Extrusión de Alimentos Acuícolas

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La tecnología de extrusión ofrece una serie de importantes beneficios, los cuales son superiores a los utilizados en los procesos de molienda de pellets más tradicionales destinados a la producción de piensos acuícolas. En particular, la extrusión puede brindar un mejor control sobre la “cocción”, así como un mejor control de la densidad del producto (por ende controla las características de hundimiento / flotación).

 Pero la extrusión es un proceso muy complejo – y sólo tenemos control “indirecto” sobre este proceso. Es decir, tenemos un control total sobre algunas variables – por ejemplo, la velocidad del tornillo y la cantidad de agua añadida. Pero hay otros elementos sobre los que tenemos un control “limitado”. Por ejemplo, especificamos una formulación y dentro de los límites controlamos las especificaciones de los ingredientes que van en ella – pero los ingredientes varían, por lo que nuestro proceso tiene que hacer frente a la “variación normal”. Configuramos  la extrusora y la matriz con una configuración conocida -, pero la máquina y la placa de la matriz se desgastan, por lo que con el tiempo, el proceso cambia.

 Además, nunca tenemos un solo parámetro que cambia durante la extrusión – si los ingredientes varían, no sólo cambia la composición del producto final – cambia la reología de la mezcla y por ende cambian los movimientos de la misma a través de la extrusora y la matriz, que a su vez afecta el tiempo de residencia y la temperatura desarrollada en la masa fundida, cambiando también el grado de cocción y la expansión. Todo ello conduce a que se afecte la digestibilidad y las características de flotación/hundimiento. Dentro de esta compleja relación, tenemos que lograr la consistencia  de la nutrición, la digestibilidad y las características físicas. El efecto acumulativo de estos parámetros es el que determinan en última instancia la Tasa de Conversión de Alimento (FCR) del producto.

 Así que para usar la extrusión de manera eficaz y aprovechar al máximo las oportunidades que ofrece la tecnología, hay que comprender el proceso de extrusión. Este artículo aborda sólo un par de las cuestiones relacionadas con la extrusión exitosa de alimentos acuícolas.

Química de extrusión e ingredientes para alimentos acuícolas

 En el área de los ingredientes, la industria de alimentos acuícolas se enfrenta a una serie de contradicciones. Las harinas marinas ofrecen la mejor base nutricional, pero son cada vez más escasas y costosas; por lo que las fuentes de proteínas vegetales pueden proporcionar las proteínas necesarias, pero tienden a venir con fibra y almidón, lo cual puede interferir con el proceso de extrusión y afectar a la digestibilidad. Generalmente necesitamos un  alto contenido de grasa (energía) en los alimentos acuícolas – pero los altos niveles de grasa son un problema para la extrusión. A continuación se presentan algunos conceptos básicos de la “química de extrusión” que se refieren a la forma en que diseñamos los procesos de extrusión para los alimentos acuícolas:

Almidón

Muchas especies de peces no toleran el almidón – fundamentalmente  el almidón crudo, pero el almidón viene con muchos de los ingredientes de proteína de origen vegetal alternativas. El almidón también puede ser un importante “aglutinante” que ayuda a lograr una buena durabilidad en los pellets.

 En primer lugar, tenemos que darnos cuenta que el almidón verdaderamente no se “gelatiniza” durante la extrusión – no hay la suficiente agua como para que se hinche o desintegren los gránulos que caracterizan la reacción de gelatinización. Además, el almidón se daña fácilmente por el excesivo “cizallamiento” que se produce durante la extrusión, por lo que de esta forma promovemos condiciones que producen la “cocción” del almidón – alcanzando la suficiente temperatura, la  suficiente agua, y el tiempo suficiente, pero sin cizallamiento excesivo. Por lo tanto,  uso de un pre-acondicionador es una gran ventaja.

 Otra opción – si necesitamos almidón para la aglutinación de los pellets – es elegir un almidón que se cocine y aglutine  con más eficacia a una temperatura más baja – como el uso de almidones de tubérculos en vez de almidones de cereales. Por lo tanto la selección efectiva tanto de la fuente, como de la cantidad de almidón es necesaria para optimizar las características de procesamiento y nutricionales de la formulación del producto.

Proteína

Durante la extrusión, la reacción de desnaturalización de la proteína no es diferente a la del almidón – es decir, con respecto a las proteínas “funcionales” (aquí se hace referencia a la funcionalidad de la proteína desde una perspectiva física en vez de nutricional). Las proteínas globulares desentrañan y en condiciones adecuadas (contenido de humedad y temperatura óptimo), se pueden unir; por lo tanto, esta  proteína “funcional” contribuye a la aglutinación  y durabilidad de los pellets. Sin embargo, muchas de las harinas de pescado tradicionales, si bien son muy nutritivas, contienen proteína desnaturalizada y contribuyen solo un poco a la función “aglutinante”.

 Así que, mientras que la escasez de proteínas marinas tradicionales (por ejemplo, platos de pescado) sean un problema para el equilibrio nutricional, la sustitución por proteínas vegetales “funcionales” puede tener un beneficio adicional, que es el de ayudar a la durabilidad de los pellets – siempre y cuando el proceso promueva y no destruya esa funcionalidad (temperatura y excesivo cizallamiento).

 Grasa

La grasa en condiciones normales de extrusión es estable – no cambia en sí y ayuda al proceso de “cocción”, como lo hacen los almidones y las proteínas. Pero tiene un efecto importante en el proceso de extrusión – aumenta el “deslizamiento” y reduce de forma efectiva la viscosidad, y por ende,  afecta a la expansión / densidad, el grado de cocción del extrusor y la durabilidad de loas pellets. Un aumento del contenido de grasa en la mezcla de sólo un 2% (que puede ocurrir debido a las variaciones de las materias primas) tiene un efecto similar en la viscosidad efectiva de la masa fundida, similar a un aumento del 5% del contenido de humedad. Por lo tanto, el control del contenido de grasa es un tema muy importante.

Figura 1: SME Vs Densidad aparente

Figura 1: SME Vs Densidad aparente

 Al mismo tiempo, para la mayoría de las especies, se requiere el mayor  contenido de grasa posible para lograr  una buena nutrición (energía del alimento), por lo que el desafío es lograr pellets estables, con un contenido de grasa lo suficientemente alto. Las estrategias para lograr este equilibrio incluyen el uso de sistemas de extrusión adecuados (las extrusoras de doble husillo pueden operar de una manera más estable a mayores niveles de grasa, que las extrusoras de un solo tornillo), así como de métodos para maximizar la adición de aceite post-proceso, como la infusión al vacío.Por supuesto, hay muchos otros aspectos de los ingredientes que también necesitan ser balanceados dentro del proceso de  extrusión de alimentos balanceados.

Control de Densidad

La densidad aparente del producto terminado es uno de los atributos fundamentales de la calidad del producto, ya que influye directamente en el comportamiento de hundimiento / flotación del producto. Sin embargo, tenga en cuenta que esto no sólo se relaciona con el proceso de extrusión – por ejemplo, el secado también afecta la densidad de pellets. De hecho, el secado en condiciones inapropiadas puede causar un secado y el encogimiento de las capas exteriores, aumentando la densidad general, de modo que los pellets se hunden (según se requiera). Luego, con el tiempo en el almacenamiento, la humedad se redistribuye dentro del pellet, las capas exteriores se relajan y se expanden y el alimento ya no flota, se hunde.

 La densidad aparente es el resultado del equilibrio entre la expansión (influenciada por las condiciones del proceso y la cantidad y el tipo de almidón) y el colapso elástico (influenciado por la cantidad y tipo de proteína). Aquí nuevamente  hay una complejidad en el proceso de extrusión que hace que sea inherentemente difícil de predecir y controlar. Bajo las condiciones correctas:

  • Un mayor contenido de almidón de amilosa hace que el material extrusado se expanda más en el momento de salir de la matriz
  • Una mayor cantidad de proteína “funcional” hace que la masa sea más elástica, por lo que retrocede después de la expansión inicial
  • Una mayor cantidad de almidón amilopectina aumenta la temperatura de “solidificación” de la masa, la cual determina cuánto retrocede la masa antes de que se endurezca la estructura.

 Así que el tamaño final del pellet – y por ende su densidad – es el resultado de la interacción de todos estos efectos (Figura 2).

Figura 2: Efecto de la Densidad en el Hundimiento/Flotación

Figura 2: Efecto de la Densidad en el Hundimiento/Flotación

Además:

 El Grado de Expansión = f { Temperatura de la Mezcla (TM), la Caída de Presión de la Matriz (DPd)}, con la Reología de la Mezcla y la Geometría de la Matriz,  afectan en gran medida el DPd.

 La densidad aparente del producto también se ve influenciada significativamente por la Energía Mecánica Específica (SME), ya que el SME afecta directamente la TM y también afecta a la degradación molecular del almidón y las proteínas – que cambia la viscosidad y elasticidad de la masa fundida. La Figura 1 muestra algunos resultados de medición de densidad aparente vs SME. El SME se ve influenciada por los parámetros del proceso, puntualmente por el contenido de humedad de la masa fundida (utilizada para manipular la reología de la mezcla), el diseño del perfil del tornillo y la velocidad del tornillo.

Especificaciones de los alimentos acuícolas – no la historia completa

La nutrición del producto final (y la FCR) no es sólo debido a la composición de los ingredientes en la formulación – aunque eso es lo que a menudo dicta casi exclusivamente las especificaciones del alimento (junto con la densidad) .

 La fabricación de un alimento balanceado debe tener en cuenta la:

Formulación  +  Proceso    —->   Producto

 La fuente de ingredientes (y el orden de adición) tienen un gran impacto sobre la nutrición producto. Por ejemplo, el efecto del aceite añadido durante el proceso no es el mismo que el del aceite añadido en el recubrimiento externo – los complejos formados durante la extrusión puede cambiar el efecto nutricional del aceite.

 Las entradas de energía también tienen un papel importante en la nutrición final del alimento balanceado. La energía se puede añadir a través de la Convección de Energía (inyección de vapor), energía térmica (calentamiento del barril) y Energía Mecánica (disipación viscosa o SME). El balance comparativo de estas entradas de energía afectan  la nutrición mediante el cambio de la conversión y rompimiento de las proteínas y almidones, cambiando su aporte nutricional. En casos extremos, puede incluso formar complejos de grasa que son tóxicos para los peces.

 Al considerar la convección de energía, la función del tiempo de proceso también es crítico. Esta es la base del preacondicionamiento, el cual  permite un mayor tiempo para iniciar la cocción de los almidones y las proteínas.

Conclusión

La extrusión no es un proceso simple. Las interacciones que se producen en los parámetros del proceso, junto con las variaciones en las materias primas y cambios en el tiempo debido al desgaste del extrusor y la matriz, hace que este sea un proceso difícil de controlar. Estas variaciones pueden tener efectos “invisibles” – ya que el contenido nutricional de la formulación no define plenamente el rendimiento nutricional del alimento balanceado.

 Las variaciones en el proceso de extrusión no sólo afectan a los cambios físicos en el producto, como la densidad y el tamaño / forma, también afecta a la forma en que los peces van a digerir los ingredientes. Se necesita una buena comprensión del proceso de extrusión – y parámetros bien definidos del proceso para guiar a los operadores -.para lograr una producción de piensos fiable y consistente.

 Los autores están presentando un curso corto sobre Tecnología de Extrusión Alimentos Acuícolas en el Centro de Tecnología de Alimentos Balancedos del 25 al 27 de Marzo de 2015

(www.foodstream.com.au/events )

Autores: Gordon Young, Food Stream Pty Ltd, Australia y Dennis Forte, Dennis Forte & Associates, Australia

Fuente: International Aquafeed

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AmparoRobertoIng.Jorge Emilio González Melgar Recent comment authors
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Ing.Jorge Emilio González Melgar
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Ing.Jorge Emilio González Melgar

Me agradaria recibir informacion sobre alimento para peces y camarones.-Gracias

Roberto
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Roberto

Buenas noches, tengo duda en extruir una mezcla con un 45% de harina de pescado y el resto entre grasa 4% y cereales. Ustedes creen que con esta formulacion y un riguroso control de las variables del proceso desde una molienda fina, un mezclado correcto y homogeneo el producto pueda compactar y fluir a traves del extrusor y obtener un alimento flotante??? Cuentenme de sus experiencia con alimento altos en proteinas eje Truchas el cual requiere un 40 a 45% proteina

Amparo
Invitado
Amparo

Muy buena la informacion