PRODUCCIÓN BOVINA DE
CARNE
Director: Guillermo Alejandro Bavera, Méd. Vet.,
Profesor Titular Efectivo de Producción Bovina de Carne, Depto. Producción
Animal,
Facultad
de Agronomía y Veterinaria, Universidad Nacional de Río Cuarto, Río Cuarto,
provincia de Córdoba, República Argentina
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El proceso de extrusión en cereales y
habas de soja, I. Efecto de la extrusión sobre la utilización de nutrientes
A. Valls Porta*. 1993. IX Curso de
Especialización FEDNA, Barcelona.
*Cotécnica.
1. INTRODUCCIÓN
La extrusión
es definida como "el proceso que consiste en dar forma a un producto, forzándolo
a través de una abertura con diseño específico". Así pues, la extrusión
puede o no implicar simultáneamente un proceso de cocción.
Centrándonos
en el proceso de extrusión aplicado al tratamiento de cereales, oleaginosas y
pienso, podemos decir que la extrusión
consiste en hacer pasar a través de los agujeros de una matriz, la harina de
estos productos a presión por medio de un tornillo sinfín que gira a cierta
velocidad.
Este proceso
de extrusión se puede efectuar con el acondicionamiento de la harina antes de
la extrusión por medio de vapor o sin vapor y según sea el caso nos dará dos
métodos:
♦
húmedo
♦
seco
Dentro del
proceso de extrusión en húmedo podemos diferenciar a la vez dos tipos, el de
corto tiempo y alta temperatura y el de cocción a presión en función del tipo
de acondicionador y extrusora.
2. ACONDICIONADORAS
Y EXTRUSORAS DE CORTO TIEMPO/ALTA TEMPERATURA
El proceso de
acondicionamiento implica una serie de etapas:
♦
Acondicionamiento
a presión atmosférica por medio de vapor y agua a una temperatura de salida del
producto de 70-
♦
Un método
de aplicación del agua añadida ya sea vapor o agua muy uniforme.
♦
Una
configuración del extruder diseñado para trabajar con el producto
acondicionado.
♦
Un medio
de elevar la temperatura en el extruder hasta
♦
Una matriz
capaz de dar forma al producto procesado.
♦
Un sistema
de corte del producto elaborado.
3. ACONDICIONADORA Y
EXTRUSORA A PRESIÓN
Este proceso
implica las siguientes fases:
♦
Alimentación
del producto a procesar en una cámara a presión con aplicación de vapor a
presión reducida.
♦
Tiempo de
cocción desde el inicio al final del proceso entre 2 y 10 minutos.
♦
Matriz que
da forma.
♦
Cortador del
producto elaborado.
Estos
procesos descritos tienen diferentes aplicaciones en el campo industrial.
4. EL PROCESO DE
EXTRUSIÓN EN SECO
Es posible
usarlo en productos con elevado contenido en aceite, como por ejemplo para el
procesado de habas de soja, puesto que el propio aceite lubrica el paso por la
matriz.
Este
procedimiento de extrusión en seco tiene el inconveniente de alcanzar
temperaturas muy elevadas, a diferencia del proceso en húmedo, con lo que
disminuye la lisina disponible. En cambio, este procedimiento no es posible
aplicarlo a cereales o piensos, por la imposibilidad física de trabajar con la
máquina a este nivel de humedad.
5. EL PROCESO DE
EXTRUSIÓN EN HÚMEDO
En la
extrusión en húmedo es muy importante conseguir que el producto a procesar esté
bien molturado, que podamos regular la temperatura de las diferentes secciones
del proceso para conseguir la máxima calidad nutritiva del producto, y que el
agua y el vapor sean adecuados para conseguir el nivel de humedad necesarios,
la presión y la superficie de apertura de la matriz idóneos para que el
producto salga con la máxima calidad y el mínimo coste (ver figura 1).
Figura 1. Efecto de la
humedad del producto extrusionado sobre el coste de producción y la eficiencia
alimentaria
(Wenger
Manufacturine, INC)
NOTA: 1.
Un índice cuantitativo que representa una suma de
características alimentarias. Estas características incluyen:
♦
Relación de eficiencia alimenticia.
♦
Durabilidad del producto.
♦
Retención de nutrientes.
♦
Planta de extrusión del producto.
♦
Coste de la fórmula.
NOTA: 2
Coste operativo, basado en los datos de producción de
la planta.
NOTA: 3
Efectos de incrementar la extrusión por la humedad.
♦
Dramática reducción del desgaste del extruder.
♦
Dramática reducción del consumo de energía eléctrica.
♦
Incremento moderado del consumo de energía en la caldera de vapor.
♦
Incremento moderado en el coste de secado.
♦
Incremento de la eficiencia alimentaria.
♦
Mejor retención de nutrientes.
♦
Mejora el rendimiento de la alimentación.
♦
Mejora la durabilidad del producto.
♦
Disminución de finos.
Una vez hemos
obtenido el producto extrusionado procedente de una extrusión en húmedo, es
necesario secarlo, puesto que sale de la extrusora a un nivel de humedad del
22-30%. El producto se seca mediante una corriente de aire caliente hasta
conseguir una humedad final entre 7-12%.
6. ¿QUE HA OCURRIDO
EN EL PROCESO DE EXTRUSIÓN?
En la
extrusión de cereales o piensos el producto se ha ido humedeciendo hasta
alcanzar una humedad entre el 22-30% y la temperatura se va incrementando por
la transformación de la energía mecánica en calor en el mismo cañón del
extruder, por la configuración del extruder que asegura las condiciones de
fricción y cizallamiento adecuado.
El agua es
sometida a temperaturas muy superiores a las de su vaporización, pero permanece
en estado líquido porque se encuentra sometida a elevadas presiones (varias
decenas de atmósferas). En el momento en que el producto sale por el agujero de
la matriz, el agua que está íntimamente mezclada con el producto sufre un
brusco cambio de presión y se evapora instantáneamente. Es por ello que el
producto sufre una expansión y las cadenas proteicas así como las de almidón
son modificadas, aumentando la superficie y haciéndose más atacable por los
enzimas, con lo que el producto se hace más digestible.
7. EFECTO DE LA
EXTRUSIÓN SOBRE LOS ALMIDONES
El almidón es
un hidrato de carbono que se encuentra principalmente en los cereales,
tubérculos y otras semillas. Al igual que la celulosa, es un polímero de
glucosa, con la diferencia de que en el almidón las moléculas de glucosa están
ligadas por un enlace α 1-4 en lugar del β 1-4 de la celulosa.
El almidón se
encuentra en los cereales en forma de gránulos pequeños de diferente formas
-esféricos, ovalados, lentillas, irregulares- en función de su origen. Dentro
de los cereales el almidón existe en forma hidratada, polimérica y formando un
entramado cristalino.
Su
composición química responde a una fórmula empírica:
(C6 H10 O5 . H2 O)n
Cuando el almidón
se trata en agua caliente aparecen dos fracciones, el componente más soluble la
amilasa que se disuelve y la amilopectina que permanece insoluble. En los
cereales la amilasa viene a representar el 10-20% y la amilopectina el 90-80%
del almidón total.
La estructura
de la amilopectina es la siguiente:
La
amilopectina está formada por las mismas unidades de glucosa que la amilasa,
pero difiere en que tiene una estructura molecular que no es lineal.
Las
proporciones principales de su cadena están unidas por enlaces 1-4 de x-glucosa
que produce maltosa como primer producto de digestión, pero las ramas están
unidas por enlaces 1-6 x, enlaces que originan el producto isomaltosa antes de
su digestión final a d-glucosa.
La enzima
β-amilasa que se encuentra en las plantas ataca solamente el enlace 1-4.
Hidroliza por completo la amilasa, pero disgrega solamente un 60% de la
amilopectina. La restante estructura polimérica que contiene una alta
proporción de 1-6 enlaces se llama dextrina.
La x-amilasa,
la enzima que disgrega el almidón en el aparato digestivo de los animales,
puede hidrolizar los 1-4 enlaces en ambos lados de los puntos de ramificación
1-6 produciendo oligosacáridos muy pequeños que son de nuevo descompuestos a
glucosa por la oligo- 1-6- glucosidasa de la mucosa intestinal. Esta enzima
separa los enlaces 1-6 de las
dextrinas y
disgrega la isomaltosa resultante en unidades de glucosa. La enzima maltosa
divide la maltosa en glucosa.
Figura 2. Actividad de los enzimas digestivos
en el lechón (Kirchgessner et al., 1966)
El problema
en lechones, según el gráfico adjunto, es que su aparato digestivo en las
primeras semanas de vida no está maduro y la segregación de maltosa y amilasa son
insuficientes para dietas ricas en cereales. Es por ello que el suministro de
cereales extrusionados, con un elevado grado de gelatinización de los
almidones, facilita la digestión de los almidones haciendo el conjunto de la
dieta más digestible y evitando así problemas sanitarios, favoreciendo un mayor
consumo y un mayor crecimiento diario.
En el proceso
de extrusión, el gránulo de almidón absorbe agua y en el instante de salida de
la matriz de la extrusora, el agua sometida a presión pasa a la forma de vapor
y el almidón sufre un proceso de alineamiento, rizado y rotura tal como se
muestra en las fotografías siguientes.
El método
analítico para determinar la calidad del producto procesado en forma
cuantitativa es el método enzimático de la glucoamilasa. Este método mide el %
de gelatinización (grado de cocción), que es la cantidad de almidón
gelatinizado en la muestra expresada como un porcentaje del total del almidón.
El cambio
sufrido en la estructura de los cereales durante la extrusión es de tal
magnitud, que podríamos decir que el producto resultante es un nuevo producto.
8. EFECTO DE LA
EXTRUSIÓN SOBRE LAS GRASAS
Los aceites
que contienen los cereales, las grasas añadidas a los piensos que
posteriormente serán extrusionados, así como los aceites de leguminosas como el
contenido en el haba de soja, al ser el producto extrusionado sufren un proceso
de emulsión debido a la fuerte presión a que son sometidas las finas gotas de
grasa y son recubiertas por los almidones y proteínas, quedando la grasa encapsulada.
Para realizar la determinación correctamente es necesario emplear el método de
hidrólisis ácida y extracción posterior, puesto que con el método de Extracto
Etéreo no se consiguen los resultados que corresponden en realidad al producto.
La grasa al ser emulsionada es más atacable por los jugos digestivos de los
animales, aumentando por tanto la energía del producto. Generalmente las
lipasas y peroxidasas son inactivadas durante el proceso de extrusión en
condiciones normales, mejorando la estabilidad posterior del producto.
9. EFECTO DE LA
EXTRUSIÓN SOBRE LA PROTEÍNA
La extrusión
de productos con elevado contenido proteico se suele realizar generalmente para
controlar los inhibidores del crecimiento que están contenidos en las materias
primas. Durante el proceso de extrusión, estos inhibidores son suficientemente
inactivados para evitar bloquear la actividad enzimática en el intestino.
Dentro de los procesos aplicables a productos proteicos con elevado contenido
en grasa están los descritos anteriormente, en seco y los dos tipos de húmedo.
Estos procesos consiguen productos con factores antitrípsicos correctos desde
el punto de vista de su uso en alimentación animal y su diferencia está en que
el producto ha sido sometido a diferente humedad y temperatura durante la
extrusión. Se intenta en estos procesos conseguir por un lado el mínimo
contenido en factores antitrípsicos y por otro la máxima lisina disponible en
el producto. Es conocido que la lisina es un aminoácido muy reactivo y el
proceso que sea menos agresivo será el mejor desde el punto de vista nutritivo.
La extrusión produce el desenredamiento de las cadenas proteicas vegetales. Las
moléculas se alinean a largo de la matriz. En ausencia de cantidades
importantes de almidón, la cocción por extrusión reduce la solubilidad de la
proteína cuando la temperatura aumenta. Existe un proceso por el cual a medida
que la temperatura se va elevando, la proteína se va perjudicando. La cantidad
de proteína perjudicada se puede medir y cuantificar mediante la determinación
de Nitrógeno en la fracción de Fibra Ácido Detergente. Muchas proteínas son
desnaturalizadas y rotas por la extrusión y pierden por tanto sus propiedades
funcionales.
Figura 3. Efecto de la temperatura de extrusión
sobre los porcentajes de proteína soluble y dañada por calor
En productos
con elevado contenido en almidón, la proteína queda dentro de la matriz formada
por el almidón, con lo que queda enredada y encapsulada. Sin embargo los
enzimas digestivos del tracto intestinal disuelven la matriz de almidón,
liberando la proteína.
10. EFECTO DE LA
EXTRUSIÓN SOBRE LA FIBRA
Existen pocos
datos publicados del efecto de la extrusión sobre la fibra, aunque se haya
estudiado. Así por ejemplo para el caso del trigo se puede decir que la fibra
del producto se solubiliza, incrementando la disponibilidad para su
fermentación. Así por ejemplo cuando se extrusiona salvado el contenido en
fibra soluble se incrementa significativamente. Varias observaciones indican
que las paredes de las celulosas del producto extrusionado se adelgazaron y la
superficie era más rugosa que la inicialmente de partida.
Para
conseguir efectos significativos sobre la fibra hay que procesar los productos
bajo condiciones muy severas, cosa que no ocurre en condiciones de trabajo
normales.
11. VITAMINAS
Cada vitamina
tiene sus propias características de estabilidad durante los procesos térmicos.
Los efectos en la estabilidad en las vitaminas durante la extrusión son
complicados debido a la acción de la humedad, fricción y altas temperaturas y
presiones.
Las vitaminas
liposolubles A, D y E, en general, son razonablemente estables durante la
extrusión. El nivel de humedad del producto durante la extrusión tiene el mayor
efecto sobre la retención de vitaminas. Como norma general, alto nivel de
humedad en el proceso da más vitaminas retenidas.
Las vitaminas
hidrosolubles, como la vitamina C o del grupo B, pueden perder estabilidad
durante la extrusión. La extrusión húmeda produce una pérdida de vitamina C y
tiamina.
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