• Telefone: +55 16 3934-1055 / +55 16 3615 0055
  • E-mail: ferraz@ferrazmaquinas.com.br
25/01/2018

Perguntas e respostas: Extrusão - Parte 1

 Fonte: Problemas de Extrusão Resolvidos - Mian Riaz

 

1 - Qual a qualidade dos produtos produzidos por extrusão?

 Uma vez que a extrusão é um processo de aquecimento de alta temperatura (HTST), minimiza a degradação dos nutrientes alimentares, melhorando a digestibilidade das proteínas (por desnaturação) e amidos (por gelatinização). Extrusão com alta temperatura também é um processo inibidor de tripsina e enzimas indesejáveis, como lipases, lipoxidases e microorganismos.

 

2- O que é a gelatinização de amido?

 A gelatinização é o cozimento de amido. Quando o amido se torna gelatinizado, suas áreas cristalinas se derretem, os grânulos absorvem a água e a viscosidade aumenta e os grânulos tornam-se frágeis e suscetíveis à digestão por enzimas. A gelatinização requer a presença de calor, umidade e tempo.

 

3- Qual é a temperatura de gelatinização do amido? 

A temperatura de gelatinização varia em diferentes amidos. Por exemplo, a gelatinização do amido de cevada ocorre a 56 ° C, mas a temperatura de gelatinização do amido de sorgo é 73 ° C. A Tabela 1 apresenta alguns outros amidos e suas temperaturas de gelatinização.

 

 

 4- O que se entende por tempo de retenção?

 O tempo de retenção é o tempo que a matéria-prima permanece no canhão da extrusora. Normalmente, ele varia de 15 a 30 segundos.

 

5- Qual é a seção de alimentação do canhão?

 Esta seção geralmente contém helicoides de passo profundo para transportar a matéria-prima imediatamente para a próxima seção. A principal função da seção de alimentação é garantir que a matéria-prima se mova rapidamente para o canhão. Caso contrário, o canhão irá ligar e a extrusora terá que ser desligada.

 

6- Qual é a seção de compressão do canhão?

 A função principal da seção de compressão é plastificar a matéria-prima em um estado parecido à massa. Esta seção é freqüentemente localizada entre a seção de alimentação e a seção de dosagem. Pode haver uma diminuição gradual da profundidade do passo do passo no sentido de morrer nesta seção.

 

7- Qual é a seção de dosagem do canhão?

 Esta seção está mais próxima da extremidade de descarga da extrusora. A função principal da seção de dosagem é aumentar a taxa de cisalhamento e a cozedura da matéria-prima e a alimentação do multímetro ou alimentar uniformemente o produto na área da matriz. Esta seção pode ter um passo muito raso.

  

 

8- O que é uma extrusora “úmida”?

 Na extrusão úmida, o vapor é injetado e o produto é geralmente seco após a extrusão.

 

9- Quanta gordura interna pode estar presente em uma receita a ser processada por uma extrusora de helicóide simples?

 As receitas que contenham mais de 12% de gordura interna podem causar deslizamento dentro do canhão, resultando em menos cisalhamento, menor pressão e menos cozimento do produto.

 

10- Existem benefícios de usar duplo helicoide ao invés de extrusora de helicóide simples?

 O helicóide duplo oferece várias vantagens sobre o processamento de extrusão de helicóide único. As vantagens são:

  • Os extrusores de helicóide duplo podem manusear material viscoso, oleoso, pegajoso ou muito molhado e alguns outros produtos que escorregarão em uma extrusora de helicoide simples.

 

  • Uma extrusora de helicóide duplo tem uma ação positiva de bombeamento e a pulsação é reduzida na matriz. Isso significa que podem ser produzidos comprimentos de produtos muito uniformes e formas intrincadas.
  • As extrusoras de helicóide duplo podem ser menos sensíveis ao desgaste do que extrusoras de helicoide simples.

 

  • Os extrusores de helicóide duplo podem utilizar uma ampla gama de tamanhos de partículas (de pó fino a grãos), enquanto os de helicoide simples são um pouco mais limitados a uma gama específica de tamanhos de partículas.

 

  • As extrusoras de helicóide duplo são auto-limpantes, então a limpeza é muito fácil. Uma vez que a extrusora de duplo helicoide contém dois eixos, o interior do cano é varrido e os dois parafusos se limpam. No final da operação, o vapor e a água geralmente podem limpar o cilindro da extrusora por dentro.

 

  • A extrusão de helicóides duplos oferece facilidade de expansão do processo, desde a planta piloto até a produção em grande escala.

 

  • Se o fim do canhão de uma extrusora de helicoide duplo separa a saída em dois canais, os produtos com peças de duas cores diferentes ou em uma forma variegada podem ser feitos por injeção de soluções de cor nos canais imediatamente antes do dado.

 

   11- Qual o nível máximo de gordura usado em uma extrusora de duplo helicóide?

 Normalmente, uma extrusora de duplo helicóide pode lidar com produtos com uma gordura interna superior a 18% em comparação com 12% no máximo para máquinas de helicóide único. O nível máximo de gordura que pode ser usado em uma extrusora de helicóide duplo é de 22%.

 

 

 

12- Qual é o tamanho mínimo do pellet que pode ser produzida com uma extrusora de helicóide duplo?

 Uma extrusora de helicóide duplo pode produzir pellets com menos de 1 mm de diâmetro para aplicações de alimentos ou ração; esta capacidade é importante na alimentação de alevinos de peixe.

 

13- Qual é o nível máximo de carne fresca que pode ser incorporada em uma receita a ser processada em uma extrusora de helicoide duplo?

 Até 30% de carne fresca pode ser usada em receitas processadas em extrusoras de helicóide duplo.

 

14-  Quais são as desvantagens do uso de extrusoras de helicoide duplo ao invés de extrusoras de helicoide único?

 Os extrusores de helicoide duplo são mais caros (pelo menos o dobro do preço) do que os extrusores de helicoide único. Os custos de manutenção também podem ser maiores. Considera-se relativamente mais complexo do que a extrusora de helicóide simples. Os operadores precisam ter muito cuidado ao montar uma nova configuração. É muito fácil montar os segmentos na orientação errada, fazendo com que eles se quebrem.

  

15- Quais são as considerações que se devemos ter em mente ao comprar uma extrusora?

 Questões a considerar ao selecionar a extrusora apropriada incluem o seguinte:

 

  • Quais serão os principais ingredientes utilizados na receita de alimentos, alimentos para animais de estimação, aquáticos e pecuária?
  • Qual é a natureza física dos principais ingredientes?
  • Quais serão as propriedades físicas e sensoriais dos alimentos, alimentos para animais de estimação, alimentação aquática e pecuária?
  • Qual é o teor de gordura dos ingredientes que serão utilizados na formulação de alimentos, alimentos para animais, aquáticos ou pecuária?
  • Qual será a disponibilidade dos ingredientes constantes ou sazonais e ingredientes substitutivos que podem ser usados ocasionalmente?
  • Que tipo de alimentos, alimentos para animais de estimação, alimentação aquática e pecuária serão feitos? Por exemplo, na indústria de alimentos para animais, apenas um alimento para animais de estimação expandido seco ou um alimento para animais de estimação semi-úmido ou alimentos para animais de estimação de alta energia (extra gordura), ou alimentação aquática que afunda, alimentos aquáticos com alto teor de gordura?
  • A formulação de alimentos, seja para animais, aquáticos e pecuária contém altos níveis de carne fresca?
  • A forma dos alimentos, pet food, aquático e pecuária é genérica, exótica ou detalhada?
  • Os alimentos aquáticos ou alimentos para animais de estimação devem ser multicoloridos ou preenchidos com outros ingredientes?
  • Qual é a densidade aparente alvo dos alimentos para animais de estimação, alimentação aquática e pecuária a serem feitas na extrusora?
  • Qual é a taxa de produção desejada dos alimentos para animais de estimação, alimentação aquática e pecuária?
  • O tamanho de uma extrusora depende do tamanho do mercado, uma vez que os extrusores funcionam melhor quando operam a alta velocidade por hora.
  • Qual será a fonte de energia para o extrusor de alimentos, pet food, aquático e pecuária? O vapor ou a eletricidade (para o aquecimento do produto) são mais econômicos, onde a fábrica de extrusão será construída?
  • Para uma pequena operação em um país em desenvolvimento, uma unidade de tomada de força do trator seria mais adequada?
  • Qual é a disponibilidade de capital e o alvo da data de recuperação?
  • Uma extrusora de segunda mão preencheria a necessidade melhor para uma operação de inicialização?

 

16- Qual o impacto da proteína nos produtos extrudidos em termos de expansão, textura e durabilidade?

 À medida que o nível de proteína em uma receita é aumentado - geralmente à custa do amido - há mudanças na expansão, textura e durabilidade do produto. Níveis mais elevados de proteínas geralmente resultam em menor expansão, uma vez que a proteína é menos viscoelástica do que o amido. Aumento dos níveis de proteína também resulta em texturas mais firmes ou difíceis em comparação com as receitas de amido. Muitas proteínas não são funcionais, ou seja, não contribuem para a expansão e ligação na matriz do produto extrudido.

Geralmente, os produtos feitos com receitas com maiores níveis de proteína terão menor durabilidade e podem quebrar e gerar finos durante o manuseio e o transporte.

  

17- Em que o amido contribui para os atributos do produto durante a extrusão?

 A contribuição do amido para a expansão e a durabilidade do produto é muito maior do que a das proteínas desnatadas e um pouco melhor que as proteínas funcionais. O amido é único porque os seus grânulos começam a absorver água e inundar à medida que se aproximam as temperaturas de gelatinização (60-75 ° C). Quando aquecido na presença de água. os grânulos de amido chegam eventualmente a um ponto em que o inchaço é irreversível, a estrutura cristalina nativa torna-se amorfa e o amido total é mais solúvel.

O amido nativo refere-se geralmente a amido cru não modificado. A amilose pode contribuir para a elasticidade e viscosidade do extrudado. São essas propriedades que melhoram a ligação e ajudam na expansão na matriz extrusora.

 Se desejar um produto de densidade mais leve, o aumento do nível de amido irá melhorar a expansão. Se um produto mais forte e duradouro for desejado, aumentar o nível de amido irá melhorar a ligação para avançar tais propriedades.

 As fontes comuns de amido são grãos alimentares, incluindo milho, trigo, arroz, aveia, cevada e sorgo e culturas comuns de raízes ou tubérculos, incluindo batatas, batatas doces, inhame e mandioca. Muitas leguminosas também são uma fonte importante de amido e estão se tornando ingredientes mais comuns em receitas extrudidas, muitas vezes impulsionadas por iniciativas de marketing de alimentos humanos ou por preocupações com segurança alimentar.

  Como regra geral, a gelatinização de amidos é maior com maior teor de umidade, desde que exista energia suficiente durante a extrusão para quebrar a ligação intermolecular. O corte pode ser aumentado, alterando a configuração do helicoide ou aumentando sua velocidade.

 Sob condições normais de extrusão (alta temperatura, alto cisalhamento) na produção de muitos produtos alimentares, os amidos nativos em grãos são preferidos. Em geral, as seguintes afirmações podem ser feitas em relação à extrusão e aos grãos tradicionais: (1) o aumento da temperatura do canhão da extrusora geralmente aumentará a expansão dos amidos extrudados, (2) o aumento da porcentagem de amilose (até cerca de 50%) geralmente aumentará a expansão, (3) a velocidade do helicoide sozinha pode influenciar a expansão, (4) alterar a configuração do helicóide para aumentar as forças de fricção e cisalhamento no cilindro da extrusora resultará em aumento de atrito e cisalhamento e pode resultar em maior expansão e (5) menor umidade tende a aumentar as forças de fricção e cisalhamento no cilindro da extrusora e resultar em expansão aumentada.

O processamento de extrusão da maioria dos alimentos com menos de 20% de umidade pode resultar em aumento do desgaste do helicóide e das camisas, bem como uma maior oportunidade para a produção de dextrinas. As dextrinas são produzidas sob alta temperatura, alta condição de cisalhamento quando não há água suficiente para hidratar o amido adequadamente.

 

 18- Quais os níveis de amido encontrados tipicamente em produtos extrudidos?

Os níveis típicos de amido em alimentos para animais de estimação cobrem uma ampla gama de inclusão. Há vários anos, a norma para a inclusão de amido era de 20-50% e mais preferencialmente na faixa de 30-40%. Nos últimos anos, o amido atingiu níveis tão altos quanto 65% e tão baixos quanto zero (sem inclusão de amido). Os níveis mais elevados de amido são mais comuns na redução de dietas onde os níveis de gordura e proteína são reduzidos e os níveis de amido e fibra aumentam. Também tem havido um tremendo interesse em dietas com baixo teor de carboidratos e "sem carboidratos" que empurraram as taxas de inclusão de amido para baixo, até ao ponto de não serem incluídas na receita. As baixas taxas de inclusão de amido tornaram a durabilidade do produto um desafio que foi atingido até certo ponto pelo aumento dos níveis de proteínas funcionais na receita.

Os alimentos aquáticos flutuantes geralmente requerem um mínimo de 20% de amido para criar uma expansão suficiente e baixas densidades para altas propriedades de flutuabilidade. Os alimentos aquáticos que se afundam podem ter níveis de amido tão baixos quanto 10%, onde o amido serve principalmente como agente de ligação na receita.

Snacks, cereais e outros alimentos extrudidos geralmente têm uma quantidade substancial de amido e ocasionalmente uma receita contendo 100% de amido é extrudida para criar um produto solúvel em água fria.

 

19 - Existe um nível mínimo de umidade durante a extrusão de amido?

A experiência tradicional indicou que a umidade da extrusão precisa ser de pelo menos 30% para realizar a gelatinização máxima durante a extrusão. O teste fora do ambiente de extrusão com outras técnicas, como o método DSC (método do calorímetro diferencial), confirmou essa suposição.

 

  20 - Como a gordura afeta o processo de extrusão?

 A gordura é rotineiramente adicionada a uma receita, pois é processada através da extrusora para fornecer calorias adicionais, para melhorar a palatabilidade e a aceitação, para fornecer nutrientes, como ácidos graxos, como transportador para vitaminas lipossolúveis ou para controle de poeira. A adição de gordura também tem um impacto no processo de extrusão, pois a gordura age como um lubrificante que reduz o atrito entre partículas na receita e entre a receita e os componentes internos da extrusora. Quanto menor a quantidade de fricção, menor será a entrada de energia mecânica, resultando em menor expansão (maiores densidades aparentes do produto).

A gordura também interrompe a matriz interna do produto e enfraquece a estrutura geral, resultando em uma diminuição da durabilidade do produto. A taxas de inclusão inferiores a 7%, geralmente há um efeito mínimo sobre as características do produto. Quando os níveis de adição atingem a faixa de 7 a 12%, a densidade do produto começa a aumentar mesmo quando os esforços são feitos para manter a densidade aparente. Quando os níveis de adição de gordura são 12-17%, o produto pode ter pouca ou nenhuma expansão, mas conservará alguma durabilidade. Em níveis superiores a 17%, a durabilidade pode ser significativamente prejudicada.

 

21 - Como posso maximizar o nível de gordura em um produto extrudido?

 Existem várias etapas que podem ser seguidas para maximizar o nível de gordura em um produto extrudido. O seguinte é uma lista de etapas que podem ser tomadas.

 

* Formule a receita com ingredientes que são ricos em gorduras indígenas (os exemplos seriam gordura gorda e farinha de linho), o mesmo nível de gordura pode ser alcançado no produto final com menor impacto na extrusão se a gordura for fornecida como parte de um ingrediente em vez de adicionado em forma líquida pura.

 

  • Se as gorduras devem ser adicionadas em forma líquida, é vantajoso aquecê-las para 40-60 ° C imediatamente antes da extrusão para melhorar a eficiência do processo de cozedura térmica. Quase 90% das entradas de energia em um processo de extrusão são consumidas na elevação dos componentes da receita para a temperatura de cozedura, todas as etapas que podem ser tomadas para "pré-aquecer" os componentes individuais da receita irão melhorar a eficiência do processo.

 

  • Se as gorduras podem ser adicionadas nas etapas do revestimento, não há impacto na extrusão.

 

  • À medida que os níveis internos de gordura são aumentados na receita durante a extrusão, também será necessário aumentar o amido ou os níveis de proteína funcional para manter propriedades de expansão e de ligação.

 

  • A gordura traz lubricidade. Será necessário aumentar as entradas de energia térmica ou mecânica para manter os atributos do produto, como a densidade e a durabilidade desejadas.

 

  • Muitas vezes, é útil aumentar a umidade da extrusão durante o processamento de receitas com alto teor de gordura, uma vez que a água é um solvente necessário para a gelatinização de amido. Em muitas ocasiões, os operadores estão inclinados a reduzir a umidade da extrusão, pois a gordura dá ao extrudado uma aparência incrivelmente molhada e brilhante como se fosse tivesse alto teor de umidade.

  

22 - Qual o impacto da fibra na extrusão? 

A níveis de inclusão inferiores a 5%, há muito pouco impacto da fibra no processo de extrusão. Isto é especialmente verdadeiro se o tamanho de partícula do ingrediente fibroso for inferior a 400 um. Em geral, parece que um tamanho de partícula menor tem um efeito menos prejudicial sobre a expansão, pois o tamanho de menos de 50 um produz uma estrutura celular muito fina no produto extrudido.

As partículas grosseiras muito grandes na fonte de fibra limitarão a expansão e podem resultar em uma aparência superficial muito áspera. O mais solúvel de fibra tem menos impacto na expansão. Há indícios de que a extrusão poderia aumentar ligeiramente os níveis de fibras solúveis como resultado de condições de processamento extremas.

 

23- Qual é o tamanho apropriado de partícula das matérias-primas para extrusão?

 Escolher o tamanho adequado da partícula ou moer antes da extrusão depende de vários fatores. O tamanho do orifício da matriz, a espessura da parede celular e o tamanho de célula ou poro desejado no produto final, e a aparência da superfície são bastante influenciadas pelo tamanho de partícula da receita antes da extrusão. Pequenas partículas na receita antes da extrusão geralmente indicam que esta matéria-prima irá hidratar e cozinhar mais facilmente.

 É mais comum que as receitas contenham partículas que são muito grandes em vez de partículas que são muito pequenas. No entanto, a moagem de uma receita para um tamanho de partícula muito pequeno pode resultar em custos de moagem muito altos, uma vez que o rendimento da receita será muito reduzido na operação de moagem. Se todas as partículas forem inferiores a 400 urn em algumas receitas, as propriedades de transporte dessa receita serão comprometidas e as partículas menores podem hidratar-se muito rapidamente, pois elas preferencialmente absorvem a água disponível. O resultado final pode ser hidratação não uniforme e propriedades pegajosas que podem afetar a estabilidade do processo de extrusão.

  1. Muitas vezes, é a prática de moer grãos inteiros através de uma abertura de tela de 4,5 mm à medida que a mercadoria é recebida. O grão grosseiramente moído é então misturado com outras matérias primas e ingredientes para chegar a uma receita completa antes do passo de moagem final.

 

24- Quais são os benefícios de ter matérias-primas com partículas do tamanho adequado?

 Encontrar o tamanho de partícula adequado para a receita bruta pode ter muitos benefícios. Os benefícios incluem o seguinte.

 * Melhor aparência do produto.

  • Incidência reduzida de obstrução dos orifícios dos dentes.
  • Maior facilidade de cozimento

- redução da ruptura do produto e multas

- aumento da estabilidade da água e

- menor densidade aparente e textura mais suave

- níveis mais elevados de gelatinização de amido.

- maiores vazamentos para uma determinada extrusora e pré-condicionador.

- menos desgaste em componentes da extrusora para uma determinada taxa.

- taxas de sobrevivência microbianas mais baixas.

- melhor digestibilidade e palatabilidade.

  • Melhoria da retenção de revestimentos líquidos devido ao menor tamanho da estrutura celular.