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Jaboticabal, 12 de novembro de 2012

M.V. Fabiano Cesar Sá

Jaboticabal, 27/08/2013

Fabiano Cesar Sá

Médico Veterinário e Doutorando em Nutrição de Cães Gatos

(Resp. Téc. do Lab. de Nutrição de Cães e Gatos /UNESP-FCAV/Jaboticabal-SP)

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Fluxograma de produção na extrusão

IngredientesAmiláceos,proteináceos, etc

Água

CondicionamentoUmidade :20-30%

Extrusãomédio cisalhamento/pressão

Temperatura da saida <95 °C

SecagemUmidade final: 4-7%

Kibbles (Extrusados)

Recobrimento com gordura animal

(T: 40-60 °C)

Adição de palatabilizantes

Empacotamento

Introdução e histórico

Princípios básicos do processo de extrusão

Principais transformações dos nutrientes

Avaliação da qualidade dos produtos extrusados

Avaliação nutricional de produtos

Tópicos

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Introdução e histórico

Extrusão

Consiste em empurrar um material

a ser moldado através de uma matriz com geometria

predeterminada.

Extrusão convencionalEx. Massas alimentícias, embutidos cárneos

Extrusão termoplásticaEx. extrusados expandidos, pellets, ração animal, plásticos e biofilmes

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Extrusão termoplástica altas temperaturas, alta pressão

combina vários processos: mistura,

cisalhamento, cozimento e modelamento

Mistura de

farinhas e Água

Baixa Temperatura,

Trabalho Mecânico

(baixo cisalhamento)

Pastas c/ formatos

Diferentes

Extrusão

Extrusão a frio (convencional) obtenção de massas alimentícias

Mistura (ração):

amido, proteina,

fibra, etc.

Produtos : snacks ,

rações, pláticos, etc.

1870 Processamento de salsicha e embutidos

1900 Prensa hidráulica p/ macarrão

1935 Pastas Alimentícias

1940 Ração para Animais

1960 Produtos texturizados de soja, análogo de carne,

Inativação de fatores antinutricionais

1970 2a geração de extrusores com roscas e canhão segmentado

1990 3a Geração de extrusores com duplas roscas e

configurações de elementos da mesmas

Histórico

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Alimentação humana

Ração animal: Animais aquáticos, Animais domésticos

PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Polímeros termoplásticos

PRINCIPAIS APLICAÇÕES

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Plástico biodegradável

PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Aplicação em Indústria de alimentos e

Rações para animais

TECNOLOGIA DE EXTRUSÃO

Utilização do processo de extrusão

•Alimentos com maior valor nutricional e

funcional que beneficiam a saúde

•Alimentos atrativos e saborosos

•Produtos de baixo custo

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Princípios básicos do processo

de extrusão

MATERIA-PRIMA PARA EXTRUSÃO

TERMOPLÁSTICA

?

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Amido

Dois polímeros de glicose • Amilose (ligação 1-4, forma linear)

• Amilopectina (ligação 1-4,ramificações 1-6)

• Variações nas proporções entre estes componentes podem

resultar em grânulos de amido com propriedades físico-químicas

e funcionais muito diferentes.

Índice de gelatinização

Cozimento e moagem

Digestibilidade (Murray et al., 2001)

I . Função estrutural no extrusado:

1. Forma; 2. Textura; 3. Dureza; 4. Densidade

II . Maior parte da energia das rações:

1. Secas; 2. Semi-úmidas

Funções do amido

23%

20%

57%

Gordura (8,5 kcal/g)

Protéina (3,5 kcal/g)

Carboidratos (3,5 kcal/g)

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TrigoArrozMilhoCenteioCevadaAveiaSorgo

MATERIA-PRIMA

Material para formação de estrutura

Conteúdo de amido

80 – 85Batata

44 – 61Aveia

77 – 81Arroz

74 – 80Trigo

71 – 81Milho

% AmidoAlimento

MATERIA-PRIMA

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Grânulos de amido com propriedades físico-

químicas e funcionais muito diferentes.

Insolúvel em água fria, perante aquecimento, água

penetra nos grânulos e estes se incham, ocorrendo a gelatinização com o seu

rompimento.

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A digestibilidade varia de acordo com a fonte e o

processamento da matéria prima (Meyer, 1997)

Moagem

Apresentação dos grãos

Digestibilidade do amido de milho %

Grosseiramente moído 79%

Finamente Moído 94%

Grosseiramente moído (cozido)

88%

(PENCOVIC; MORRIS, 1975)

Primeira moagem

Dividir grão em pequenas partículas

facilitar mistura, uniforme , facilita 2° moagem.

Grãos in natura secos

Moinhos adequados “martelo”

Peneiras de furos específicos para cada tipo

de grão.

Milho 1° moagem (2,5 mm)

Moagem e Remoagem

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Segunda moagem

Moinho de martelos com exaustão, ventilação da moagem

Peneiras de 0,8 mm,

Granulometria fina e homogênea (Densidade Geométrica média)

Essencial ao processo de extrusão.

Granoteste “granulometria” (DGM)

Remoagem

Moagens finas dos ingredientes (BAZOLLI, 2007)

melhor aproveitamento dos nutrientes

maior eficiência da utilização de energia

melhor qualidade das fezes nos cães

Rações (317 micras, 400 micras e 578 micras)

O menor escore fecal em cães, com dietas com maior DGM das partículas.

BAZOLLI, 2007; HILCKO et al., 2009

Os CDA da PB, EEHA, ENN menor digestibilidade com maior DGM. BAZOLLI, 2007; HILCKO et al., 2009

O efeito da granulometria sobre a digestibilidade é dependente do ingrediente.

BAZOLLI, 2007

Granulometria

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Sistema de extrusão

Mecanismo de corte

Componentes

Mecanismo de alimentação

Rosca ou parafuso sem fim

Cilindro ou canhão

Matriz ou molde

Classificação

Extrusão de Alto

Cisalhamento: Snacks,

breakfast cereal

Extrusão de Médio

Cisalhamento: Rações,

Proteínas vegetais

Extrusão de Baixo

Cisalhamento: Massas

alimentícias

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O processo de extrusão é considerado como uma operação

extremamente complexa por ser constituída de inúmeros

fenômenos de origem física, química e biológica,

relacionados entre si em função do envolvimento de vários

parâmetros operacionais e diferentes propriedades das

matérias- primas.

Tecnologia de extrusão termoplástica

ELIMINAÇÃO DE GASES

TRATAMENTO TÉRMICO

COMPACTAÇÃO

BOMBEAMENTO

FUSÃO E PLASTIFICAÇÃO

SECAGEM PARCIAL

Fenômenos envolvidos durante o processo extrusão

TRANSPORTE

MOAGEM

HIDRATAÇÃO

HOMOGEINIZAÇÃO

MISTURA

CISALHAMENTO

COMPRESSÃO

AGLOMERAÇÃO

EXPANSÃO

MOLDAGEM

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Modificações físico-químicas e biológicas na matéria-prima até produto acabado

FÍSICO-QUÍMICOS

GELATINIZAÇÃO/dextrinização

DESNATURAÇÃO

AGLOMERAÇÃO

REAÇÃO DE MAILLARD

CARAMELIZAÇÃO

TEXTURIZAÇÃO

BIOLÓGICOS

VALOR NUTRICIONAL

MICROORGANISMOS

FATORES ANTINUTRICIONAIS

Processo contínuo

Maior Produtividade

Versatilidade

Custos reduzidos

Menor consumo de energia

Não produz efluentes

Alta qualidade do produtos

Eliminação de fatores antinutricionais

Eliminação de microorganismos

Vantagens do processo de extrusão

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Sistema de extrusão

Mecanismo de corte

Componentes

Mecanismo de alimentação

Rosca ou parafuso sem fim

Cilindro ou canhão

Matriz ou molde

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Sistema de condicionamento(Precondicionador)

Hastes com velocidades ≠s

Adição de vapor e água:

Homogeneização de ingredientes;

Melhor hidratação;

Aquecimento da mistura; Menor desgaste da rosca e cilindro;

Menor consumo de energia no processo de extrusão

Maior produtividade

Melhor textura do produto

entrada

saida

Rosca e canhão (cilindro) do extrusor

Rosca

Canhão ou

(cilindro): aberto

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Seções funcionais do extrusor (Zonas de processamentos)

Zona de alimentação

- hélice profunda (canais)

- mistura/homogeneização

- Transporte constante

- expulsão de ar

- compactação

Zona de transição (cozimento)

- diminui altura da hélice

- da taxa de cisalhamento

- da temperatura e a pressão

- transformação de forma

granular para massa viscoamorfa

Zona de alta pressão

- helice muito rasa /compressão máxima/

pressão

- taxa de cisalhamento

- energia de dissipação mecânica é

máx./temperatura e pressão máx.

- fluido viscoelástico

Matriz

- dar forma final

- textura

- tamanho desejado

- propriedade funcional

Equipamento :Extrusor

Rosca com

diâmetro

crescente

Caixa

engrenagem

canhão

Seção de

alimentação

Seção de

cozimento

Seção de alta

pressão

Camisa de vapor

Camisa

resfriamento

Alimentação

Termopar

Sensor de

pressão

Matriz

Sistema de

corte

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Elementos de canhão

Mono roscaDupla rosca

Cilindros (canhão do extrusor)

segmentado

Corte retilíneoCorte circular

Rosca no cilindro

com corte retilíneo

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MONO ROSCA

Classificação

Sentido de rotação da rosca - a: contra rotacional, b: co-rotacional

DUPLA ROSCA

Matrizes

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Sistema de corte

Secagem

Ração crua umidade em torno de 10 a 12%,

Sai da extrusora com uma umidade de 20 a 30%, dependendo da fórmula e tipo de produto

Secador

Câmaras aquecidas em um sistema de contra corrente com temperaturas que variam de 90 a 140ºC.

Umidade final e da atividade de água são necessários para ajuste do secador

aumentar ou diminuir a velocidade das esteiras, a temperatura interna e o fluxo de ar.

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Aplicação de líquidos

O sistema é composto de um reservatório

acoplado com uma bomba de rotor que

transportará os líquidos (óleos, gorduras e/ou

hidrolisados)

Nessa etapa precauções como a limpeza

freqüente dos bicos pulverizadores e da linha

confere segurança e qualidade de recobrimento.

Embalagem

Funções:

MANIPULAÇÃO

DISTRIBUIÇÃO

COMERCIALIZAÇÃO(VENDAS)

ATRAENTE

Temperatura

Oxigênio

Umidade (vapor de água)

Luz

Contaminação

Vibração

Choque

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Principais transformações dos

nutrientes

Produtos extrusados

Principal refeição

Ração

Preocupação com os efeitos da extrusão

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Principais transformações de amido

Processo convencional : GelatinizaçãoModificação de estrutura de amido

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Transformação do amido por extrusão

Micrografia eletrônica de varredura de amido de

batata retirado do barril do extrusor

Micrografia

eletrônica de

varredura de

amido de batata

retirado do

cilindro do

extrusor

Relação entre a temperatura do canhão do extrusor e o índice de expansão

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Efeito da umidade de condicionamento sobre o índice de expansão

de amido de milho extrusado

Relação entre a velocidade de rosca e o índice de expansão sobre

amido de milho

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Relação entre a vazão de alimentação e o índice de expansão sobre

amido de milho

Efeito de diâmetro de matriz na gelatinização de amido

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Efeito de temperatura e umidade na taxa de expansão de snacks

Mecanismo de alteração de proteínas na extrusão

Desnaturação

Processo no qual os arranjos espaciais da cadeia polipeptídica dentro das

moléculas das proteínas são transformadas, alterando ou destruindo as

propriedades bioquímicas, devido a ação por aquecimento, agitação,

irradiação e/ou agentes químicos, podendo ser reversível ou não.

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PROTEÍNAS

Alterações nas proteínas

Mecanismo de desnaturação e texturização da proteína

Desnaturação

Formação de novas ligações

covalentes (pontes

dissulfídricas e outras) e

ligações secundárias durante o

processo de extrusão

Realinhamento

Estrutura fibrilar

Etapas de Texturização

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Valor Nutricional x Processo de Extrusão

Reação entre açúcar redutor e aminoácido

Diminui a biodisponibilidade de aminoácidos

Vantagem – formação de aroma e sabor

Processo: controle de temperatura e umidade

Reação de Maillard

Cor

Aroma

Sabor

Açúcar redutor + Aminoácido + Calor

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Inibidores de tripsina – retardam digestibilidade da proteína

Hemaglutininas

Taninos

Inibem absorção de minerais

Complexam proteínas

Fitatos

Ácido fítico

Ácido tânico

Fatores antinutricionais

A maioria dos minerais são estáveis

São cofatores para enzimas

Crescimento e manutenção da saúde

Ferro, Ca, Mg, sódio, potássio, fosfato

Fatores antinutricionais:

Fitatos e taninos

Degradação da estrutura

Não quela minerais

Minerais

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A e E – maior estabilidade

Lipossolúveis

D e K – menor estabilidade

Riboflavina e niacina – maior estabilidade

Hidrossolúveis

C e tiamina – menor estabilidade

Vitaminas

Efeito de parâmetros de extrusão na

destruição das vitaminas

perdas

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Avaliação da qualidade dos

produtos extrusados

Processamento (Itens básicos de alerta)

Quantidades de polímeros de glicose

Moagem dos grãos e sementes

Equipamento regulado

Tempo de cozimento insuficiente

Densidade

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Rações cruas: 500 a 600 g/L

Rações de Cães: 320 a 380 g/L

Rações de Gatos: 410 a 450 g/L

Controle de densidade (g/L)

Controle de flutuabilidade X medida indireta da

densidade

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Avaliação do processamento

3 - Alimento mal

moído e pouco

expandido

2 - Alimento finamente

moído e bem

expandido

1 - Alimento

mal moído,

com melhor

expansão

4 - Alimento

com moagem e

expansão

intermediárias

1

43

2

Avaliação nutricional de produtos

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Mal Processamento

Grau de moagem

Umidade, Pressão

Tempo de cozimento

Temperatura

digestãoGelatinização

do amido

Ração mal processada

amido resistente

Escapa da digestão

enzimática no ID e

é fermentado no IG

produção AGCC

Baixa digestão

fezes moles,

Volumosas,

Flatulência

Processamento de ração Pet - EXTRUSÃO

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fabianocesarsa@gmail.com Perguntas?

1. ASHMEAD, H. D. Nutrição e minerais aminoácidos quelatos. Pub. Albion, 1989, 318p.

2. CHANG, Y. K.; WANG, S. S. Advances in extrusion technology. Aquaculture/Animal feeds

and foods. Technomic Publishing Company, Lancaster, 1999, 422p.

3. GUY, R. Raw materials for extrusion cooking. In: GUY, R. Extrusion cooking. Technologies

and applications. Ed. CRC Press, England, p.5-28, 2001.

4. HOSENEY, R. C. Principles of cereal science and technology. 2nded., AACC, St. Paul,

1998, 378p.

5. RIAZ, M. N. Introduction to extruders and their principles. In: RIAZ, M. N. Extruders in food

applications.CRC Press, Boca Raton, p.1-23, 2000.

6. SCHMIELE, M. Caracterização das frações com diferentes granulometrias de milho

dentado e duro e avaliação na qualidade de extrusados expandidos. Campinas – SP,

2009, 223f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Alimentos) - Faculdade de Engenharia de

Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, 2009.

7. BAZOLLI, R. S. ; VASCONCELLOS, R. S. ; BRUNETTO, M. A. ; OLIVEIRA, L D ; PRADA, F. ;

CARCIOFI, A. C. . Influence of particles size of corn, sorghum, and rice in extrused dog foods

on diet digestibility and postprandial glucose response. In: 11th Congress of the European

Society of Veterinary and Comparative Nutrition, 2007, Leipzig. Proceedings of the 11th ESVCN

Congress. Leipzig: Merkur Druck, 2007. p. 55-55.

Referências bibliográficas