FACTORES A TENER EN CUENTA EN LA RECETA / INGREDIENTES - Seminario de Extrusión CAENA, Buenos Aires, Argentina
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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
Cuatro áreas importantes para
evaluar/organizar un proyecto
de extrusión de alimentos para
mascotas
1) Materia prima
2) Configuración del sistema
(Hardware)
3) Condiciones de elaboración
(Software)
4) Especificaciones del producto final
Análisis del tamaño de las partículas de una receta
típica de alimentos para mascotas
Criba estándar Abertura en Porcentaje
de EE.UU. micrones de la criba
20 850 1,00
30 600 3,00
40 425 28,00
50 300 29,00
60 250 21,00
80 180 14,00
Pan 0 4,00
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 Harina de
sangre secada por sangre secada
atomización con discos
Comparación de proteína animal
Harina de sangre Harina de sangre
Molido finoEfectos de la calidad de las proteínas de
la materia prima
HARINA DE SOJA EN SOLUCIÓN DILUIDA – DESPUÉS DE 30
SEGUNDOSEfectos de la calidad de las proteínas de
la materia prima
50 / 50 MEZCLA DE HARINA DE SOJA Y AGUAEfectos 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 ácidoValor biológico proteínico de los
ingredientes frecuentes en alimentos
para mascotas
Alimento Valor biológico
Huevo 100
Harina de pescado 92
Leche 92
Hígado 79
Carne vacuna 78
Harina de soja 67
Harina de hueso y carne 50 (Variable)
Trigo entero 48
Maíz entero 45
Lewis, et al., 1990Pruebas de laboratorio para indicar la
funcionalidad de la proteína
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.Efecto de la calidad las proteínas de la
materia prima
7 PDI 12 PDI 30 PDI 54 PDI
COLOR DEL PRODUCTO
Muy oscuro Muy claro
Proteína de soja utilizada Proteína de soja utilizada
para la ALIMENTACIÓN para ALIMENTO
(Harina de soja) ELABORADO (Harina,
concentrado, aislado)Efecto de los niveles de proteína vegetal en la
extrusión en húmedo
31
Extrusión en húmedo (%)
29
27
25
23
21
19
17
15
10 15 20 25 30 35 40
Proteínas vegetales de la receta (%)• 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 Después de la Sin tratar Después de la
extrusión extrusión
Almidón ProteínaFuentes de proteínas vegetales que
realizan un importante aporte de
almidón
Haba Lupino Arveja silvestre
Componente Proteína Grasa Fibra Almidón
% 17 – 30 0.5 – 3.5 5.0 – 6.0 35 - 50Almidón
•Carbohidrato – fuente de energía
•Estimula la expansión
•Mejora la adhesión y durabilidad del pellet
•Se encuentra en dos formas Almidón de una papa
Amilosa cruda aumentada 450
veces
Amilopectina
•Niveles en alimento para mascotas 10 - 60%Efectos de la extrusión en los
componentes del almidón
Proceso % Cocción
Receta sin procesar 15,5
Preacondicionador 31,6
Extrusora 92,8
Secadora 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. ArmstrongEl 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 Harina Desperdi- Harina
frita de cios de de
casava casava casava
Proteína 1,90 2,60 2,0 0,3
Fibra 3,00 5,60 7,2 0,1
Soluble 80,50 73,90 79,2 84,4
CHO
Grasa 0,72 0,55 0,5 0,1Productos derivados
de la papa
(aglutinante, absorción)
Producto Harina Almidón Proteína Fibra de
de papa de papa de papa* 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 – 4,0El 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 costoCalor de gelatinización de diferentes
almidones
Calor de
Fuente de gelatinización Contenido de Tamaño
almidón (cal / gram) amilosa (%) (micrones)
Maíz rico en amilosa 7,6 55 5 - 25
Papa 6,6 20 15-121
Tapioca 5,5 22 5 - 35
Trigo 4,7 28 1 - 35
Maíz ceroso 4,7 0 5 - 25Niveles mínimos de humedad
necesarios para iniciar la
gelatinización del almidón
Fuente de almidón % de Humedad
•Trigo •31
•Maíz •31
•Maíz ceroso •28
•Maíz rico en amilosa •34
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 LtdSolubilidad de la fibra
Solubilidad Fibra insoluble Fibra soluble
Fermentabilidad Parcial o baja Inmediata o alta
Ejemplos Salvado de Beta-glucano de la
cereales, verduras avena, cebada,
(apio, zapallito), piel pectina de la fruta,
de frutas, cáscara semilla de psyllium,
de verduras, inulina, raíz de
almidón resistente vegetales,
legumbres, gomas
naturalesVARIEDAD 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 extrusiónVariación de harinas de trigo - RVA
6000 120
3,5 g sólidos
25,0 ml líquidos
5000 Temperatura 100
Temperatura (C)
Viscosidad (cP)
4000 80
3000 60
2000 40
1000 20
0 0
0 200 400 600 800 1000 1200
Tiempo (Segundos)
Ref: L20010308-002Después 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 arrozUtilidad de la grasa en el
alimento para mascotas
• Fuente de energía
• Palatabilidad/Aceptación
• Ácidos grasos esenciales
• Conductor de grasa soluble
• Vitaminas
• Control del polvoFuentes 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 extrusiónEfecto de los niveles de grasa en la
calidad del producto (Sistemas
monotornillo)
Niveles de grasa en
mezcla extruida Efectos en la calidad del productoEfectos de los niveles internos de
grasa sobre la expansión de los
alimentos extruidos
% Grasa Densidad en masa
agregada g/l
0 256
5 309
10 408
15 533Grasa interna vs. Durabilidad del pellet
75
70
Máxima tensión de compresión (g / mm )
2
65
60
55
50
45
2
R = 0,9974
40
35
30
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Grasa interna (%)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
extrusiónEfecto de los realzadores de la
palatabilidad y punto de
introducción
Ingredientes y condiciones de Índice de Palatabilidad
elaboración
• Sin agregado de grasa ni carne fresca 1,00
• Premezcla de grasa agregada en la mezcladora 2,13
• Grasa agregada al preacondicionador antes de
la extrusión 5,58
• Carne fresca y grasa agregada al 11,35
preacondicionador antes de la extrusiónPérdida 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.
B1Retención 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, 2009Sistema 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
14
Moisture Level in Final Product
12
10
(%)
8
6
y = 14.462x + 1.5997
4 2
R = 0.9906
2
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Water Activity (Aw)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 saborEfecto 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
TOTAL DAILY CONSUMPTION
4500
4000
3500
3000
grams
2500
2000 No enzyme (041115008)
1500 Endo-Protease (041115009)
1000
500
0
1 2 3 4
Day
Endo-Proteasa es PROTAMEX de DSM Nutritional Products (Datos de Novozymes)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 -Caramelo certificados -Óxido de hierro -Dióxido de titanio -Carmín (pH normal) -Antocianina (sensible al pH) -Carotenoides (beta caroteno) -Remolacha -Achiote (naranja) -Clorofila -Paprika (naranja) -Luteína -Cúrcuma (amarillo) -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 definidaEfecto del tratamiento térmico
en la superviviencia de insectos
Temperatura (°C) Efecto
>62 Muere en menos de 1 minuto
50-60 Muere en menos de 1 hora
45-50 Muere en menos de 1 día
30-35 Temperatura máx. para la reproducción
25-32 Óptima para el desarrollo
Feed Management, Enero 2001, Vol. 52, No. 1, pág. 27
Charles Olsen, USDA APHIS PPQ, Bugwood.orgEfecto 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.Mejor
definición
Densidad Dureza del Suavidad Más de la
RECETA de masa producto recubrimiento uniforme forma
+ Almidón - + + ? ?
+ Aceite (Interno) + - + + +
+ Fibra ? - (1) ? +
+ Proteína funcional - + (2) ? ?
+ Proteína no funcional + - + ? +
+ Reelaborados + - + + +
(1) Función de molido y tamaño de la partícula
(2) Gran estructura de celdaTambién puede leer
