatura, el valor Aw de la muestra es igual a la humedad relativa del aire que rodea la muestra.
• Aw = Humedad relativa en equilibrio (ERH) % / 100
• La actividad del agua afecta: El crecimiento microbiano (la mayor parte de las bacterias no
crecen con un Aw inferior a 0,91)
Formación de moho (la mayoría de los mohos no crecen con un Aw inferior a 0,80)
Vida útil
Textura Migración de la humedad
Apelmazamiento y aglutinación
Actividad del agua
*Feed Technology Update, Oct. 2006, Vol. 1, Número 9, págs. 13-17
Características del producto
0 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
Actividad del agua (aw)
Humectantes añadidos
Alimento estándar
para perros
% c
on
ten
ido
de
hu
me
da
d d
el
pro
du
cto
(M
CW
B)
Actividad óptima del agua
0
5
10
15
20
25
0,60 aw
13,0%
9,5%
pH
MICRO-
ORGANISMO
CRECIMIEN
TO pH
CRECIMIEN
TO aw
Salmonella
spp. 4,5 - ? >0,95(a)
Staphylococc
us aureus 4,2 - 9,3 >0,86
Listeria
monocytogen
es
4,4 - 9,4 >0,92(d)
Bacillus
cereus 4,9 - 9,3 > 0,95
Escherichia
coli 4,6 - 9,5 > 0,935
Streptococcu
s pyogenes 4,8 - < 9,2 NR
Análisis de grasas/lípidos
• Extracto etéreo
• Hidrólisis ácida
: Siempre arrojará un valor más alto
: Rompe todos los complejos proteína/lípido o
almidón/lípido
: Arroja un valor de lípidos "verdadero"
Análisis del tamaño de partículas
Análisis del tamaño de partículas de una receta
típica de alimento para perros
20
30
40
50
60
80
Pan
850
600
425
300
250
180
0
1,0
3,0
28,0
29,0
21,0
14,0
4,0
Criba estándar
de EE.UU.
Aberturas
en micrones
Porcentaje
de la criba
Diámetro medio promedio: 327 micrones
Desviación geométrica estándar: 1,58
Densidad aparente
• Importancia de la densidad
aparente : Llenado de bolsas
: Capacidad de la planta
: Aspecto del producto
: Absorción de recubrimientos de
aceite externos
: Durabilidad del pellet
: Cocción
: Características de hidratación
Gelatinización del almidón
• Afecta
: Valor alimenticio
: Estabilidad del agua
: Durabilidad durante la
manipulación
• Proceso de monitoreo
Prueba de gelatinización del almidón
MUESTRA
Agua NaOH
Cocción
HCl Amortiguador
Digestión de enzimas
Análisis de glucosa
Para
alm
idón
tota
l P
ara
alm
idón
gela
tiniza
do
Método de la glucoamilasa modificada para determinar el grado de gelatinización de los productos
extruidos
Este procedimiento determina en forma cuantitativa el
grado de almidón gelatinizado en los productos
alimenticios a base de cereales. Se basa en la
hidrólisis de un sustrato de carbohidratos ricos en
glucosa que sigue el principio de que el almidón
gelatinizado es digerido fácilmente por la
glucoamilasa para formar glucosa. El almidón total
también se determina mediante un procedimiento
similar, con la excepción de que el almidón crudo o
intacto de la muestra se gelatiniza antes de la
digestión enzimática.
Comparación de métodos
• DSC
: Solamente mide la amilopectina cristalizada
: Arroja un valor superior que los métodos
enzimáticos
: Debe contar con una muestra de referencia
• Enzimático (método de la glucoamilasa modificada)
: Aporta un valor de almidón más "preciso"
• Otros métodos enzimáticos
: Más complejos = mayor variabilidad
Método DSC (calorimetría diferencial de
barrido) para la determinación de la
gelatinización de almidones
• El DSC usa una muestra de
20 mg frente a la muestra de
500 mg del método
enzimático
• El DSC requiere una fuente
de almidón puro para el
análisis de la muestra
• El método DSC arroja
valores superiores al método
enzimático
• El método DSC requiere una
muestra de almidón crudo
para usar como valor de
referencia “O”
Método para
determinar % de
cocción
Gelatinización
del almidón (%)
Método DSC 57,8
Susceptibilidad a
la acción de las
enzimas
40,0
Comparación de métodos de gelatinización
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Método de gelatinización enzimática (%)
Mé
tod
o d
e g
ela
tiniz
ació
n D
SC
(%
)
Absorción atmosférica de grasas
• La prueba indica el
nivel máximo de
agregado de grasa a
condiciones
atmosféricas
• Aumenta la densidad
de la pieza mediante la
sustitución de aire con
aceite
Absorción de grasas al vacío
• La prueba indica el
nivel máximo de
agregado de grasa
• Aumenta la densidad
de la pieza mediante la
sustitución de aire con
aceite y penetra
profundamente en el
trocito después de la
liberación del vacío
Efecto de la densidad aparente en la absorción de aceite
10
15
20
25
30
35
40
45
410 430 450 470 490 510 Densidad aparente del producto (g/l)
Abso
rció
n d
e g
rasa
(%
)
Vacío
Atmosférica
Analizadores de durabilidad de pellets
Analizador
SeedBuro Analizador portátil
Holmen
Analizador
automático Holmen
Durabilidad del pellet
La prueba simula polvillos generados por
manipulación
FUERZA
RESISTENCIA
DEL PELLET =
PICO DE FUERZA
SECCIÓN TRASVERSAL DEL PELLET
Resistencia del pellet
• Relacionado a la durabilidad del
pellet
• Indica las propiedades "en boca"
TA-XTPLUS fabricado por Stable Micro Systems
Analizador de texturas
Rango de fuerza: +/- 5Kg, +/- 30KG, +/-
50Kg
Rango de velocidad: 0,01-40 mm/seg
Efecto de la grasa interna sobre la dureza del pellet
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
6 10 14 18 22 26 30
Grasa interna (%)
Du
reza d
el p
ellet (g
/mm
2)
Viscoanalizador rápido (RVA)
Viscoanalizador rápido (RVA)
Medidas:
: Viscosidad o propiedades de empastado del almidón
: Características de absorción
: Grado o tipo de cocción de los productos finales
Beneficios:
: Control de calidad sobre las materias primas que ingresan
: Solución de problemas del proceso
: Capacitación del operador
0 4 6 12 18 20 16 14 10 8 2
Viscoanalizador rápido
Tiempo (minutos)
Vis
cosid
ad (cP
)
Tem
pera
tura
(0C
)
Viscosidad
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
3000
2750
2500
2250
2000
1750
1500
1250
1000
500
250
0
Temperatura Cristalino
Gelatinizado
Hinchado (viscosidad máxima)
Disperso
Degradado
Típica curva RVA de empastado
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5 10 15 20 25
Time (min)
Vis
co
sity (
RV
U)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Te
mp
era
ture
(C
)
Peak
Time
Holding Strength
Peak
Viscosity
Final Viscosity
Temperature
Setback
Pasting
Temperature
Breakdown
Comparación RVA de alimentos
acuáticos
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 200 400 600 800 1000 1200 Tiempo (segundos)
Vis
co
sid
ad
(cP
)
0
20
40
60
80
100
120
Tem
pera
tura
(C
els
ius)
Temperatura
Muestra B Extruida - Valor SME bajo
Muestra B Prensada - Valor SME bajo
Muestra A Extruida - Valor SME alto
10 g de sólidos 25 ml de agua
Igual receta
Análisis RVA de las recetas de alimentos para mascotas
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 200 400 600 800 1000 1200
Tiempo (segundos)
Vis
co
sid
ad
(cP
)
0
20
40
60
80
100
120
Tem
pera
tura
(C
els
ius)
Maíz
Trigo Arroz
Todas las recetas que contienen
28% carne de ave
8% harina de gluten de maíz
64% fuente del grano
Molido con malla de 4/64"
7 gramos de sólidos
25 ml de agua
Temperatura
Ref: L20000703-001
Índice de flujo
• Indica la dificultad de procesamiento en recetas con harina de
pescado
• Controla la calidad de las materias primas que ingresan
1) Desvincule al personal del contacto con el producto 2) Reduzca los costos laborales
3) Visualice y controle instantáneamente las cualidades
del producto
Medición en línea de las
cualidades técnicas del producto
Sistema de análisis del producto en línea
Sistema de análisis en línea con
infrarrojo cercano (NIR)
Características básicas: • Sistema basado en fotodiodos
• Recopilación de datos simultáneos en todas las longitudes de onda : Rápida integración 20 ms
• Patrón de cerámica continuamente monitoreado para medir la estabilidad
• Videocámara con iluminación independiente para monitorear el flujo, color y recuento de manchas
• Temperatura estabilizada internamente para un funcionamiento uniforme
• Ventana de zafiro
• Transferencia de calibraciones entre la unidad en línea y la unidad de sobremesa
Cortesía de Perten Instruments
Mediciones NIR en línea*
Monitor HMI PLC Ubicación: Mezcladora de lotes, extrusora
Analizador NIR en
línea
*De Perten
32,2% de proteína 7,8% de grasa
4,2% de fibra 5,6% de ceniza
9,8% de humedad 11,8% de almidón
¡Advertencia! Posible presencia de melamina
Humedad del producto (trocitos húmedos y secos)
Temperatura del producto
Imagen (aspecto visual y tamaño de los trocitos húmedos y secos)
Densidad aparente (trocitos húmedos y secos)
Sistema de densidad aparente en línea
Llenado excesivo de trocitos en el vaso de muestra
Medición de densidad aparente de trocitos
húmedos en línea (después de la extrusión) y de
trocitos secos (después del secado) cada 45
segundos.
Sistema de muestreo de diseño especial con
rendimiento garantizado en cuanto a la
repetibilidad del pesaje.
Nivelación de los trocitos en el vaso de muestra
Sistema de densidad aparente en línea
Aspecto visual del producto
Determinación del diámetro del producto
Determinación del área del producto
Color del producto
Estructura del producto
Tamaño de partículas
Sistema de imágenes
(opcional) integrado al
sistema de densidad aparente
para obtener un análisis
visual en línea del producto.
Sistema de densidad aparente en línea
Medición de la humedad del producto
(opcional) mediante tecnología de
microondas (Intel Scan) con una precisión
garantizada de ±0,5% de humedad integrada
en el sistema de densidad aparente.
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Minutos
H
um
edad (
%)
Sistema de densidad aparente en línea
1) La frecuencia de muestreo se suele controlar a
través de cada operador individual.
2) La precisión varía entre un operador y otro.
Desventajas del muestreo de densidad
manual
1) Calibración libre (sólo celda de carga).
2) Frecuencia de muestreo = 45 segundos.
3) Precisión = ±3-8 g/l – 0,19-0,50 lb/pie3 para todo tipo de
alimento humano y animal (garantía escrita de
rendimiento).
Reemplace el muestreo manual por un
sistema de densidad aparente en línea
Principio de funcionamiento patentado del sistema de
densidad aparente
Muestreo del
producto
Nivelación del vaso
Muestra lista para el
pesaje de la densidad
aparente
Vaciado de la muestra
nuevamente en el flujo del
producto después del pesaje
Diseño mecánico del sistema de densidad aparente
Celda de carga
Dos cilindros neumáticos
Armazón de acero inoxidable para
todo tipo de resistencia (peso
180kg/400 lb)
Materiales plásticos para el vaso
de muestreo y la carcasa
aprobados por la FDA
Sistema CIP para la
limpieza del vaso de
muestreo
Sistema de limpieza
in situ (CIP)
1) Purga por
corriente de aire
2) Desinfección por
luz UV
Producto: Copos de cereal Tamaño de producto: 10x20 mm – 0,40”x0,80” Precisión: ±1-3 g/l – 0,06-0,19 lb/pie3
Producto: Trozos de análogos de la carne Tamaño de producto: 12x12 mm – 0,47”x0,47” Precisión: ±3-6 g/l – 0,19-0,38 lb/pie3
Producto: Alimento para perros Tamaño del producto: ø18,0 mm – 0,7” Precisión: ±3-8 g/l – 0,19-0,50 lb/pie3
Producto: Alimento para gatos
Tamaño de producto: Cruz de 12 x 12 mm – 0,47”x0,47”
Precisión: ±2-6 g/l – 0,12-0,38 lb/pie3
Producto: Cereales expandidos (con base de arroz) Tamaño de producto: 15x20 mm – 0,60”x0,80” Precisión: ±1-3 g/l – 0,06-0,19 lb/pie3
Producto: Alimentos acuáticos Tamaño del producto: ø10 mm – 0,40” Precisión: ±2-6 g/l – 0,12-0,38 lb/pie3
Precisión en el pesaje del sistema de densidad aparente (BDS)
Instalación del BDS en el proceso de extrusión
BDS instalado bajo la carcasa de la cuchilla
de la extrusora
BDS instalado a continuación de la secadora y recubridora
BDS instalado a continuación del sistema de transporte neumático
110-230V Suministro
de aire
24 VCC
Celda de carga
Sistema SCADA Visor externo
Instalación eléctrica y comunicación
1) Panel de control independiente
2) Incorporado en la pantalla de
control Wenger
Ventajas del sistema de densidad aparente
1) Cálculo de la cocción del almidón gracias al control de la densidad aparente.
2) Llenado de bolsas controlado gracias al control de la densidad aparente.
3) Mayor capacidad de la secadora gracias al control del espesor de capa y la óptima
utilización posterior del volumen.
4) Mayor flexibilidad de elección de las materias primas gracias al control de la
densidad en línea.
5) Mejor documentación de la producción gracias al registro automático de los
resultados de la densidad aparente (y/o humedad e imágenes).
6) Curva de aprendizaje rápida y eficaz para los operadores de procesos nuevos.