El proceso de extrusión de alimentos a escala industrial ha revolucionado la producción de alimentos. Esta tecnología ha hecho posible la fabricación de una amplia gama de productos alimenticios que de otro modo sería imposible o bastante difícil. Las fuerzas que actúan sobre una matriz alimentaria permiten mezclar, cocinar y moldear de manera eficiente los componentes que la constituyen en una forma discreta dentro de una sola operación unitaria. Los ajustes estructurales y de textura de la materia prima mejoran los atributos deseados y facilitan la fabricación de cereales, snacks, alimentos para mascotas, pastas y muchos otros. Una comprensión necesaria, pero no suficiente, de las diversas configuraciones de extrusoras y sus funciones es esencial para el avance de la industria y la mejora de la línea de productos. En este artículo se estudiarán los tipos conocidos de tornillos de extrusora en este contexto y se explicarán sus funciones y ventajas.
¿Qué es la tecnología de extrusión de alimentos en la industria de procesamiento de alimentos?
Una breve aproximación al método de extrusión
la extrusión proceso en la comida La industria de procesamiento consiste en hacer pasar el material alimenticio a través de una matriz de una forma particular bajo la aplicación de cierta presión, temperatura y fuerza de corte. Para empezar, los materiales alimenticios se introducen en el cilindro de la extrusora a través de una máquina de extrusión como Procesos de mezcla y amasado de materiales alimenticios.Durante el proceso, los anillos giran y provocan fricción mecánica, que genera calor, o mediante elementos de calentamiento eléctricos, que cocinan el producto. A continuación, el material alimenticio se carga en el sistema de extrusión que lo moldea, lo enfría y lo prepara para las dimensiones y formas requeridas. Esta práctica de transformación brinda una oportunidad increíble para personalizar la textura, la humedad y la forma del alimento, desempeñando así un papel importante en la fabricación de alimentos nutritivos y sabrosos de alta calidad y estándares consistentes.
El papel de las extrusoras de alimentos en la industria alimentaria
Las extrusoras de alimentos cumplen una función importante en el procesamiento de alimentos, ya que permiten fabricar varios alimentos de manera fácil y uniforme. Estas máquinas convierten los insumos básicos en productos finales utilizando calor y fuerza de fricción de una manera controlada con precisión. Las extrusoras permiten el moldeado, la cocción y la formación estructural de una variedad de productos, incluidos, entre otros, cereales, bocadillos, sustitutos de carne y alimentos para mascotas. La posibilidad de agregar todo tipo de ingredientes y sabores diferentes a los alimentos durante el proceso de elaboración reduce los pasos necesarios para su elaboración. Aumenta la uniformidad de la calidad de los alimentos producidos. Al observar el papel de las extrusoras en la industria alimentaria, están mejorando la eficiencia de los procesos de producción al tiempo que se limita la cantidad de residuos generados, lo que resulta más respetuoso con el medio ambiente.
Aplicaciones de la extrusión de alimentos en la producción diaria de alimentos
La técnica de extrusión de alimentos tiene aplicaciones muy amplias en toda la producción de alimentos. Permite crear muchos tipos y formas de productos alimenticios. Por ejemplo, se ha observado que la mayoría de los cereales para el desayuno, especialmente las formas infladas y los cereales inflados listos para comer, se producen utilizando el mecanismo de extrusión. Además, las industrias de alimentos y piensos para mascotas utilizan la extrusión de alimentos de manera eficaz para mejorar la formulación de los cereales y las propiedades organolépticas. Las industrias de alimentos y piensos para mascotas dependen en gran medida de esta tecnología, ya que la mayoría de los alimentos para mascotas extruidos y secos se expanden en seco y son fácilmente masticables. Estos escenarios indican cómo el proceso de extrusión de alimentos puede ayudar a crear diversos alimentos y piensos para mascotas que los consumidores desean.
¿Cómo funciona la extrusora durante el proceso de extrusión?
Partes de la extrusora de alimentos
Una extrusora básica de alimentos comprende un alimentador, un cilindro, un tornillo o tornillos, una matriz y un cortador. El alimentador alimenta los materiales en bruto al cilindro, donde uno o más tornillos giratorios los mezclan y los empujan. El cilindro también tiene elementos de calentamiento para aumentar la temperatura de los materiales y hacerlos flexibles. El o los tornillos también cumplen una función importante, ya que pueden generar presión y resistencia al corte, lo que permite mezclar, combinar y cocinar los ingredientes. La sustancia utiliza una matriz una vez que ha pasado por las fases y se expulsa de la matriz, que da forma y textura al material. El tercer paso del proceso se lleva a cabo con el cortador, que corta el producto extruido en formas definidas y se obtiene la longitud final de la formulación deseada, concluyendo todo el proceso de extrusión.
Extrusora de doble tornillo versus extrusora de un solo tornillo: ¿cuál es la diferencia?
En términos de mezcla y manipulación de materiales, las extrusoras de doble tornillo pueden disfrutar de ventajas sobre las extrusoras de un solo tornillo. Las extrusoras horizontales de doble tornillo cuentan con dos o más tornillos entrelazados que giran en la misma dirección o en direcciones opuestas, lo que proporciona una mejor mezcla, cizallamiento y transporte. Permite una mejor manipulación de materiales pegajosos o sensibles al calor, manteniendo al mismo tiempo la estabilidad y el rendimiento del proceso. En términos de ámbito de aplicación, las extrusoras de doble tornillo son potentes y se pueden utilizar para procesos que requieren una adición precisa de ingredientes o múltiples procesos como la preparación de compuestos y la extrusión reactiva.
Por otro lado, las extrusoras de un solo tornillo son más sencillas de construir y contienen un tornillo rotatorio. Son notablemente menos costosas y más fáciles de usar en procesos de extrusión de alimentos. Por lo general, son adecuadas para su uso en extrusiones básicas o cuando se extruyen materiales homogéneos que no requieren mucha mezcla. La complejidad de las máquinas de un solo tornillo es comparativamente baja, lo que da como resultado un menor consumo de energía y un menor tiempo de configuración para algunos de los procesos de alimentación y agricultura. La decisión sobre si utilizar extrusoras de un solo tornillo o de dos tornillos está determinada por los requisitos de la aplicación en cuestión, el material a procesar, las características finales deseadas del producto y su costo.
¿Cómo afecta el proceso de extrusión a la calidad final de los productos?
Se ha demostrado que la extrusión es un factor importante a la hora de decidir la calidad final de un producto en términos de su geometría, superficie y también otras características, como la homogeneidad del producto. La calidad del producto final depende críticamente de varios parámetros, como el control de la temperatura, la configuración del tornillo y la velocidad de extrusión. Los intentos de cambiar cualquiera de estos parámetros pueden dar lugar a algún tipo de defectos en el producto, como topografía deficiente, porosidad baja o alta y estructuras débiles, entre otros defectos. Será importante mantener un control estricto de los parámetros a lo largo de la secuencia de extrusión para producir el producto adecuado dentro de los estándares del rango de aplicación de fijación.
¿Cuáles son los tipos de extrusoras utilizadas en el procesamiento de alimentos?
Extrusoras de pistón frente a extrusoras de doble tornillo
Una extrusora de pistón es un procesador de alimentos común que se utiliza en aplicaciones más controladas y consistentes, como las extrusoras de pasta. Utiliza un pistón accionado por motor que empuja a través de una matriz de forma mecánica o hidráulica, lo que le da a un objeto mecánico cilíndrico una salida de presión continua y uniforme.
Por otro lado, un extrusora de doble tornillo Parece funcionar mejor con snacks alimenticios y la producción de proteínas texturizadas, donde cuanto mejor se mezcle, mejor se integrará el relleno con el snack alimenticio o la proteína. El tornillo doble mezcla los ingredientes de una manera más agresiva debido a sus tornillos entrelazados, lo que también significa una formulación más amplia y se pueden procesar más ingredientes. Es ideal para el procesamiento de alimentos, ya que puede ejercer más presión y proporcionar una mejor temperatura mientras está en la etapa dual.
Por lo tanto, según el proceso, algunos procesadores de alimentos utilizan distintos tipos de extrusión de alimentos. Para tareas sencillas, como formar una masa blanda, las extrusoras de pistón serían mejores, ya que funcionan en aplicaciones de alta presión. Para tareas más complejas que requieren una mejor mezcla y una variedad de rellenos, un extrusor de doble tornillo sería ideal.
Uso de extrusoras monohusillo en la industria alimentaria y de piensos
El uso de extrusoras de un solo tornillo es común en las industrias de alimentos y piensos, considerando su ventaja económica y conveniencia. Se utilizan principalmente para procesar cereales, alimentos para mascotas y alimentos para acuicultura. Por lo tanto, la tecnología se basa en la aplicación del movimiento rotatorio del tornillo para transportar material y tratarlo termomecánicamente para producir bocadillos inflados, cereales para el desayuno, carne picada y proteína vegetal texturizada. Además, las extrusoras de un solo tornillo modifican y dan forma a productos alimenticios de forma y textura rococó con ingredientes simples dirigidos precisamente al alimento. Aunque las extrusoras de un solo tornillo no poseen capacidades de mezcla tan intrincadas como las extrusoras de doble tornillo, ofrecen una alternativa confiable para requisitos de procesamiento sin complicaciones donde el costo y la simplicidad son significativos.
¿En qué medida contribuye la cocción por extrusión a la producción de alimentos?
La aplicación de la extrusión para la mejora de alimentos mediante procesos de extrusión en caliente y en frío
En el procesamiento de alimentos, la tecnología de extrusión abarca dos categorías: extrusión en caliente y extrusión en frío, lo que explica las características deseadas del producto. Durante la extrusión en caliente, las materias primas se exponen a altas temperaturas y presiones, lo que da como resultado la cocción y gelatinización de los almidones, mejorando así la digestibilidad y la formación de masas expandidas. productos como snacks inflados y cereales para el desayuno. Mientras que, en la extrusión en frío, se aplica una temperatura baja para no tocar ningún nutriente ni ingrediente sensible al calor. Esto hace que esta forma se utilice en el tratamiento de masa para pastas o barras de aperitivo, por ejemplo. La selección de los procesos de extrusión en caliente en lugar de los de extrusión en frío, o viceversa, depende de los atributos del producto final; en este contexto, normalmente se selecciona una extrusión en caliente en situaciones en las que se requiere que el producto se expanda en estructura, mientras que se elige una extrusión en frío cuando se requiere que el producto sea nutritivo.
Efecto de los parámetros del proceso en el producto extruido
La temperatura, la presión, el contenido de humedad y la velocidad del tornillo se encuentran entre las condiciones de proceso que tienen grandes efectos sobre las propiedades de los productos extruidos en alimentos a través del método de cocción por extrusión. La gelatinización de los almidones y la desnaturalización de las proteínas son esenciales para la textura y la estructura final del producto, y ambos procesos se benefician de ajustes óptimos de temperatura y presión. Asimismo, el nivel de humedad y su contenido son importantes porque determinan la expansión y la densidad del extruido; un mayor contenido de humedad da como resultado productos más densos. Además, la velocidad del tornillo es de gran importancia para influir en la eficacia de cizallamiento y mezclado sobre el material en el extrusor, lo que a su vez determina la uniformidad y la calidad del producto. Con estos parámetros de ajuste se pueden elaborar alimentos extruidos con una calidad y nutrición particulares.
Avances en la fabricación de sustitutos de carne y pastas
Los recientes avances en los métodos de extrusión han hecho avanzar enormemente la tecnología utilizada para elaborar sustitutos de la carne y pastas. Al emplear técnicas de extrusión de alta humedad, ahora es posible que las empresas creen sustitutos de la carne a base de plantas que tengan el sabor y la textura de la carne. Por ejemplo, estas fuentes de proteínas son una nueva tecnología de extrusión que emplea guisantes, soja o cáñamo, que modifica ciertos parámetros de extrusión para replicar la estructura fibrosa de una carne magra. Además, el uso de funciones de impresión 3D en la fabricación de pasta significa que la personalización de la forma y el contenido nutricional alcanza nuevos niveles. Esta técnica permite tomar una variedad de insertos, como vitaminas o aditivos funcionales, y dosificarlos en la pasta, asegurando así los beneficios necesarios para la salud. A medida que las industrias tomen conciencia de estas tecnologías, también cambiará el enfoque hacia la creación de alimentos que sean saludables y respetuosos con el medio ambiente.
¿Cuál es la relación entre el diseño del tornillo del extrusor y la extrusión bidireccional?
El papel crucial del contenido de humedad y la temperatura en el proceso de extrusión
Aunque la extrusión es un proceso de alta velocidad, es necesario controlar varios parámetros de operación en caliente y en frío, como el contenido de humedad y la temperatura, ya que afectan notablemente las características de la solución de macroproducto polimérico. Una estrategia de control adecuada del contenido de humedad facilita el flujo del polímero y aumenta la densidad utilizable y la confiabilidad estructural. Por otro lado, es importante controlar la temperatura de gelatinización y la temperatura de desnaturalización, especialmente para las estructuras de proteínas, de modo que se logren la estructura y las propiedades funcionales del producto final. El ajuste controlable de las variables analizadas permite el logro constante de una alta calidad del extruido según criterios establecidos y se gana la confianza de los consumidores.
Derivación de la mejor configuración de tornillo posible para productos alimenticios
La mejora de la configuración del tornillo influye principalmente en el proceso de extrusión. La selección de variables de diseño como la relación longitud-diámetro, la profundidad de paso y el paso de rosca permite controlar la velocidad de cizallamiento del flujo y el tiempo de residencia, que son importantes para la texturización de los materiales alimenticios. Esta configuración de tornillo también es útil para evitar el desperdicio de energía y para aumentar el grado de mezcla de materiales, mejorando la uniformidad y la calidad del producto final. El uso de métodos estadísticos y de simulación permite maximizar la precisión en las modificaciones realizadas de modo que cada modificación tenga la configuración correcta diseñada para un material alimenticio en particular para garantizar las condiciones de procesamiento adecuadas.
Los efectos del almidón y las proteínas en el rendimiento de la extrusión
El almidón y las proteínas ejercen una gran influencia en la eficiencia y los resultados de los procesos de extrusión de alimentos. El gel de almidón une los componentes durante la extrusión y proporciona viscosidad, lo que influye en la textura y el grado de expansión del producto final. La cantidad de almidón gelatinizado determina entonces el grado de digestibilidad y la calidad del extruido. Las proteínas desempeñan funciones importantes, como la emulsificación y la gelificación. A temperaturas de cuatrocientos cincuenta grados Fahrenheit, estos cambios en la estructura de las proteínas integran muchos enlaces cruzados, que se dispersan a lo largo del proceso de extrusión, modificando la composición y el patrón del producto final. Optimizar la eficiencia de la extrusión implica equilibrar las proporciones y las relaciones entre los almidones y las proteínas para lograr los estrictos requisitos del producto.
Fuentes de referencia
Máquina extrusora de bocadillos
Preguntas Frecuentes (FAQ)
P: ¿Qué tecnologías están asociadas con la extrusión de alimentos y cómo funciona la tecnología?
R: La tecnología de extrusión de alimentos es un término genérico que describe un método de procesamiento en el que los ingredientes o formulaciones de alimentos se moldean al forzarlos a pasar a través de una abertura con forma, conocida como matriz o placa perforada. Durante este tratamiento, los alimentos se exponen a calor, tratamiento de alta presión y, a veces, a un esfuerzo cortante y a una mezcla, lo que puede cambiar su composición física y química. Debido a sus numerosas ventajas, esta tecnología es popular en todo el mundo en muchas ramas de la ingeniería alimentaria para elaborar alimentos procesados.
P: ¿Cuáles son los distintos tipos de extrusoras en la industria alimentaria?
R: Existen dos clasificaciones principales de extrusoras en el procesamiento de alimentos, que incluyen las extrusoras de un solo tornillo y las de doble tornillo. Las extrusoras de un solo tornillo se prefieren para procesos de extrusión simples y básicos y son las más utilizadas. Las extrusoras de doble tornillo co-rotativo también son más avanzadas porque pueden procesar más tipos de materiales y una variedad de condiciones de extrusión. Ambos tipos son importantes en la ciencia de los alimentos y en la producción de alimentos extruidos.
P: ¿Qué resultados se obtienen al exponer los productos alimenticios al proceso de extrusión?
R: El procesamiento de alimentos mediante extrusoras tiene diversos efectos, como la modificación de la textura, la mejora del sabor y los cambios en la composición nutricional. Puede ayudar a aumentar la nutrición de algunos nutrientes específicos, descomponer elementos antinutricionales y formar texturas distintivas que se emplean en la cocción por extrusión. También se ha descubierto que las tres, la temperatura de extrusión, la presión de extrusión y la velocidad del tornillo, afectan al producto final. Estas combinaciones suelen fascinar a los científicos e ingenieros de alimentos y, por lo tanto, se investigan para mejorar la extrusión de una sustancia alimentaria en particular.
P: Nombre algunas materias primas menos utilizadas en las que se aplica la tecnología de extrusión de alimentos.
R: Los ingredientes típicos que se utilizan en el proceso de extrusión son más bien ingredientes centrados en las cebollas, como cebollas secas, lavados y almidones, que son principalmente legumbres, maíz, trigo, arroz y extractos nutritivos, esencias vegetales, insertos enriquecidos con esencias, etc. Estos ingredientes se utilizan en función del grado de producto final deseado y, como tal, tienen efectos significativos en la composición del alimento durante el proceso de extrusión. El uso y el trabajo con ese material es un proceso delicado y debe realizarse correctamente para garantizar la alta calidad del producto final.
P: ¿Cuál es la diferencia entre extrusión con baja humedad y extrusión con alta humedad?
A: La extrusión de baja humedad encierra materiales que tienen un contenido de humedad inferior al 30 % y se utiliza principalmente en snacks y cereales. La extrusión de alta humedad, o extrusión húmeda, incorpora materiales con un contenido de humedad superior al 30 % y se aplica principalmente para productos análogos de carne y pastas. Los requisitos de temperatura y presión durante la extrusión, así como la geometría del producto obtenido, dependen, de hecho, del contenido de humedad del material de alimentación.
P: ¿En qué se diferencia la extrusión de cocción de la extrusión en frío en el procesamiento de alimentos?
R: Durante los procesos de extrusión de alimentos, se pueden utilizar dos métodos: frío y caliente. La extrusión en caliente implica calentar las sustancias alimenticias antes del proceso de extrusión, lo que ayuda a cocinar, esterilizar y dar forma al producto. Por otro lado, la extrusión en frío se realiza utilizando una pequeña cantidad de calor para dar forma a productos que no requieren cocción, como ciertos tipos de pasta o chocolate. En cuanto a la cocción y la extrusión en frío, esto depende del uso que se le vaya a dar al producto y de las medidas de seguridad contra más sustancias alimenticias.
P: ¿Cuáles son algunas de las ventajas de utilizar la extrusión de doble tornillo en el procesamiento de alimentos?
R: Entre otras ventajas de la extrusión de doble tornillo se encuentran su mayor capacidad para introducir materiales problemáticos, una mejor mezcla u homogeneización de los ingredientes y una mayor adaptabilidad de los componentes a la maquinaria, que está diseñada en función del proceso alimentario específico. Además, las extrusoras de doble tornillo son menos sensibles a la humedad y la viscosidad de los materiales extruidos, lo que facilita su aplicación en una gama más amplia de productos alimentarios. En comparación con las extrusoras de un solo tornillo, las extrusoras de doble tornillo tienen la ventaja de proporcionar una calidad de producto mejorada y constante, además de ser eficientes para algunos procesos específicos.
P: ¿Cómo se utiliza la tecnología de extrusión para producir sustitutos de carne de origen vegetal?
R: La tecnología de extrusión es fundamental para producir sustitutos de carne de origen vegetal. La extrusión con alto contenido de humedad se utiliza con frecuencia para impartir la textura fibrosa de la carne real. Algunas proteínas vegetales, como la proteína de soja o de guisante, y otros ingredientes se extruyen en determinadas condiciones para producir la textura deseada con una sensación específica en la boca. El proceso de extrusión permite la alineación de las fibras proteicas. Por lo tanto, es probable que los productos proteicos destinados a sustituir a la carne tengan éxito si su estructura es similar a la de la carne.
