Evolución en la Extrusión de los Piensos Acuícolas

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La producción de piensos acuícolas ha sufrido grandes cambios a medida que la industria ha avanzado hacia la eficiencia y la sostenibilidad del sector. SustainableBusiness.com, salió a la luz en el 2011 y declaró que la acuicultura se encuentra en una fase de rápido crecimiento y que se centra en «Impulsar la investigación de los científicos, es el reconocer que la acuicultura es uno de los sectores de producción de alimentos de más rápido crecimiento en el mundo.”

«Ha crecido a una tasa promedio anual de 8,4% desde 1970 y la producción total alcanzó 65,8 millones de toneladas en el 2008, según la FAO. «Hoy día, la acuicultura es una industria de. $ 100 mil millones de dólares, la cual suministra  más de la mitad de todos los productos del mar  que se consumen en el mundo, superando a los que suministran los productos del mar silvestres.»

Si se trata de un pescado se puede comer

Revisemos aquí cómo es el arte de la producción de piensos acuícolas por extrusión y su  avance a las diversas especies como la carpa, la anguila, el salmón, la trucha, la tilapia, el camarón, el bagre y una colección de nuevas especies que se cultivan a nivel regional.

Básicamente, si nada y es un pez, entonces los alimentos se pueden preparar para su consumo. Los aspectos del alimento lo definen los investigadores para las especies específicas; por lo general, esto incluye los requerimientos nutricionales y las características físicas requeridas para cada especie.

Históricamente, los alimentos acuáticos se confeccionaban a partir de la captura de otros peces para alimentar  a las especies más valiosas desde el punto de vista comercial. El cambio se produjo cuando se aplicó la metodología de producción de alimento de avanzada, que en un principio se centró en el uso de los molinos de pellets. Esta sería la técnica de composición de ingredientes para formar un  pellets, los cuales podían ser de hundimiento,  debido a las capacidades de los equipos. Esta metodología presiona los ingredientes por la fuerza, hasta formar un pellet

Hoy día, este método aún se utiliza ya que existen varios valores aplicados al producto final, el pez. La economía se aplica incluso en la acuicultura, ya que algunas especies no tienen el valor comercial como para aplicar  los métodos de producción de piensos de avanzada, o simplemente porque no lo exige la especie.

La extrusión posee ventajas en la capacidad de formulación y en algunos casos los alimentos son en realidad menos costosos debido, principalmente, al bajo requisito de almidón  que exigen los piensos de hundimiento. Una menor cantidad de almidón le brinda más espacio a los elementos nutricionales, lo cual reduce el costo de proteínas en el alimento final.

Como esta industria en su conjunto está avanzando técnicamente, surgen otros métodos de producción de piensos, principalmente la cocción por extrusión. ¿Por qué? En un principio, se vio que alimento hecho en un horno de extrusión flotaba.

Los investigadores descubrieron que podían monitorear a los peces y el consumo de alimento mucho más fácil con el uso de un alimento flotante para muchas especies, cambiando las características deseadas de los pellets. Este efecto se observó en la industria del bagre, además de las ventajas adicionales que incluían la reducción de costos de formulación y los métodos de producción de piensos,  permitiendo mejoras en los costos de los alimentos.

Por lo tanto, la acuicultura se convirtió en un negocio, un gran negocio, con empresarios que estudian todos los aspectos de la misma. Cualquier ventaja que pueda mejorar el resultado final es de gran interés. Los pequeños productores acuícolas con pocos estanques incrementaron su producción y hectáreas de cultivo y los pequeños molinos  de piensos se convirtieron en grandes plantas de producción de piensos a granel, generalmente con diseños en configuraciones específicos.

Lo que implica el cambio

Repasemos la extrusión y las implicaciones de los cambios que afectan a este método de producción individual. Una definición de la cocción por extrusión es la siguiente: «La cocción por extrusión es el proceso donde los biopolímeros expandibles como la proteína y el almidón se plastifican en un tubo a través de una combinación de calor, cizallamiento y presión, dando como resultado la desnaturalización de la proteína, la gelatinización del almidón y la expansión exotérmica de la mezcla extruída «.

Explicado sobre la base de la producción de alimentos acuícolas con biopolímeros expandibles, ingredientes ricos en almidón y proteínas funcionales, estamos obligados a mantener los pellets unidos y utilizar los ingredientes necesarios para hacer que el alimento flote, se hunda lentamente o rápidamente. Por lo general, el requisito de almidón en la extrusión está en el rango del 10 % para el hundimiento y en el 20 % para el flotante.

Se añaden proteínas para brindar  un adecuado valor nutricional y para ello se utilizan proteínas funcionales de buena calidad o aquellas que no fueron re- calentadas antes de la extrusión. La extrusión es generalmente un proceso a altas temperaturas  y corto tiempo  (HT / ST) donde ocurren cambios extremos en el barril de extrusión.

En unos 30 segundos la  materia prima en polvo se funde y pasa a un estado plástico (visco-elástico) debido al calor provocado por la fricción, luego se cizalla (entrega de energía mecánica por rozamiento) en el barril por el diseño de los componentes del mismo, forzando al material a pasar través de este dispositivo. El resultado es el producto final. La pregunta es ¿cómo controlar todos estos parámetros y crear un alimento específico o diferentes tipos de alimentos acuícolas  con la misma máquina?

Históricamente, este proceso comenzó de manera muy sencilla, que es lo que la industria tenía que ofrecer, una extrusora simple  pero de avanzada, que fue diseñada para expandir los productos. Honestamente, estas máquinas provenían de la industria de alimentos para mascotas y sucedió que se convirtieron en el motor impulsor para las aplicaciones de los alimentos acuáticos. Las industrias se reflejan entre sí – aunque no lo crean. En ese momento la capacidad máxima con restricciones era de ocho a diez toneladas por hora.

Al principio, las restricciones eran la cantidad de grasa o carne fresca que se podía colocar en la extrusora, así como la capacidad. El diámetro del alimento se redujo en gran medida en comparación con los pellets convencionales. No se conocían los pellets de 15 mm y cuando alguien preguntaba por piensos de hundimiento, los productores se rascaban la cabeza.

Con los años la industria de alimentos para mascotas pidió que se utilizara más grasa en la extrusora, más carne fresca, un control de densidad, control de los tamaños de celda de aire en los pellets, así como productos más duraderos, por mencionar algunos. Coincidentemente, muchos de estos temas coincidían con las preguntas de la industria acuática.

Avances en los equipos de extrusión

Revisemos esto basándonos en el flujo a través de una extrusora. Desde el principio se notó que se necesitaba equilibrar la tasa de flujo del alimento seco a la extrusora. Lo mismo sucedía para los líquidos; por lo que si ellos variaban, cambiaba la presión en el barril y por ende variaba la  expansión  y se producían pellets con diferentes diámetros.

Los avances de la utilización de sistemas de alimentos  por pérdida de peso permitió un desarrollo en esta área, incluso permitiendo la compensación, a medida que el contenedor se vaciaba a diferentes niveles de llenado. El flujo de ingredientes secos junto se acopló con el flujo de líquidos, aumentando considerablemente la precisión de extrusión de formulaciones complejas.

En otras palabras, los aceites o grasas, el agua, el vapor, las corrientes de desechos de inicio, las carnes molidas y otras soluciones se podían añadir con mucha precisión. Esto fue un gran avance ya que la mezcla que se introducía a la extrusora era muy exacta; en realidad, un gran paso adelante en la previsibilidad del producto extruido. Todo esto se pudo hacer con los medidores de flujo y la operación manual. Las computadoras son por lo general el método de control de las operaciones de hoy para la producción de avanzada y la  rentabilidad.

Los pre-acondicionadores son dispositivos estándar en la mayoría de extrusoras, así como en las peletizadoras;  este dispositivo es el que toma los ingredientes tanto en seco como húmedos, y los prepara para el barril de extrusión. Existen muchos diseños disponibles, desde cilindros simples, múltiples cilindros hasta acondicionadores de eje dual. Todo el trabajan en base a lo que fueron diseñados en aquel entonces.

La tecnología actual podría incluir  acondicionadores de doble eje y cada eje debe contar con  velocidad y control de la rotación. El tiempo de residencia se considera  uno de los principales avances entre los diseños de cilindros. Siempre se le pudo añadir agua y vapor, pero la pregunta es ¿cómo le gusta limpiar la extrusora?

Los antiguos diseños de cilindros mezclaban todo junto, pero en algunos casos el resultado fue tan pegajoso que detuvo el flujo desde el acondicionador hacia el barril de extrusión: Ahí comenzaron a analizarse  el tiempo de inactividad y la limpieza. Con los años, los nuevos diseños mejoraron el tiempo de residencia y aumentaron el tiempo permitido para la absorción de líquidos en el alimento seco, lo cual trajo consigo la aparición de un  polvo  de flujo libre que no se bloqueara y que fluyera fácilmente hacia el cilindro de extrusión.

La industria de alimentos para mascotas presionó por una mayor adición de carne, lo cual también ofrecía ventajas en el sector acuático. El desarrollo de un Preacondicionador de Alta Intensidad (HIP) permitió la inclusión (hasta un 50 % ) de fuentes de proteínas, como las corrientes líquidas de animales terrestres o desechos de peces molidos, en el alimento.

Esto permite que el pellet contenga 50 % de carne y 50 % de cereal o ingredientes secos extruidos, aunque se ha logrado un 85% cuando se requiere la extrusión de un ingrediente. Cuando se desea prescindir (para su uso otro momento) de la  combinación de la harina de soja con residuos de pescado seco, también podemos utilizar otros ingredientes secos.

Los avances del barril de extrusión se centran en poseer el control del proceso, así como el aumento de las capacidades. En el caso que se produzca un solo producto, la extrusora se configurará para esa  aplicación, como una planta que siempre fabrique alimento para salmón. Por supuesto puede haber diferencias dentro de este sector, el cual requiere de modificaciones o varios controles para alcanzar la gama de productos que se necesitan.

¿Qué pasa con el fabricante de piensos acuático en una zona donde se necesitan diferentes estilos de alimentos? Esta extrusora requeriría un mayor grado de flexibilidad para confeccionar todos los estilos de alimentos.

Herramientas para apoyar el éxito de la extrusión

La flotabilidad de alimentos acuáticos sigue recibiendo atención y esto se debe principalmente al hecho de que las formulaciones están en constante cambio. Las variaciones de precios de los ingredientes y el conocimiento nutricional de cada especie, definitivamente está conllevando a que los alimentos acuáticos se puedan confeccionar con formulaciones de menor costo. Cuanto más se sabe  sobre las especies indígenas y sobre la amplia variedad de tecnología de ingredientes, más podríamos ayudar a los  fabricantes de piensos a lograr las densidades de alimentación necesarias.

Tradicionalmente, el método de cambio de densidad fue modificar el área abierta del cabezal de de extrusión en relación con la energía necesaria para cocinar y expandir el producto. La baja densidad requiere menos área abierta y lo contrario es posible en los alimentos pesados.

Imagínese que usted haga un alimento y el formulador modifique un poco la fórmula para obtener ventajas de costes, pero usted tiene una gama de digamos 50 fórmulas, que usted fabrica en varios diámetros diferentes. Los diferentes diámetros poseen  capacidades diferentes y diferentes ritmos de expansión en cada diseño de troqueles. Cada uno está programado para realizar un alimento en  función de la exigencia de sus clientes. Esto es una situación casi imposible de gestionar con eficacia.

O se restringen los cambios en la formulación de manera que la configuración de la extrusora quede  bien definida para ese producto, o puede optar por utilizar medios técnicos para ayudar en la gestión de los cambios de equipo requeridos, y entonces puede variar ligeramente la  formulación.

Existen una serie de dispositivos en función de su proveedor de extrusora que pueden ayudar en este sentido, los cuales permiten una mayor flexibilidad y una reducción del tiempo de  inactividad. Los reductores de flujo en el barril de la extrusora están diseñados para cambiar la velocidad de paso a través del barril.

Cada vez que se restringe el flujo, aumenta la fricción o la entrada de energía. Por su parte, el aumento de la entrada de energía aumenta generalmente la expansión, por lo que la reducción de la entrada de energía, o la apertura del barril para permitir un mejor flujo, hace que el alimento sea más pesado o menos expandido. Dónde ubicar el dispositivo dentro del barril depende de la aplicación que se esté utilizando.

El barril de la extrusora se puede desmontar para permitir cambiar  la configuración del tornillo y lograr una restricción de flujo. Los dispositivos se han desarrollado para evitar en lo posible el costoso tiempo de inactividad y que se puedan cambiar mientras la máquina está en funcionamiento.

Normalmente se utilizan al final del barril o en el medio y se denominan Válvulas de Contrapresión (BPV)  y Válvulas Medias (MBV). Las válvulas de contrapresión se utilizan al final de la extrusora y las MBV en el centro. Los dispositivos ubicados al final de la extrusora por lo general ayudan en la fabricación de la difícil fórmula de flotación, haciéndola mucho más fácil.

Las válvulas que se ubican en el centro del barril (MBV) se utilizan normalmente cuando se confecciona el alimento de hundimiento lento o simplemente de hundimiento. También existen excepciones ya que se pueden combinar  otras tecnologías con los dispositivos de restricción de flujo anteriores.

En el caso que se requiera de un área más abierta que la tradicional, se cambian los diseños con matrices más grandes; los diseños de cabezales cónicos permiten una mayor apertura del área y mejora la capacidad de los piensos de hundimiento, fundamentalmente los de tamaños más pequeños.

Cuando se controla la densidad, el área abierta es un factor importante en la flotabilidad del alimento, por lo que un área más abierta trae como resultado una mayor capacidad en los alimentos de hundimiento. Las extrusoras más grandes también pueden hacer el trabajo, pero si se utiliza una extrusora más pequeña y se logra una tasa más alta, el costo de inversión se reduce por tonelada de alimento producido.

El desarrollo de la Matriz de Tubo Oblicuo logró aumentar el área abierta en alrededor de tres veces, lo cual le permitió a las extrusoras lograr, por ejemplo, cuatro toneladas por hora de alimento de hundimiento para camarones de 1 mm de diámetro. La tecnología está solo en su comienzo, por lo que tal vez se pueda duplicar esta cifra a 8 o10 toneladas por hora, para un diámetro de alimento más pequeño, utilizando extrusoras tradicionales de doble tornillo.

Como se mencionó anteriormente el aumento de la presión en el barril de la extrusora permite la producción de alimentos flotantes; por lo tanto una solución era ventilar el barril y permitir el escape de la presión, así como infringir un poco de humedad a los piensos de hundimiento. Esto trajo como resultado un aumento de la densidad.

Otros avances mostraron que podría ser una ventaja para extraer el vacío de esta abertura y mejorar el efecto de hundimiento. Esta tecnología se utiliza en los alimentos acuáticos sobre una base limitada, cuando se pasan combinaciones especiales de ingredientes a través de la extrusora. Esto se traduciría en piensos de hundimiento con un nivel de grasa de gama media.

También se debatió los requerimientos de los fabricantes de alimentos para mascotas, los cuales necesitaban aumentar los niveles de inclusión de carne. La historia ha demostrado que la cocción de altos niveles de productos de carne fresca no funciona bien en las extrusoras de fricción. El desafío se cumplió y el diseño de extrusión térmica de doble husillo permite 10 veces la inclusión de vapor, cambiando las condiciones operativas de cocción por fricción  a cocción térmica, lo cual permite altas tasas de inclusión de carne.

Análisis especie por especie

Los alimentos para los animales acuáticos de cultivo siempre tendrán  que experimentar mejoras para lidiar con la nueva tecnología, relacionada con las variedades de ingredientes, a medida  que la industria sigue avanzando.

Recientemente, revisando un artículo de Mike Urch, publicado en World Fishing and Aquaculture (edición de enero, 2014), encontré que su autor  afirma en un artículo sobre la cobia, «La cobia es un hermoso pez con una carne firme y blanca», y agrega: «Teníamos grandes esperanzas en él, pero tuvimos algunos problemas de producción”.

«Parecía que comía mucho, pero en un cierto tamaño dejó de crecer o creció lentamente. El factor del alimento era fundamental y tuvimos problemas para hacer dinero con esta especie”. «Parece que hay un problema con el uso del alimento seco en este pez.» En este momento se está avanzando en cuanto a los alimentos acuáticos con el diseño de la extrusora Térmica de Doble tornillo mencionada anteriormente.

El posible uso de las nuevas tecnologías para cambiar la forma de hacer algunos alimentos para peces marinos es también viable. Si se toma la mitad de la fórmula más o menos y utilizan los  residuos de peces, como la cabeza, espinas, etc. y los añade al concepto semi-húmedo de no secar los alimentos, entonces, en efecto, se puede crear un alimento suave que tenga una textura más propicia para las especies más selectas.

El atún, la cobia, el mero y otros peces marinos podrían beneficiarse de los diferentes diseños de alimentos, los cuales podrían ser mejores que los que comúnmente se encuentran en el mercado (alimento seco).Por otro lado, tiene que ser mejor que la alimentación con pescados enteros, la cual so se considera sostenible. También permitiría la promoción de estudios que ahonden en lo  que necesitan nutricionalmente para permitir la reducción de los costos de los alimentos y aumentar su aceptación como una posibilidad para aumentar el cultivo.

Los productos de desecho de animales terrestres también se deben considerar como fuentes de proteínas o como bloques de aminoácidos, que en algunos casos pueden reemplazar parcialmente la cada vez más escasa harina de pescado.

El alimento para salmón es un buen ejemplo de la mejora de las técnicas de alimentos. Estos alimentos pasaron de niveles de aceite de un solo dígito (años atrás) a casi el 40 % de inclusión de aceite en este momento. Esto provocó un cambio total en el diseño de los equipos. La industria pasó de confeccionar pellets de hundimiento en extrusora a pellets flotantes mediante los recubridores de aceite atmosféricos y más tarde con los recubridores al vacío, los cuales permiten altas inclusiones de aceite.

El aceite que se agrega externamente llena los sacos de aire de los pellets, eliminando el aire resultante en los pellets de hundimiento. La comunicación entre los investigadores y diseñadores de equipos autorizados para este debate dio lugar al proceso con que contamos en la actualidad.

No fue tan sencillo y un punto que se destacó fue el de mantener el aceite en los pellets después del recubrimiento al vacío. Necesitamos confeccionar  esponjas de proteínas que no derramen el aceite en la bolsa; los estudios demostraron que la entrada de energía es la clave. La adición de una alta energía mecánica específica  se tradujo en estructuras celulares más pequeñas, las cuales sostienen  el aceite con eficacia.

Los alimentos para camarones  se destacan como un alimento inusual. Al ser 100 % de hundimiento, de buena estabilidad en el agua, pequeños diámetros y las diferencias en las formulaciones, pudo demostrar que se necesitan  equipos de producción de alimentos especiales.

Se ha venido utilizando la extrusión de un solo tornillo y se sigue utilizando en algunas áreas, pero cualquier cosa que se necesite, para ser exacto, cualquier cambio en la fórmula puede interrumpir la producción. La extrusión de doble tornillo es más tolerante en este caso; las extrusoras de doble tornillo son dispositivos de bombeo y por lo tanto, son menos susceptibles a los desgastes de los tornillos, lo cual puede cambiar el efecto de cocción en el barril. Eso sin mencionar la necesidad de presión que empuje el alimento a través de los orificios de la matriz, que son a veces de 0,8mm por encima de los rangos. La Matriz de Tubo Oblicuo antes  mencionada fue diseñada específicamente para este sector, así como otros diámetros de micro-alimentos

Los alimentos flotantes tradicionales son los más estables del sector acuático. Se necesitan grandes capacidades debido al bajo margen de los alimentos para  bagre, carpa y tilapia; en algunos casos estos alimentos son fácilmente formulados debido a los aspectos nutricionales requeridos, sin embargo el desafío esta en completar la formula con ingredientes de bajo costo, ricos en fibras. Aquí es donde los dispositivos que imparten más energía entran en juego, como se mencionó anteriormente. Por otro lado, una mejor trituración de los ingredientes fibrosos hacen más fácil la extrusión.

Procesos post-extrusión

Como una parte del proceso avanza, el resto tiene que hacer lo mismo para mantener el ritmo. Las dos áreas principales son el secado y el recubrimiento. Los secadores han avanzado hacia una mejor eliminación de agua, con un + / – 0,5 % de variación de la humedad; los diseños de secadores sanitarios mejoran el tiempo de inactividad para la limpieza con un fácil acceso interno. Los requisitos de espacio físico se están reduciendo debido a los nuevos diseños de los equipos, aunque los de recubrimiento es otro tema. Los altos niveles de aceite utilizan el recubrimiento al vacío y los bajos niveles de aceite utilizan los recubridores atmosféricos.

¿Ha pensado alguna vez cómo aplicar probióticos o prebióticos, así como los demás ingredientes líquidos de gran interés? ¿En qué porcentaje se aplican? ¿A porcentajes bajos? Los nuevos recubridores  atmósféricos con control, permiten un bajo coeficiente de variación que oscila en un rango de 0,5 %.

Los controles han experimentado grandes avances. Comprobar la densidad, la humedad, los NIR, el reconocimiento de foto, las tasas de flotación o hundimiento y otros aspectos, ahora se  pueden monitorear online y ajustar mediante una computadora, basado en los datos dcorrespondientes a las acciones correctivas.

En resumen, las industrias de apoyo a la producción de piensos para la industria acuícola están en la misma fase de crecimiento exponencial, a un ritmo acorde con la investigación y los avances de la industria, lo cual garantiza las mejoras necesarias para los avances. Mejores jaulas, diseños de estanques, sistemas de calidad de agua, nuevos ingredientes, los propios piensos y los equipamientos de producción de alimento están avanzando, así como la  comunicación entre las disciplinas de la industria siguen desafiándose entre sí para mejorar los procesos.

Autor: Joseph P. Kearns, Wenger Manufacturing, Inc, Sabetha, KS, USA

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me agrada como se esta desarrollando la tecnología en el mundo de los peces, pero mi pregunta es la siguiente ¿como podría convertirme en un productor de comida?¿donde encontraré información de las porciones para comenzar en ese negocio? Si pueden asesorarme se lo agradecería ,