factores a tener en cuenta en la receta / … · de extrusión de alimentos para mascotas ....
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Seminario de Extrusión
CAENA, Buenos Aires, Argentina
FACTORES A TENER EN CUENTA EN LA
RECETA / INGREDIENTES Joe Kearns
18 de septiembre, 2012
1) Materia prima
2) Configuración del sistema
(Hardware)
3) Condiciones de elaboración
(Software)
4) Especificaciones del producto final
Cuatro áreas importantes para
evaluar/organizar un proyecto
de extrusión de alimentos para
mascotas
Análisis del tamaño de las partículas de una receta
típica de alimentos para mascotas
20
30
40
50
60
80
Pan
850
600
425
300
250
180
0
1,00
3,00
28,00
29,00
21,00
14,00
4,00
Criba estándar
de EE.UU.
Abertura en
micrones
Porcentaje
de la criba
Diámetro medio promedio: 327 Microns
Desviación geométrica estándar: 1,58
Pautas para la molienda
• Tamaño máximo de la partícula= 1/3 de la
abertura de la boquilla
• Ninguna partícula debe exceder 1,5 mm
Beneficios del tamaño adecuado A. Mejora el aspecto del producto
B. Reduce la incidencia de los orificios de la boquilla rellenos
C. Facilita la cocción
1) Disminuye roturas del producto y granos finos
2) Aumenta la estabilidad y la absorción de humedad
3) Disminuye la densidad del volumen y suaviza la textura
4) Aumenta los niveles de gelatinización del almidón
5) Mejora el rendimiento de la extrusora y preacondicionador
• 6) Disminuye el desgaste de los componentes de la extrusora
7) Disminuye el índice de supervivencia de microbios
8) Mejora la digestibilidad y la palatabilidad
D. Mejora la retención del recubrimiento líquido debido a la
estructura celular
Efectos del tamaño de las partículas de
materia prima sobre el aspecto final del
producto
1,0 mm 1,5 mm 1,0 mm 1,5 mm
Cuando el tamaño de la partícula de la
receta cruda es demasiado pequeño 100% por 425 micrones (malla 40) y 60% por 250 micrones
(malla 60)
• Baja densidad del producto
• Propiedades deficientes para el transporte
de la materia prima a través del sistema de
alimentación
• Hidratación/cocción demasiado rápida que
da como resultado una extrusión inestable
• Mayor cantidad de roturas superficiales y
granos finos
Los componentes de fibra mejoran con molienda de partículas pequeñas y
en consecuencia el aspecto superficial del grano es más suave, incluso
cuando los niveles de fibra son altos
Proteínas
• De origen vegetal
Soja, Legumbres, Trigo/Gluten de maíz, Granos de cereal
Buenas propiedades funcionales
Bajo costo
Necesidad de suplemento para el perfil de aminoácidos
• De origen animal
Carne, Pescado, Aves, Sangre, Gelatina
Escasas propiedades funcionales a menos que sea
fresca o atomizada
Mayores costos aunque en general la palatabilidad es
mayor
Buen perfil de aminoácidos
Comparación de solubilidad de
proteínas animales
Hemoglobina de
sangre secada por
atomización
Harina de
sangre secada
con discos
Efectos de la calidad de las proteínas de
la materia prima
HARINA DE SOJA EN SOLUCIÓN DILUIDA – DESPUÉS DE 30
SEGUNDOS
Efectos del procesamiento de las
proteínas
Métodos de química húmeda
1) Desnaturalización de Proteínas
- Comienza a ocurrir a 55 °C (130 °F)
- Medir PDI (índice de dispersión de la proteína)
- Digestibilidad en un medio ácido
2) Proteínas dañadas por el calor (mala digestibilidad)
- Puede comenzar a 150°C (302°F)
- Medir N2 en una fracción de fibra de detergente ácido
- Mala digestión en medio ácido
Valor biológico proteínico de los
ingredientes frecuentes en alimentos
para mascotas
Huevo
Harina de pescado
Leche
Hígado
Carne vacuna
Harina de soja
Harina de hueso y carne
Trigo entero
Maíz entero
100
92
92
79
78
67
50 (Variable)
48
45
Alimento Valor biológico
Lewis, et al., 1990
1) PDI (Índice de dispersión de la proteína)
2) NSI (Índice de solubilidad de nitrógeno)
Representan una medida de la solubilidad en agua de la
proteína y son indicadores del nivel del tratamiento térmico.
La prueba PDI es más rápido y en general arroja resultados
ligeramente superiores.
Pruebas de laboratorio para indicar la
funcionalidad de la proteína
Efecto de la calidad las proteínas de la
materia prima
Proteína de soja utilizada
para ALIMENTO
ELABORADO (Harina,
concentrado, aislado)
Proteína de soja utilizada
para la ALIMENTACIÓN
(Harina de soja)
Muy oscuro Muy claro
COLOR DEL PRODUCTO
7 PDI 12 PDI 30 PDI 54 PDI
Efecto de los niveles de proteína vegetal en la
extrusión en húmedo
15
17
19
21
23
25
27
29
31
10 15 20 25 30 35 40
Proteínas vegetales de la receta (%)
Extr
usió
n e
n h
úm
edo (
%)
• La proteína se desnaturaliza a 60 – 70 0C
• A medida que la proteína se desnaturaliza, se
vuelve insoluble (no funcional)
• El almidón se gelatiniza a 55 – 75 0C
• A medida que el almidón se gelatiniza, se vuelve
soluble
Sin tratar Sin tratar Después de la
extrusión Proteína
Después de la
extrusión Almidón
Fuentes de proteínas vegetales que
realizan un importante aporte de
almidón
Componente Proteína Grasa Fibra Almidón
% 17 – 30 0.5 – 3.5 5.0 – 6.0 35 - 50
Haba Arveja silvestre Lupino
Almidón
•Carbohidrato – fuente de energía
•Estimula la expansión
•Mejora la adhesión y durabilidad del pellet
•Se encuentra en dos formas
Amilosa
Amilopectina
•Niveles en alimento para mascotas 10 - 60%
Almidón de una papa
cruda aumentada 450
veces
Efectos de la extrusión en los
componentes del almidón
Proceso
Receta sin procesar
Preacondicionador
Extrusora
Secadora
% Cocción
15,5
31,6
92,8
96,7
El promedio de cocción del alimento para mascotas
es del 85%
El arroz como fuente
de almidón
1) Son gránulos pequeños y compactos que se
hidratan lentamente
2) Cuando se gelatinizan se vuelven pegajosos
3) Se selecciona una variedad de grano largo en
lugar de mediano o corto ya que son mucho
menos pegajosos cuando se los cocina
4) Se digieren fácilmente incluso cuando los
valores de cocción sean bajos
Foto de W.P. Armstrong
El choclo (maíz) como fuente de
almidón
1) Buena expansión
2) Excelente adhesión
3) Pegajoso en niveles altos
(>40%)
El trigo como fuente de
almidón
1) Buena adhesión
2) Buena expansión
3) Puede ser pegajoso si se lo
cocina en exceso
4) Contiene gluten (buen
aglutinante)
Casava (mandioca, tapioca, yuca)
Producto Casava
frita
Harina
de
casava
Desperdi-
cios de
casava
Harina
de
casava
Proteína 1,90 2,60 2,0 0,3
Fibra 3,00 5,60 7,2 0,1
Soluble
CHO
80,50 73,90 79,2 84,4
Grasa 0,72 0,55 0,5 0,1
Productos derivados
de la papa (aglutinante, absorción)
Producto Harina
de papa
Almidón
de papa
Proteína
de papa*
Fibra de
papa
Proteína 8,6 0,1 79,5 -
Fibra 7,9 - 0,7 72,0
Almidón 71,1 80,0 6,6 12,0
Humedad 7,0 18,0 9,5 -
* pH 2,5 – 4,0
El tubérculo como fuente de
almidón
(Papa & Casava)
1) Excelente aglutinante (en niveles del
5%)
2) Requiere menor nivel total de almidón
3) Buena expansión
4) A menudo precocido
5) Suavidad superficial del pellet
6) Mayor costo
Calor de gelatinización de diferentes
almidones
Fuente de
almidón
Calor de
gelatinización
(cal / gram)
Contenido de
amilosa (%)
Tamaño
(micrones)
Maíz rico en amilosa
Papa
Tapioca
Trigo
Maíz ceroso
7,6
6,6
5,5
4,7
4,7
55
20
22
28
0
5 - 25
15-121
5 - 35
1 - 35
5 - 25
Niveles mínimos de humedad
necesarios para iniciar la
gelatinización del almidón
•Trigo
•Maíz
•Maíz ceroso
•Maíz rico en amilosa
•31
•31
•28
•34
Fuente de almidón % de Humedad
Los niveles bajos de humedad durante la extrusión
requieren mayor temperatura de extrusión para
obtener el mismo nivel de cocción.
Fibra
• Funcionalidad en alimentos para
mascotas
1. Control de bolas de pelo en los
gatos
2. Limpieza de dientes
3. Aglutinante de micotoxinas
4. Bajas calorías
5. Retención de agua
6. Control de niveles de digestión
7. Prebióticos Courtesy of Southey Consultants Ltd
Solubilidad de la fibra
Solubilidad Fibra insoluble Fibra soluble
Fermentabilidad Parcial o baja Inmediata o alta
Ejemplos Salvado de
cereales, verduras
(apio, zapallito), piel
de frutas, cáscara
de verduras,
almidón resistente
Beta-glucano de la
avena, cebada,
pectina de la fruta,
semilla de psyllium,
inulina, raíz de
vegetales,
legumbres, gomas
naturales
VARIEDAD DE INGREDIENTES
1) Variedad
2) Condiciones del cultivo y ubicación
3) Condiciones de cosecha y secado
4) Etapas de almacenamiento y elaboración
a) Tiempo entre la molienda y la extrusión
b) Tiempo entre la molienda/mezclado y extrusión
Variación de harinas de trigo - RVA
Ref: L20010308-002
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 200 400 600 800 1000 1200
Tiempo (Segundos)
Vis
co
sid
ad
(c
P)
0
20
40
60
80
100
120
Te
mp
era
tura
(C
)
Temperatura
3,5 g sólidos
25,0 ml líquidos
Después de los factores que
influyen en la maduración
• Después de la cosecha, tienen
lugar cambios bioquímicos que
están influenciados por el
tiempo de almacenamiento.
Derivados • Salvado de trigo
• Sémola de trigo
• Salvado de arroz
Utilidad de la grasa en el
alimento para mascotas
• Fuente de energía
• Palatabilidad/Aceptación
• Ácidos grasos esenciales
• Conductor de grasa soluble
• Vitaminas
• Control del polvo
Fuentes de grasa • Grasa animal
• Grasa de ave
• Aceites marinos
• Mezcla de grasa animal y vegetal
• Grasas vegetales para la alimentación
El nivel de grasa de los productos extruidos se
determina por hidrólisis ácida, método FAH.
Efecto del aumento de grasa en el
preacondicionador
1. Aumenta la estructura de celdas
2. Disminuye la energía mecánica específica (SME)
3. Disminuye el ritmo de hidratación en agua del producto
4. Mejora la calidad del producto si la grasa se agrega en el dispositivo de recubrimiento
5. Mejora la densidad del producto
6. Reduce la durabilidad del producto, mayor cantidad de granos finos
7. Dificulta el secado del producto después de la extrusión
Efecto de los niveles de grasa en la
calidad del producto (Sistemas
monotornillo)
<7%
7-12%
12-17%
Superior a 17%
• Efecto escaso o nulo
• Por cada 1% de grasa superior al 7%, la
densidad en masa final aumentará 16 g/l
• El producto tendrá poca o ninguna
expansión, pero conservará la durabilidad
• La durabilidad del producto final puede ser
escasa
Niveles de grasa en
mezcla extruida Efectos en la calidad del producto
Para los sistemas de doble tornillo, agregar un 5% a las cifras
mencionadas
Efectos de los niveles internos de
grasa sobre la expansión de los
alimentos extruidos
0
5
10
15
% Grasa
agregada
Densidad en masa
256
309
408
533
g / l
Grasa interna vs. Durabilidad del pellet
R 2 = 0,9974
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Grasa interna (%)
Máxim
a t
en
sió
n d
e c
om
pre
sió
n (
g /
mm
2 )
Para maximinar los niveles de
inclusión de la grasa
1) Formular con ingredientes que tengan alto contenido
de grasa inherente (Ejemplo: harina de lino)
2) Calentar la grasa a 40 – 60 0C antes de la inclusión
3) Agregarla más tarde durante el proceso
4) Mantener la función de los niveles de proteínas/
almidón
5) Aumentar el ingreso de energía térmica o mecánica
6) Aumentar los niveles de humedad durante la
extrusión
Efecto de los realzadores de la
palatabilidad y punto de
introducción
• Sin agregado de grasa ni carne fresca
• Premezcla de grasa agregada en la mezcladora
• Grasa agregada al preacondicionador antes de la extrusión
• Carne fresca y grasa agregada al preacondicionador antes de la extrusión
1,00
2,13
5,58
11,35
Ingredientes y condiciones de
elaboración
Índice de Palatabilidad
Pérdida de vitaminas durante la
extrusión
La retención de vitamina depende de:
• Formulación de la materia prima
• Temperatura
• Humedad
• Tiempo de retención
Durante la extrusión se pierde un promedio de 10-15%
de vitaminas y pigmentos. Se hace la compensación
por medio de excedentes. Se pueden utilizar formas
termoestables de vitamina C.
B1
Retención de vitaminas en condiciones
típicas de extrusión*
Vitamina Retención (%)
A 80-88
D3 Estable
E 85
Riboflavina 74-100
Pantotenato 90
Niacina 80
Colina Estable
Biotina 90
Tiamina 88
Polifosfato de ácido ascórbico 96-100
“Stability of Vitamins During Extrusion”, Food Science and Nutrition, Dr. Mian Riaz, 2009
Sistema de conservación necesario
para alimentos semihúmedos (Humedad del producto final del 16-28%)
1. Menor Aw (actividad del agua) por debajo de 0,70 con
humectantes en niveles de 10-12%
2. Disminución del pH a 4,0 - 4,5 con ácidos en niveles del 1-2%
o con acidificadores líquidos (se consiguen acidificadores
secos como el bisulfato de sodio)
3. Agregado de inhibidores de moho en niveles del 0,2-0,5%
Acción del agua vs. humedad en
alimento para mascotas seco y
expandido
Water Activity versus Moisture Content
y = 14.462x + 1.5997
R2 = 0.9906
2
4
6
8
10
12
14
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Water Activity (Aw)
Mois
ture
Level in
Fin
al P
roduct
(%)
Uso de enzimas en el proceso de
extrusión de alimentos para
mascotas Amilasas
- efectos en el proceso
- funcionalidad del producto
Proteasas/Peptidasas
- disminución de la viscosidad de la pasta de
carne recuperada (licuefacción)
- desarrollo del sabor
Lipasas
- desarrollo del sabor
Efecto del tratamiento enzimático de la
pasta de carne recuperada en
alimentos para gatos
Endo-Proteasa es PROTAMEX de DSM Nutritional Products (Datos de Novozymes)
Efecto del tratamiento enzimático de la
pasta de carne recuperada de
alimentos para perros
Endo-Proteasa es PROTAMEX de DSM Nutritional Products (Datos de Novozymes)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
gra
ms
1 2 3 4
Day
TOTAL DAILY CONSUMPTION
No enzyme (041115008)
Endo-Protease (041115009)
Colores sintéticos certificados en
EE.UU. (FD&C) -Azul #1*
-Azul #2
-Verde #3 *
-Amarillo #5
-Amarillo #6
-Rojo #40
-Rojo #3
* Esos colores no se descomponen en el cuerpo,
sino que son eliminados.
Pigmentos y colores “naturales” o no
certificados -Caramelo
-Óxido de hierro
-Dióxido de titanio
-Carmín (pH normal)
-Antocianina (sensible al pH)
-Carotenoides (beta caroteno)
-Achiote (naranja)
-Paprika (naranja)
-Cúrcuma (amarillo)
-Remolacha
-Clorofila
-Luteína
-Alfalfa
Efectos de agregarle reelaborados a
la receta
(Niveles 5 - 10%)
• Color más oscuro
• Menos expansión,
mayor densidad de
masa
• Niveles de cocción más
altos
• Forma más definida
Efecto del tratamiento térmico
en la superviviencia de insectos
>62
50-60
45-50
30-35
25-32
Muere en menos de 1 minuto
Muere en menos de 1 hora
Muere en menos de 1 día
Temperatura máx. para la reproducción
Óptima para el desarrollo
Feed Management, Enero 2001, Vol. 52, No. 1, pág. 27
Temperatura (°C) Efecto
Charles Olsen, USDA APHIS PPQ, Bugwood.org
Efecto de los materiales extraños
durante el proceso de extrusión
1) Los materiales extraños pueden
aumentar el desgaste abrasivo.
2) Las sustancias extrañas pueden
diluir la proteína y la grasa (valor
nutricional).
3) Los niveles altos de material
extraño durante el proceso de
extrusión generalmente dan lugar
al aumento de los valores SME.
4) Cada 22 SME (kWhr/t) genera
$1,25/ton de costos por desgaste.
+ Almidón
+ Aceite (Interno)
+ Fibra
+ Proteína funcional
+ Proteína no funcional
+ Reelaborados
-
+
?
-
+
+
Densidad
de masa RECETA
Dureza del
producto
Suavidad
recubrimiento
Más
uniforme
Mejor
definición
de la
forma
+
-
-
+
-
-
+
+
(1)
(2)
+
+
?
+
?
?
?
+
?
+
+
?
+
+
(1) Función de molido y tamaño de la partícula
(2) Gran estructura de celda