EXTRUSÃO 02/11/2010. O alimento passa, então, para a seção do canhão com o menor passo, onde a pressão e o cisalhamento são ainda maiores

Transcrição

1 A extrusão é um processo que combina várias operações unitárias, incluindo mistura, cozimento, amassamento, cisalhamento, formação e moldagem EXTRUSÃO Os extrusores são classificados de acordo com o método de operação (a frio ou de cozimento) e construção (extrusores de rosca única ou dupla) Os princípios de operação são similares em todos os tipos: a matéria-prima é alimentada no canhão de extrusão e a (s) rosca (s) a transporta (m) ao longo dele Na parte mais superior (saída) do canhão, o passo da rosca diminui, o que restringe o volume e aumenta a resistência ao movimento do alimento Como resultado, o canhão e os espaços entre os passos da rosca ficam cheios e são comprimidos. A medida que o alimento vai sendo transportado ao longo do canhão, a rosca vai trabalhando o material, transformando-o em uma massa plástica semi-sólida. Se o alimento for aquecido a mais de 1000 C, o processo é conhecido como cozimento por extrusão (ou extrusão a quente). Nesse processo, o calor friccional e qualquer outro aquecimento adicional utilizado fazem com que a temperatura suba rapidamente O alimento passa, então, para a seção do canhão com o menor passo, onde a pressão e o cisalhamento são ainda maiores Finalmente, ele é forçado através de uma ou mais aberturas restritas (trefila) na saída do canhão Ao emergir da trefila sob pressão, o alimento expande-se até sua forma final, resfriandose rapidamente pela evaporação instantânea da umidade na forma de vapor Podem ser produzidas diversas formas, por exemplo, bastões, esferas, roscas, tubos, tiras ou conchas. Os produtos incluem uma grande variedade de salgadinhos expandidos de baixa densidade e cereais expandidos prontos para o consumo (tab 14.1) A extrusão a frio, na qual a temperatura do alimento permanece próxima da ambiente, é utilizada para misturar e modelar alimentos como massa e produtos cárneos A extrusão a baixa pressão, em temperatura abaixo de 1000 C, é utilizada para produzir, por exemplo, pastas de peixe, rações para animais O cozimento por extrusão é um processo de alta temperatura e curto tempo (HTST), que reduz a contaminação microbiológica e inativa enzimas Entretanto, o principal método de conservação de alimentos extrudados, tanto á quente como a frio, é a baixa atividade de água do produto ( 0,1 a 0,4) 1

2 A extrusão alcançou popularidade pelas seguintes razões: VERSATILIDADE Uma ampla variedade de produtos é possível pela alteração de ingredientes, condições de operação do extrusor e forma da trefila 2

3 CUSTOS REDUZIDOS A extrusão possui custos de processamento menores e maior produtividade do que outros processos de cozimento ou modelagem. Alguns processos tradicionais, como a manufatura de cereais matinais de milho são mais eficientes e baratos quando substituídos por extrusão ALTAS TAXAS DE PRODUÇÃO E PRODUÇÃO AUTOMATIZADA Os extrusores funcionam continuamente e apresentam altas taxas de produção. Por exemplo, são possíveis taxas de produção de até 315 Kg/h, para salgadinhos, 1220 Kg/h para cereais de baixa densidade e 9000 kg/h para rações animais secas expandidas QUALIDADE DO PRODUTO O cozimento por extrusão envolve altas temperaturas aplicadas por curto tempo, e o tratamento térmico limitado mantém muitos componentes termossensíveis NÃO HÁ EFLUENTES DO PROCESSO A extrusão é um processo de baixa umidade que não produz efluentes. Isso elimina os custos de tratamento de água e não cria problemas de poluição ambiental TEORIA Os dois fatores que mais influenciam a natureza do produto extrudado são as propriedades reológicas do alimento e as condições de operação do extrusor Propriedades reológicas do alimento As propriedades da matéria-prima possuem uma influência importante na textura e na cor do produto. Os fatores mais importantes são: -o tipo da matéria-prima -seu teor de umidade -o estado físico dos materiais -a composição química, particularmente a quantidade e o tipo de amidos, proteínas, gorduras e açúcares; e -o ph do material úmido - composição da matéria-prima, sua umidade e o tamanho das partículas influenciam a viscosidade do produto no extrusor 3

4 A viscosidade é o fator crucial que determina as condições de operação do extrusor e, portanto, da qualidade do produto. Diferentes tipos de matéria-prima podem levar a produtos completamente diferentes quando as mesmas condições são usadas no mesmo extrusor. Isso é devido a diferenças no tipo e na quantidade de amido, proteínas, umidade e outros ingredientes adicionados ( por exemplo, óleo ou emulsificante), que resultam em viscosidades diferentes e, desse modo, características de fluxo diferentes Ao sair da trefila, o produto encontra-se no estado vítreo. Ele se expande rapidamente e, ao se resfriar, a temperatura cai para abaixo do estado de transição vítrea, formando uma estrutura de fibras e matrizes que determinam a textura do produto Diferenças no teor de açúcar ou ph também podem produzir variações na cor devido a diferentes graus de escurecimento por Reação de Maillard EQUIPAMENTO O equipamento consiste de uma rosca cilíndrica que gira em um canhão cilíndrico ranhurado, feito de ligas duras ou aço inox endurecido para resistir ao desgaste provocado pela fricção EXTRUSORES DE ROSCA ÚNICA A rosca é acionada por um motor elétrico de velocidade variável suficientemente potente para bombear o alimento contra a pressão gerada no canhão. A velocidade da rosca é um dos principais fatores que influenciam a performance do equipamento : ela afeta o tempo de residência do produto, a quantidade de calor friccional gerado, as taxas de transferência de calor e a força de cisalhamento aplicada sobre o produto. Velocidades típicas são 150 a 600 rpm, dependendo da aplicação A compressão é atingida no canhão pela pressão reversa criada pela trefila, bem como por: -aumento do diâmetro da rosca e decréscimo de seu passo; -utilização de um canhão cônico, com rosca de passo constante ou decrescente; e - colocação de restrições nos passos da rosca 4

5 pressões na trefila variam de aproximadamente 2000 x 10 3 Pa para produtos de baixa viscosidade até x 10 3 Pa para salgadinhos expandidos os extrusores de rosca única podem ser classificados de acordo com a força de cisalhamento exercida no alimento em: ALTO CISALHAMENTO altas velocidades e pequeno espaço entre a rosca e o canhão criam altas pressões e temperaturas, necessárias para produzir cereais matinais e salgadinhos expandidos MÉDIO CISALHAMENTO Para massa de empanamento, proteína texturizada e rações animais semi-úmidas BAIXO CISALHAMENTO Grande espaço entre rosca e canhão e baixas velocidades criam baixas pressões para a modelagem da massa, produtos cárneos e gomas Dados de operação - Tabela 14.2 Os extrusores de rosca única tem custos de investimento e operação mais baixos e requerem menos habilidade para operar e manter do que os de rosca dupla EXTRUSORES DE ROSCA DUPLA Os extrusores são classificados de acordo com a direção da rotação e a maneira como as roscas se entrelaçam As roscas em extrusores de rosca dupla giram em uma concavidade na forma de um oito, no interior do canhão As roscas duplas entrelaçadas em co-rotação, que são auto-limpantes (o passo de uma rosca raspa o alimento da outra), são as mais empregadas no processamento de alimentos (14.4) Uma das principais vantagens dos equipamentos de rosca dupla é a maior flexibilidade de operação, possível pela alteração do grau de entrelaçamento das roscas, do número de passos ou pelo ângulo de inclinação da rosca Os extrusores de rosca dupla possuem as seguintes vantagens: -a produção é independente da taxa de alimentação, e flutuações na taxa de produção podem ser acomodadas pela ação de deslocamento positivo das roscas os extrusores de rosca simples, por sua vez, precisam estar completamente cheios para operar efetivamente. O deslocamento positivo também produz maiores taxas e melhor controle da transferência de calor do que nos equipamentos de rosca única 5

6 -os extrusores de rosca dupla podem trabalhar com materiais oleosos, pegajosos, ou muito úmidos, além de produtos que escorregam em rosca única as limitações para equipamentos de rosca única e dupla são, respectivamente, 4 e 20% de gordura, 10 e 40% de açúcar e 30 e 65% de umidade Também existe uma maior flexibilidade de operação com diferentes matérias primas -uma mistura de tamanhos de partículas, desde pós finos até grãos, pode ser utilizada, ao passo que os extrusores de rosca única estão limitados a uma faixa especifica de tamanho de partículas limitações de extrusores de rosca dupla são o custo de capital e manutenção relativamente altos (até 2x o custo de um de rosca única) e as maiores restrições nas faixas de operação a complexidade das engrenagens necessárias para movimentar as roscas duplas resulta em limitações no torque, na pressão e no impulso máximos que podem ser atingidos APLICAÇÕES Extrusão a frio Neste processo, o produto é extrudado sem o cozimento. O extrusor possui uma rosca com mais profundidade que opera em baixa velocidade em um canhão liso para trabalhar e extrudar o material com pouca fricção Utilizado para produzir salsichas, massas de confeitaria Condições típicas de operação tab 14.2 para condições de baixo cisalhamento COZIMENTO POR EXTRUSÃO Pressão e temperaturas altas são utilizadas para formar produtos expandidos. A rápida liberação de pressão na saída da trefila causa a expansão instantânea de vapor e gás do material, formando um produto de baixa densidade. A extrusão a quente é um processo HTST que minimiza a perda de nutrientes e reduz a contaminação microbiana O teor de umidade de alguns produtos, por exemplo, salgadinhos, cereais matinais é reduzido ainda mais após a extrusão pela secagem CONFEITOS Os extrusores de cozimento HTST são utilizados para manufaturar produtos gelatinosos de mascar, tais como, gomas de fruta, a partir de uma mistura de açúcar, glicose e amido. O calor gelatiniza o amido, dissolve o açúcar e vaporiza o excesso de água, que é purgado para fora do equipamento A uniformidade do produto é alta, não sendo necessária a secagem posterior, e o início e término do processo são rápidos As balas duras são produzidas de açúcar granulado e xarope de glicose. A temperatura do extrusor é elevada até 1650C para produzir uma massa homogênea e decristalizada Ácidos, aromatizantes, e corantes são adicionados a massa de açúcar, e o teor de umidade é reduzido a 2% quando o produto emerge da trefila em uma câmara de vácuo. Ele é, então, alimentado em equipamentos de estampagem ou modelagem para produzir a forma desejada 6

7 Comparando com os métodos tradicionais que usam os tachos, o consumo de energia em um extrusor operando a 1000Kg/h é reduzido de 971 para 551 KJ/ Kg de massa de açúcar, e o consumo de vapor de 0,485 para 0,193 kg/ Kg de massa de açúcar CEREAIS MATINAIS Na manufatura tradicional de cereais matinais são necessárias grandes partículas de milho (grits), pois o tamanho individual do grit determina o tamanho do produto final. os grits são cozidos sob pressão, secos e temperados para garantir uma distribuição uniforme de umidade, laminados, tostados e aspergidos com uma solução de vitaminas O tempo total de processamento é de mais de cinco horas. Pellets de massa de pão são agora produzidos em um extrusor de baixa pressão O tamanho do pellet determina o tamanho do produto final. Eles são, então, laminados, tostados e aspergidos como antes Alimentos á base de proteína Proteína vegetal texturizada (PVT) O cozimento por extrusão destrói as enzimas presentes na soja, inclusive a uréase, que reduz a vida de prateleira, a lipoxidase, que causa sabores desagradáveis pela oxidação do óleo de soja; e ainda, o inibidor de tripsina, que reduz a digestibilidade das proteínas. Isso melhora a aceitação, a digestibilidade e a vida de prateleira do produto Farinha desengordurada de soja, concentrado ou isolado de soja são umedecidos e o ph é ajustado. Um ph mais baixo (5,5) aumenta a mastigabilidade no produto final, enquanto em ph mais alto (8,5) proporciona um produto mais macio e uma reidratação mais rápida Corantes, aromatizantes e agentes de firmeza, como o cloreto de cálcio, são adicionados, e o material é plasticizado em um extrusor de 60 a 1400 C O material é, então, extrudado para formar fibras texturizadas expandidas que são resfriadas e secas até 6 a 8% de umidade EFEITOS NOS ALIMENTOS Características sensoriais A produção de texturas características é um dos principais aspectos da tecnologia de extrusão O grau das alterações no amido, determinada pelas condições de operação e matérias primas, produz a ampla variedade de texturas de produto que podem ser obtidas 7

8 As condições HTST do cozimento por extrusão exercem apenas pequenos efeitos nas cores e nos aromas naturais dos alimentos Os aromas microencapsulados são mais adequados, porém mais caros. Os aromas, são portanto, mais comumente aplicados á superfície dos alimentos extrudados na forma de aerossóis ou pastas viscosas. No entanto, isso pode causar aderência em alguns produtos, o que requer secagem adicional 8