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Universidad Nacional Federico Villarreal Facultad de Ingeniería Industrial y Sistemas Escuela de Ingeniería Agroindustrial DOCENTE: ING. ERICKA SADOVAL ALUMN0S: CERNA CASTILLO SARITA DEL CARMEN GUEVARA BARRIGA TIAGO RENZO PADILLA SANCHEZ STEFANY PIERINA SUAREZ CERNA MELANY LARISSA ZEGARRA CARDENAS GIULIANA CURSO: OPERACIONES UNITARIAS TEMA : EXTRUSION EN CEREALES 2012

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Page 1: EXTRUSION DE CEREALES.pptx

Universidad Nacional Federico VillarrealFacultad de Ingeniería Industrial y Sistemas

Escuela de Ingeniería Agroindustrial

DOCENTE: ING. ERICKA SADOVAL

ALUMN0S: CERNA CASTILLO SARITA DEL CARMEN GUEVARA BARRIGA TIAGO RENZO PADILLA SANCHEZ STEFANY PIERINA SUAREZ CERNA MELANY LARISSA ZEGARRA CARDENAS GIULIANA

CURSO: OPERACIONES UNITARIAS SECCIÓN: “B”

TEMA : EXTRUSION EN CEREALES

2012

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Introducción Extrusión es la operación de dar forma de una

sustancia plástica o material moldeable forzando su paso a través de una restricción o apertura.

La extrusión se ha empleado industrialmente durante los últimos 50 años.

Inicialmente el uso de la extrusión se limitaba a mezclar y dar forma a macarrones y pellets de cereales “ready to eat”.

En la actualidad, un extrusor se considera un bioreactor de alta temperatura y corto tiempo de residencia que transforma una amplia variedad de materias primas en intermedios modificados o productos finales.

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Esta nueva percepción y la evolución creciente de la tecnología se debe a:

Alta capacidad de procesado en continuo y eficiencia energética.

Procesado de materiales relativamente deshidratados y viscosos.

Mejora de las características de textura y sabor de los alimentos.

Control de cambios térmicos de los constituyentes de los alimentos.

Uso de ingredientes no convencionales

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Revisión históricaLos procesos de extrusión y los equipos de extrusionado fueron desarrollados simultáneamente en varias industrias y países durante los dos últimos siglos.

En 1779 ya se empleaba un sistema manual para el procesado de pasta.

En 1860-63 aparecen la primeras producciones industriales de cereales para desayuno en Michigan y Nueva York.

En 1894 Will Keith Kellog inventa los primeros “corn flakes” que empezarán a comercializarse de forma generalizada a partir de 1906.

En 1900-1902 primera prensa-extrusora en continuo para obtención de aceite de linaza.

En 1930 se desarrolló el primer extrusor de husillo único para la producción continua de pasta. Desde el siglo XIII que se introdujo en Europa se realizaba por cargas, pero a pesar de ello, hasta 1940 aún se producirá la pasta de forma generalizada mediante sistemas por cargas

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En 1939 los primeros rizos de maíz fueron extrusionados.

A lo largo de 1940 se desarrollaron y refinaron diferentes extrusores de único husillo para la obtención de aceite a partir de semillas oleaginosas, sustituyendo muchas de las menos eficientes prensas hidráulicas obtenidas para este propósito.

Entre 1950 y 1960 se desarrollan las primeras instalaciones de comida extrusionada para animales

Entre 1960 y 1970 aparecen los primeros sistemas de cocción y conformado en continuo para la obtención de cereales RTE, Petfoods de humedad intermedia, cereales basados en almidón pregelatinizado y TPP (texturized plant proteins) y sistemas para la inactivación de inhibidores del crecimiento, enzimas, etc

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En 1970 nuevas generaciones de extrusores de simple y doble husillo

Extrusores de doble husillo se fabrican en Europa desde hace más de 35años, pero sólo a partir de los 80 se interesan las empresas de USA

A partir de la década de los ochenta, proliferación del uso de los extrusores. Estudios relacionados con los biopolímeros, nutracéuticos. El extrusor bioreactor en continuo

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Aplicaciones industriales.

Elaboración de dulces: Chicles, Mazapán, Caramelos, Barritas de frutas y chocolate

Industria cárnica: Proteínas vegetales texturizadas

Industria láctea: Proteínas texturizadas, Procesado de queso, Helados

Ingredientes: Sabores Maillard, Almidones modificados, Nutracéuticos.

Procesado de cereales :

Alimentación humana: Cereales para desayunoAperitivosAlimentos infantiles

Alimentación animal: Fish foodsPet foods

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Los cereales tales como el trigo , cebada y avena cocidos se han consumido desde siempre. Pero, los cereales RTE son relativamente recientes

Los primeros cereales desarrollados por Kellogs fueron los copos de maíz para desayuno

Hoy en día se consume en el mundo 3 millones de toneladas al año

USA y EU el consumo es alto pero el crecimiento de marcado es bajo.

Tendencias.

•Adultos productos sanos, naturales y enriquecidos

•Niños productos sanos y sabores y colores atractivos

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En las tres ultimas décadas la tecnología de la extrusión ha dado lugar a un nuevo

concepto HTST. Cocción continua de amplia gama de recetas, formas texturas, sabores.

En el mercado se pueden encontrar dos tipos de cereales

Cereales de desayuno directamente

expandidos y cocidos por extrusión

Cereales de desayuno aglomerados en copos cocidos por extrusión

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Aplicaciones: Cereales para desayunoProductos expandidosEn el proceso de cocción por extrusión con expansión directa, el

extrusor no solo cuece las materias primas, si no que también texturiza y da Forma a los productos finales. Las etapas típicas de un proceso DEEC son las 5 siguientes:

1. Mezclado de materias primas e ingredientes básicos.2. Cocción por extrusión en un extrusor corto con cocción final.3. Secado o tostado.4. Recubrimiento con jarabe5. Secado y enfriado

Materias primas secas (mezclas de harinas de maíz, trigo, arroz y avenas) y de ingredientes (almidones modificados, salvado, azúcar, emulsificantes, cloruro sódico, fosfato cálcico, etc.)

Extrusor de tornillo simple o doble husillo co-rotante.Inyección de agua mediante bomba en zona de alimentación.Expansión súbita a la salida del troquel.

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Aplicaciones: Cereales para desayunoCaracterísticas del proceso:Procesado en extrusores cortos con una configuración

del husillo simple que tiene una sección de cocción en posición terminal de alto cizallamiento.

Relación L/D: 9-15El contenido en humedad en el extrusor: 16-20%.Velocidad del husillo: 200-450 rpmTrabajo mecánico >> Trabajo térmico.Humedad del producto extrusionado: 7-10%, secado 2-

3 %Producto en la boquilla: 60-160 bar

150-180 ºC

EXPANSION

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Aplicaciones: Cereales para desayuno

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Aplicaciones: Cereales para desayunoPRODUCTOS DE EXPANSION RETARDADA

Este proceso se utiliza para elaborar cereales para desayuno en copos aglomerados cocidos por extrusión.

En este caso, el extrusor solamente cuece las materias primas, produciéndose posteriormente los aglomerados por laminación.

Las etapas de este proceso son siete en este caso:1. Mezclado de materias primas e ingredientes básicos.2. Cocción termomecánica del extrusor3. Formación de aglomerados.4. Aminación de aglomerados.5. Secado / tostado.6. Recubrimiento con jarabe7. Secado /enfriamiento

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Aplicaciones: Cereales para desayuno La mezcla de ingredientes es idéntica. La mezcla entra a la sección de cocción del

proceso mediante un alimentador. La sección de cocción consiste en primer lugar en un pre acondicionador que

calienta (75-85ºC) y humedece(18-20%) la mezcla. Se emplea un extrusor largo, con diferentes secciones de configuración compleja.

Con secciones de transporte de bajo ángulo intercaladas. Varias secciones de cocción, al final sección de enfriamiento con alta transferencia de calor y sistema de desgasificación

El producto se alimenta al troquel multi-agujereado con objeto de darle forma y cortarlo. Salida a 80-95ºCy 20-25% de humedad.

Los gránulos aglomerados se atemperan en un tambor a 40-60ºC Los gránulos aglomerados pasan a un alimentador vibratorio, cayendo a

continuación en la zona de rodillos dónde se aplastan. El formador de escamas consiste en dos rodillos que giran, y que puede regularse

la distancia entre ellos. Estos rodillos están refrigerados internamente y costan externamente de elementos rascadores

Las escamas gomosas entran en la unidad de secado-tostado. Fase 1: Tratamiento de choque (220-270 ºC) secado e hinchado. Fase 2:Tostado(160-200 ºC). Fase 3 : Enfriado escamas infladas y tostadas.

Finalmente recubrimiento con jarabes, secado y enfriado

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Aplicaciones: Cereales para desayunoCaracterísticas del proceso:

Equipamiento: Extrusor de doble husilloConfiguración del husillo más compleja con varias secciones

decocción en serie y bajo cizallamiento.Relación L/D: 20-30El contenido en humedad en el extrusor: 22-26%.Velocidad del husillo < 200 rpm.Etapa previa de pre-acondicionado.Módulo de desgasificaciónHumedad del producto extrusionado: 20-22%.Temperatura del producto extrusionado: 80-95 ºC.Energía mecánica baja, y energía térmica moderada

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Aplicaciones: Cereales para desayunoCOMENTARIOS DE LA LITERATURA

Esta tecnología permite de forma económica producir una amplia gama de productos, con sabores, texturas, aromas, formas y características nutricionales extremadamente diversas.

Son procesos continuos , altamente flexibles y de alta productividad

Los objetivos futuros de los diseñadores de procesos y productos deberían ser la mejora tanto de las

Productividad es del proceso como de la calidad del producto.Y por otro lado desarrollar nuevos conceptos de productoLimitaciones: escasos conocimientos de operaciones unitarias de

la cocción termomecánica de los cereales y procesos de texturización en el troquel

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EL PROCESO DE EXTRUSION EN SECOEs posible usarlo en productos con elevado

contenido en aceite, como por ejemplopara el procesado de habas de soja, puesto que el

propio aceite lubrica el paso por la matriz.Este procedimiento de extrusión en seco tiene el

inconveniente de alcanzar temperaturas muy elevadas, a diferencia del proceso en húmedo, con lo que disminuye la lisina disponible. En cambio, este procedimiento no es posible aplicarlo a cereales o piensos, por la imposibilidad física de trabajar con la máquina a este nivel de humedad.

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EL PROCESO DE EXTRUSION EN HUMEDOEn la extrusión en húmedo es muy

importante conseguir que el producto a procesar esté bien molturado, que podamos regular la temperatura de las diferentes secciones del proceso para conseguir la máxima calidad nutritiva del producto, y que el agua y el vapor sean adecuados para conseguir el nivel de humedad necesarios, la presión y la superficie de apertura de la matriz idóneos para que el producto salga con la máxima calidad y el mínimocoste

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ACONDICIONADORAS Y EXTRUSORAS DE CORTO TIEMPO/ALTATEMPERATURAEl proceso de acondicionamiento implica una serie de etapas:- Acondicionamiento a presión atmosférica por medio de vapor

y agua a unatemperatura de salida del producto de 70-100ºC.- Un método de aplicación del agua añadida ya sea vapor o

agua muy uniforme.- Una configuración del extruder diseñado para trabajar con el

productoacondicionado.Un medio de elevar la temperatura en el extruder hasta 200ºC

durante un cortoperiodo de tiempo, entre 10 y 25 segundos.- Una matriz capaz de dar forma al producto procesado.- Un sistema de corte del producto elaborado.

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ACONDICIONADORA Y EXTRUSORA A PRESIONEste proceso implica las siguientes fases:- Alimentación del producto a procesar en

una cámara a presión con aplicación devapor a presión reducida.- Tiempo de cocción desde el inicio al final

del proceso entre 2 y 10 minutos.- Matriz que da forma.- Cortador del producto elaborado.Estos procesos descritos tienen diferentes

aplicaciones en el campo industrial.

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NOTA 1:

Un índice cuantitativo que representa una suma de características alimentarias. Estas características incluyen:Relación de eficiencia alimenticia.Durabilidad del producto.Retención de nutrientes.Planta de extrusión del producto.Coste de la fórmula.

NOTA 3:Efectos de incrementar la extrusión por la humedad:- Dramática reducción del desgaste del extruder.- Dramática reducción del consumo de energía eléctrica.- Incremento moderado del consumo de energía en lacaldera de vapor.- Incremento moderado en el coste de secado.- Incremento de la eficiencia alimentaria.- Mejor retención de nutrientes.- Mejora el rendimiento de la alimentación.- Mejora la durabilidad del producto.- Disminución de finos.

NOTA 2:Coste operativo, basado en los datos de producción de la planta.

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Lo que ocurre en el proceso de extrusión En la extrusión de cereales el producto se humedece hasta alcanzar una humedad entre el 22-30% y la temperatura se incrementa por la transformación de la energía mecánica en calor

El agua es sometida a temperaturas muy superiores a las de su vaporización, pero permanece en estado líquido porque se encuentra sometida a elevadas presiones (varias decenas de atmósferas). En el momento en que el producto sale por el agujero de la matriz, el agua que está íntimamente mezclada con el producto sufre un brusco cambio de presión y se evapora instantáneamente. Es por ello que el producto sufre una expansión y las cadenas proteicas así como las de almidón son modificadas, aumentando la superficie y haciéndose más atacable por los enzimas, con lo que el producto se hace más digestible

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EFECTO DE LA EXTRUSION SOBRE los almidonesEl almidón es un hidrato de carbono que se encuentra principalmente en los cereales, tubérculos y otras semillas.

En el proceso de extrusión, el gránulo de almidón absorbe agua y en el instante de salida de la matriz de la extrusora, el agua sometida a presión pasa a la forma de vapor y el almidón sufre un proceso de alineamiento, rizado y rotura El método analítico para determinar la calidad del producto procesado en forma cuantitativa es el método enzimático de la glucoamilasa. Este método mide el % de gelatinización (grado de cocción), que es la cantidad de almidón gelatinizado en la muestra expresada como un porcentaje del total de almidón.

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EFECTO DE LA EXTRUSION SOBRE LAS GRASAS

Los aceites que contienen los cereales, las grasas añadidas a los piensos que posteriormente serán extrusionados, así como los aceites de leguminosas como el contenido en el haba de soja, al ser el producto extrusionado sufren un proceso de emulsión debido a la fuerte presión a que son sometidas las finas gotas de grasa y son recubiertas por los almidones y proteínas, quedando la grasa encapsulada. Para realizar la determinación correctamente es necesario emplear el método de hidrólisis ácida y extracción posterior, puesto que con el método de Extracto Etéreo no se consiguen los resultados que corresponden en realidad al producto. La grasa al ser emulsionada es más atacable por los jugos digestivos de los animales, aumentando por tanto la energía del producto. Generalmente las lipasas y peroxidasas son inactivadas durante el proceso de extrusión en condiciones normales, mejorando la estabilidad posterior del producto.

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EFECTO DE LA EXTRUSION SOBRE LA PROTEINA

La extrusión de productos con elevado contenido proteico se suele realizar generalmente para controlar los inhibidores del crecimiento que están contenidos en las materias primas. Durante el proceso de extrusión, estos inhibidores son suficientemente inactivados para evitar bloquear la actividad enzimática en el intestino. Dentro de los procesos aplicables a productos proteicos con elevado contenido en grasa están los descritos anteriormente, en seco y los dos tipos de húmedo. Estos procesos consiguen productos con factores antitrípsicos correctos desde el punto de vista de su uso en alimentación animal y su diferencia está en que el producto ha sido sometido a diferente humedad y temperatura durante la extrusión.

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EFECTO DE LA EXTRUSION SOBRE LA FIBRA

existen pocos datos publicados del efecto de la extrusión sobre la fibra, aunque se haya estudiado. Así por ejemplo para el caso del trigo se puede decir que la fibra del producto se solubiliza, incrementando la disponibilidad para su fermentación. Así por ejemplo cuando se extrusiona salvado el contenido en fibra soluble se incrementa significativamente. Varias observaciones indican que las paredes de las celulosas del producto extrusionado se adelgazaron y la superficie era más rugosa que la inicialmente de partida. Para conseguir efectos significativos sobre la fibra hay que procesar los productos bajo condiciones muy severas, cosa que no ocurre en condiciones de trabajo normales

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EFECTO DE LA EXTRUSION SOBRE LA vitamina

Cada vitamina tiene sus propias características de estabilidad durante los procesos térmicos. Los efectos en la estabilidad en las vitaminas durante la extrusión son complicados debido a la acción de la humedad, fricción y altas temperaturas y presiones. Las vitaminas liposolubles A, D y E, en general, son razonablemente estables durante la extrusión. El nivel de humedad del producto durante la extrusión tiene el mayor efecto sobre la retención de vitaminas. Como norma general, alto nivel de humedad en el proceso da más vitaminas retenidas. Las vitaminas hidrosolubles, como la vitamina C o del grupo B, pueden perder estabilidad durante la extrusión. La extrusión húmeda produce una pérdida de vitamina C y tiamina.

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MATERIALES Y METODOS Con 24 horas de anticipación se debe de humectar la mezcla a

extrudirdejándola en reposo al menos 16 a 18 horas en refrigeración a 4 gradoscentígrados para que se uniforme la humedad y no se fermente oenrancie. La humectación debe ser rápida y al terminar, tapar y refrigeraren recipientes tapados o cerrados porque si no pierde mucha humedad yse tapa el extrusor.

Unas ves transcurridas las horas de reposo, la avena tiene que molerse ya que por sus características de humedad y grasas es fácil deapelmazar y forzar el motor.

Una vez molida la avena esta se pasa al extrusor.

Ya extrudido el material, se deja en la estufa durante 3 horas para que la

pasta se deshidrate.

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Evaluación fisicoquímica de un producto extraído

Se realizaron diferentes pruebas una ves teniendo ya le material extrudido,dentro de estas pruebas están las siguientes:

índice de expansión (IE) densidad aparente (DA) esfuerzo de corte (EC)

Índice de expansión (IE) : Se realizó de la siguiente manera, el diámetro del extruído fue medido con un vernier y este se dividió entre la apertura del dado del extrusor, el resultado se expresó en mm.

Densidad aparente (DA): El producto se molió y se cribó. Se calculó pesando la cantidad requerida para llenar un recipiente de volumen conocido. Este se expresó como g/lt y se utilizó el promedio de cinco mediciones.

Esfuerzo de corte (EC): Para llevar a cabo esta determinación se utilizó un analizador de textura. Se utilizó una cuchilla móvil con un triángulo recortado (17 mm de ancho, 29 mm de altura y con un ángulo de 62 grados), la base del triángulo con espacio entre los dos soportes fue de 34 mm. La cuchilla se colocó y a la muestra se le hizo un corte transversal.

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En conclusión se puede decir que cuando se incrementa la proporción de almidón en la mezcla, mayores valores de viscosidad se obtienen. Sin embargo, menor viscosidad no corresponde solamente a un menor valor de almidón en la mezcla, sino también la perdida de solubilidad de la proteína por desnaturalización.

CONCLUSION:

La extrusión de alimentosa consiste en una reducción previa del tamaño de partícula del alimento hasta que sea convertida e polvo para hacer que le proceso sea mas sencillo y rápido, este puede ser mediante vía húmeda o va seca ya que lo que se pretende es que una cantidad de alimento convertida en masa se haga pasar a través de un tornillo sinfín para darle la forma deseada.

RESUMEN: