OSACAR DIEZ / Consultpet
oscar.diez@consultpet.com
He tenido la oportunidad de visitar varias fábricas de alimento balanceado para animales en más de 35 países y en las fábricas específicas para la producción de pet food, hay un equipo que siempre se destaca, por no decir, es el corazón de todo fábrica pet food: La extrusora. Aún siendo el equipo de mayor importancia en todo proceso de producción del alimento pet, hay muchos fabricantes que aún no comprenden la vital importancia de tener una extrusora correcta y adecuada para su fábrica. Y digo esto, porque aún veo fábricas usando extrusoras que no fueron proyectadas, ni en su mecanización y ni en su configuración general para producir alimento extruido seco.
No quiero extenderme en explicar lo que es una extrusora de forma general, pero sí me quiero enfocar principalmente en su ingeniería como tal y como su configuración mecánica y sus energías aplicadas afectan grandemente el resultado final del producto. También no quiero enfocarme en la automatización de la extrusora, porque automatización sin una mecánica correcta y fuerzas aplicadas, no hay datos que mostrar. Estas explicaciones, espero ayuden al fabricante a comprender como una extrusora proyectada correctamente, tendrá gran efecto en su resultado final.
Resultados obtenidos de una extrusora proyectada para producción de Pet Food
//Gelatinizacion del almidón
//Desnaturalización de proteínas
//Mejoras del sabor
//Texturización y estructuración
//Inactivación de enzimas
//Composición y encapsulación
//Expansión y flotabilidad
//Formación y porcionado
Como desventaja, hay una pérdida de nutrientes y vitaminas, hay cambios en sus sabores y en sus propiedades físicas.
Para conseguir todos estos resultados, su extrusora tendra que usar un conjunto de energias:
46% de energía térmica en el precondicionador
23% de energía mecánica en la extrusora
15% de energía de vapor en la extrusora
6% de energía de la materia prima
5% de energía de agua en el precondicionador
3% de energía mecánica en el precondicionador
2% de energía de agua en la extrusora
Energía térmica y mecánica (precondicionador y la extrusora)
//Todo fabricante, tiene que conocer estas siglas, SME, STE y TSE. SME significa Specific Mechanical Energy, STE significa Specific Thermal Energy y TSE significa Total Specific Energy.
//El aumento de energía térmica (STE) por inyección directa de vapor en el precondicionador, disminuye la energía mecánica (SME) a fin de gelatinizar el almidón dándole forma y estructura a las croquetas.
//Mientras más energía térmica se aplica, resulta una mayor aplicación de SME (Energía específica total), mejor gelatinización del almidón, mayor expansión de las croquetas y digestibilidad de la materia orgánica.
//No podemos olvidar que cuando se usa más energía térmica y baja energía mecánica en la producción de croquetas, proporciona flexibilidad operativa con mayor rango de capacidad productiva, ahorro de costos en la producción y beneficios nutricionales en comparación con el proceso tradicional de alta energía mecánica.
//Otro punto importante para resaltar es que energía mecánica es fricción y fricción es desgaste, por lo que usar mucha energía mecánica, aumenta los gastos de cambios de piezas muy caras como el conjunto de extrusión.
//En caso de materias primas con altos contenidos de carbohidratos (>60%) sin tener sobrecargas en la extrusora o productos pegajosos en la matriz, se usa alta energía mecánica.
//Dietas con alto contenido de fibra utilizan mayor contenido de energía térmica, ya que se derriten los ingredientes fibrosos permitiendo un proceso más estable.
//Materias primas con alto contenido de carne emulsificada (carne fresca por ejemplo >50%), fuerza térmica y mecánica son obligatorios.
//Hay una mejor retención de vitaminas y minerales usando alta energía térmica y baja energía mecánica.
//Estas dos energías en el proceso de extrusión representan el 84% de la Fuerza total específica (TSE) distribuidas tanto en el precondicionador como en el cañon de la extrusora.
//La importancia del precondicionador es primordial, ya que cuenta con un sistema integrado para las entradas de vapor y agua. Un precondicionador debe tener un variador de frecuencia de tal forma que intensifique la mezcla.
Al comprender todas estas fuerzas y energías aplicadas, especialmente el tratamiento termo-mecánico, la cocción por extrusión puede afectar las características de las croquetas, ya que cambia la digestibilidad, hay una desnaturalización de las proteínas, alteración de la estructura de los carbohidratos y oxidación de los lípidos, o sea, hay una alteración en la calidad nutricional de los extruidos. Aun así, se estima que estas alteraciones o efectos se han restringido principalmente a los ingredientes dietéticos.
Efectos de la extrusión en el almidón
Las croquetas para Pet pueden contener hasta un 50% de almidón, que suelen provenir de granos de cereales. Cuando se extruye con bajo contenido de humedad, los gránulos de almidón se transforman parcialmente mediante la aplicación de calor (pérdida de la estructura cristalina) y cizallamiento (fragmentación granular) creando la gelatinización. La característica física y química de las croquetas son afectadas por la viscosidad de la mezcla de alimentos en el cañón de la extrusora. Cuando el tornillo de la extrusora gira a unos 400 RPM, hay una reducción de la gelatinización del almidón. En la extrusión del almidón, factores como alta temperatura, nivel alto de humedad en la materia prima antes de la extrusión, da como resultado una gelatinización incompleta.
Efectos de la extrusión sobre los lípidos
La oxidación de los lípidos es un desafío importante para la conservación de las croquetas. La tasa de oxidación se ve afectada por muchos factores, como el tipo de grasa, el contenido de grasa, el contenido de humedad y el grado de expansión, donde la insaturación en las grasas aumenta el desafío de la conservación. Resumiendo, cuando hay alta humedad y temperatura, aumenta la hidrólisis de los lípidos. Si la extrusora no trabaja con temperaturas adecuadas y no se controla la humedad interna (cantidad de agua y vapor), los efectos en los lípidos serán negativos, o sea, las grasas de aves, aceite vegetal, aceite marino y otras mezclas, se verán afectados.
Efectos de la extrusión sobre las proteínas
Por lo general, croquetas secas pueden llevar entre 20% al 70% de proteína en materia seca, tomando en cuenta que gatos y perros son animales carnívoros. El tratamiento térmico durante la cocción por extrusión, puede inactivar los factores nutricionalmente activos de las proteínas destruyendo la integridad de su estructura. Tanto la temperatura como la duración de la extrusión son parámetros del proceso más importantes. La temperatura del producto debe mantenerse por debajo de los 180 grados, minimizando las pérdidas. Digestibilidad y palatabilidad son más importantes para los gatos y menos para los perros. Por eso, al procesar proteínas, el cocimiento es más intenso y garantiza una mejor palatabilidad y digestibilidad. Cuando la extrusora no tiene una mecanización y cocimiento adecuado, los efectos sobre las proteínas son negativas.
Efectos de la extrusión sobre las vitaminas
Como las vitaminas son muy sensibles a los tratamientos físicos y químicos, su estabilidad se reduce al ser expuesta al calor, luz, oxígeno y humedad. Hay ciertas vitaminas o concentraciones de vitaminas que son destruidas o reducidas debido a la cocción por extrusión y también al secado. En el cuadro abajo, se presenta un resumen de las pérdidas de vitaminas durante la fabricación de las croquetas. Se observa que las pérdidas de vitaminas son resultado del proceso de extrusión, incluidos los procesos posteriores, como el secado. También se puede deducir que las pérdidas de vitaminas notificadas en las croquetas parecen ser muy variables según las condiciones utilizadas durante la extracción. La temperatura de extrusión puede ser un factor decisivo para la retención de vitaminas, ya que una temperatura de extrusión de 130–135o C32 produjo mayores pérdidas que una temperatura de extrusión de 107 oC3. Sin embargo, no está muy claro aún si un corto tiempo de retención durante la extrusión a alta temperatura produce una mayor retención de vitaminas.
Efectos de la extrusión sobre los factores nutricionalmente activos
La calidad nutricional de ciertos ingredientes dietéticos, especialmente las leguminosas de grano, es tal que sus niveles de inclusión en las dietas son limitados debido a la presencia de Factores Nutricionalmente Activos (FNA) que dificultan la digestión o utilización de nutrientes. Ejemplos de estos FNA son los inhibidores de enzimas, las lectinas y los taninos. La reducción o inactivación de estos factores mediante tecnología de procesamiento requiere el conocimiento de su tipo, distribución, reactividad química y sensibilidad térmica dentro de la matriz de la semilla. Los principios, la adecuación y la optimización del proceso para estos factores son muy importantes saberlos, como el tratamiento térmico y la cocción por extrusión ya que inactiva la actividad de los FNA, especialmente los de estructura proteínica. La cocción por extrusión es el método más eficaz para reducir la actividad de los inhibidores de tripsina, inhibidores de quimotripsina e inhibidores de amilasa. Al trabajar a una temperatura del cañón de la extrusora en el rango de 133 – 139 oC es suficiente para inactivar el 95% o más de los inhibidores de tripsina. A una temperatura constante, la inactivación de estos factores aumenta con un mayor tiempo de residencia y un mayor contenido de humedad. Resumiendo, los FNA presentes en los ingredientes dietéticos están presentes simultáneamente y actúan sinérgicamente para ejercer efectos negativos. Procesos térmicos necesitan ser bien controlados y muy bien conocidos, aún más cuando se usan ingredientes dietéticos.
Efectos de la extrusión sobre la palatabilidad de la dieta
Cuando hablamos de palatabilidad, hablamos de sabor, aroma y la sensación que se siente el alimento en la boca del animal (textura, forma y tamaño), considerando un valor medido de preferencia alimentar y comportamiento ingestivo. La extrusora desempeña un papel importantísimo en afectar la palatabilidad controlando el nivel de Energía Mecánica Específica (EME). La energía añadida al proceso de extrusión, comprende dos aspectos: térmica (de vapor y agua) y mecánica (del motor de accionamiento principal). La energía mecánica se puede ajustar mediante la configuración del tornillo, camisa, matriz y la velocidad del extrusor y, con Energía mecánica específica adicional, da como resultado una mayor palatabilidad para los gatos. Los perros prefieren un producto cocinado más térmicamente. A medida que se aumenta la energía térmica, aumenta la palatabilidad para los perros. La pérdida de palatabilidad puede deberse a factores de riesgo como el crecimiento microbiano, la auto oxidación y los cambios en el aroma y la textura. Por lo tanto, es importante controlar el grado de expansión.
Conclusión
Tener una extrusora con una configuración correcta para la producción de Pet Food y Fish Feed es fundamental, pero no solo basta conocer la importancia de cada función y comprender su mecanización. Creo importante contar siempre con la ayuda de expertos del sector, a fin de conseguir los mejores resultados posibles y sobre todo, conocer a fondo cada comportamiento y reacción de su máquina. Puede tener la extrusora más sofisticada, pero de nada servirá si no son comprendidas de todo el potencial que hay en ellas. Usar extrusoras sin precondicionador, sin sistema de enfriamiento en el cañón de la extrusora, sin saber cuanto de agua o vapor se requiere en el precondicionador o en el cañón, y sobre todo no comprender del porque una extrusora de tornillo simple o doble tornillo, no nos permitirá tener una visión más amplia de innovación, mejoras y desarrollo en el mercado Pet Food.