ES2290186T3 - Procedimiento de extrusion, aparato y producto. - Google Patents
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Abstract
Producto de cereal sometido a cocción o alimento seco para animales domésticos, que se puede obtener por un proceso de extrusión, que tiene un grado de gelatinización mínimo de 85%, preferentemente de 90% o más, y que tiene un perfil de almidón caracterizado por correspondientes proporciones de 40-70% de amilopectina, 5-22% de intermedios y 15-35% de amilosa.
Description
Procedimiento de extrusión, aparato y
producto.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de extrusión para la fabricación de cereales cocidos o
alimentos secos para animales domésticos, y hace referencia también
a un aparato para llevar a cabo el procedimiento y a un producto
que se puede obtener por el mismo procedimiento.
El documento U.S.A. 5997934 (Geromini y otros)
da a conocer un procedimiento para la fabricación de cereales
cocidos o alimentos secos para animales domésticos, que comprende la
preparación de la mezcla de agua y una premezcla seca, que
comprende principalmente harina de cereales o semolina, efectuando
la cocción de la mezcla y extrusionándola por prensado, haciéndola
pasar por una matriz de extrusión con ayuda de una bomba de
engranajes.
El documento U.S.A. 5667833 (Juengling y otros)
da a conocer un procedimiento y equipo para fabricación de pasta
alimenticia, que comprende la preparación de la mezcla de harina de
cereales y agua que tiene un contenido de agua de
25-40%, amasado de la mezcla y extrusión de la misma
por prensado, haciéndola pasar por una matriz de extrusión con
ayuda de una bomba de engranajes.
El objetivo de la presente invención es dar a
conocer un procedimiento de extrusión y aparato que mantienen la
estructura molecular del almidón a efectos de fabricar un producto
con características próximas a las de un producto tradicional
secado por rodillos y superiores a las de los productos
tradicionales obtenidos por cocción y extrusión.
En realidad, un producto tradicional secado en
rodillos no ha sido sometido a ningún esfuerzo mecánico durante la
totalidad de su procedimiento de fabricación, porque el producto
secado en rodillos tradicional se obtenía por secado en rodillos de
una pasta cocida que comprendía principalmente harina de cereales y
40-45% de agua, habiendo sido sometida la pasta a
cocción en un recipiente y obteniéndose el efecto de secado por
simple transferencia térmica desde el rodillo a la película de la
pasta aplicada sobre su superficie.
La presente invención se refiere a un producto
de cereales cocido o alimento seco para animales domésticos, que se
puede obtener por un procedimiento de extrusión, que tiene un grado
de gelatinización mínimo de 85%, preferentemente de 90% o más, y
que tiene un perfil de almidón caracterizado por correspondientes
proporciones de 40-70% de amilopectina, 5 a 22% de
productos intermedios y 15-35% de amilosa.
Además, el producto de la presente invención
tiene preferentemente un grado de expansión de 1,5 a 10, más
preferentemente de 2 a 6.
Por otra parte, un producto tradicional de
cocción y extrusión ha sido sometido a elevados esfuerzos de
cizalladura durante su fabricación, por estar sometido a alta
presión y rozamiento en el proceso de cocción en el
extrusionador.
El procedimiento de Geromini y otros, que se ha
mencionado, comprende en realidad la
extrusión-cocción de la mezcla de agua y harina
antes de prensarla, haciéndola pasar por una matriz de extrusión con
ayuda de una bomba de engranajes.
Por el contrario, el proceso completo de
Juengling y otros, que se ha mencionado, ha sido llevado a cabo
manteniendo la temperatura de la mezcla de agua y harina o semolina
por debajo de 55ºC, de manera que se obtiene una pasta en bruto,
sin gelatinización de la harina o semolina.
El procedimiento para la fabricación de
productos de cereales cocidos o alimentos secos para animales
domésticos, de acuerdo con la presente invención, comprende la
preparación de la mezcla de agua y una premezcla seca que comprende
principalmente harina de cereales o semolina, y prensando la mezcla,
mediante una bomba de engranajes, en primer lugar, haciéndola pasar
por un cambiador de calor en el que es sometida a cocción y, a
continuación, haciéndola pasar por una matriz de extrusión.
De manera similar, el aparato para la
fabricación de productos de cereales cocidos o alimentos secos para
animales domésticos, de acuerdo con la presente invención, comprende
un dispositivo de mezcla, una bomba de engranajes, un cambiador de
calor y una matriz de extrusión conectados en serie.
En la totalidad de la presente descripción y
reivindicaciones, la expresión "comprende principalmente harina
de cereales o semolina" significa que comprende como mínimo 50% o
preferentemente como mínimo 70% de harina de cereales o
semolina.
De manera similar, la expresión "mezcla de
agua y premezcla en seco" significa "o bien una mezcla de agua
y una premezcla en seco o una mezcla de vapor de agua, agua y
premezcla en seco".
De manera sorprendente, se ha observado que es
posible con este procedimiento y aparato el mantener la estructura
molecular del almidón a efectos de fabricar un producto de cereal
cocido o un alimento seco para animales domésticos con
características próximas a las de un producto tradicional secado en
rodillos y superior a los rodillos tradicionales sometidos a
cocción y a extrusión.
Este hecho puede ser observado, en especial,
comparando los respectivos grados de gelatinización y perfiles de
almidón.
Este hecho puede ser observado especialmente
comparando los respectivos grados de gelatinización y perfiles de
almidón.
El grado de gelatinización indica la eficacia
del cambiador de calor y la calidad de la cocción del producto. De
manera típica, una gelatinización mínima de 85%, preferentemente de
90% o más, indica un cereal con una cocción suficiente. El perfil
de almidón describe el reparto de las dos moléculas funcionales de
almidón, amilosa y amilopectina que influyen directamente
importantes características del producto final (por ejemplo,
viscosidad, textura, solubilidad y adherencia). Los esfuerzos
mecánicos aplicados en un aparato de extrusión tradicional de
husillo único y de husillo doble simplemente destruyen la fracción
de amilopectina, reduciendo por lo tanto la viscosidad y aumentando
la solubilidad y adherencia. Esta es la razón por la que los
productos existentes realizados con tecnologías de baja cizalladura
(secador rodillos, cocción con elevado contenido de humedad) no
pueden ser copiados exactamente por extrusión. Por lo tanto, el
presente procedimiento está destinado a mantener el posible almidón
inicial reduciendo los esfuerzos de cizalladura. Ésta es la
condición previa para obtener productos con características
similares a los secados en rodillos o productos cocidos con alta
humedad.
Para llevar a cabo el presente procedimiento
para la fabricación de cereales cocidos, es posible preparar una
premezcla en seco que contiene 70-88% de una harina
o semolina de un cereal tal como trigo, avena, maíz y/o arroz y
hasta 20% de azúcares tales como sacarosa y dextrosa, a los cuales
se pueden añadir otros ingredientes tradicionales tales como
cloruro sódico hasta 2%, aceite hasta 8% o grasas tal como una
aceite vegetal o grasa o aceite de manteca, hasta 15% de almidones
modificados tales como almidones modificados de maíz o de trigo,
hasta 10% de leche en polvo u otra fuente de proteínas, cacao en
polvo en unas pocas unidades de porcentaje, malta asimismo en pocas
unidades de porcentaje, hasta 0,5% de sales minerales, hasta 0,5% de
vitaminas, hasta 2% de antioxidantes y posiblemente enzimas que
pueden reducir la viscosidad de la mezcla a preparar, todo ello como
ejemplo.
Para la fabricación de alimentos secos para
animales domésticos, es posible preparar una premezcla seca que
comprende como mínimo 50% de harina de cereales,
25-35% de harina de carne y subproductos de
animales, 5-15% de grasa y cebo, y hasta 10% de
subproductos vegetales y hasta 6% de vitaminas y minerales, todo
ello como ejemplo.
Para la fabricación de cereales cocidos o
alimentos secos para animales domésticos, es posible, con el
dispositivo de mezcla, el preparar una mezcla de agua y la
premezcla tal que la mezcla tenga un contenido de agua de
12-45%, preferentemente 12-30%, y
más preferentemente 12-22% en peso.
La mezcla todavía sin cocción es prensada a
continuación en el cambiador de calor con ayuda de una bomba de
engranajes.
Con este objetivo, la bomba de engranajes puede
ser alimentada con esta mezcla de forma continua y permanente,
ejerciendo sobre la misma una presión relativamente más baja, por
ejemplo, de 100 a 2000 kPa más arriba de la bomba de engranajes.
En estas condiciones es posible hacer que la
bomba de engranajes ejerza una presión de 3000 a 25000,
preferentemente de 4000 a 20000 y más preferentemente de 5000 a
16000 kPa sobre la mezcla más arriba del cambiador de calor.
Dado que el tiempo de permanencia de la bomba de
engranajes es reducido y la aportación de energía mecánica es
reducida, los materiales originales en bruto pueden alcanzar el
cambiador de calor sin ninguna degradación molecular importante.
Es posible someter esta mezcla a cocción al
calentarla progresivamente a 60-180ºC,
preferentemente a 100-160ºC durante un tiempo de 2
a 15 minutos a lo largo del cambiador de calor, todo ello como
ejemplo.
La cocción en el cambiador de calor tiene lugar
principalmente por transferencia térmica de calor, manteniendo por
lo tanto la estructura molecular original. Las características de
este producto sometido a cocción serán próximas a las de un
producto tradicional secado en rodillos y superiores a las de un
producto tradicional del tipo de
cocción-extrusión.
A efectos de prensar la mezcla haciéndola pasar
por dicha matriz de extrusión, es posible mantener una presión de
2000 a 10000, preferentemente de 3500 a 9000, y más preferentemente
de 4000 a 8000 kPa más abajo del cambiador de calor y más arriba de
la matriz. La pérdida de carga en el cambiador de calor puede tener
un valor comprendido entre 1000 y 20000, preferentemente
comprendido entre 1000 y 17000, y más preferentemente comprendido
entre 1000 y 12000 kPa.
Es posible cortar el elemento continuo
extrusionado o macarrón de mezcla cocida obtenida de esta manera,
formando pastillas o similares en la salida de la matriz, por
ejemplo, con ayuda de un dispositivo de corte.
\newpage
En cuanto al presente aparato, el dispositivo de
mezcla puede ser un mezclador de cuchilla de alta velocidad, un
dispositivo de entremezclado de husillo doble y un mezclador o
extrusionador de co-rotación, o un extrusionador de
husillo único.
El cambiador de calor es preferentemente un
cambiador de calor de mezclador estático. El mezclador estático
puede ser de cualquier tipo adecuado, tal como el que se da a
conocer en U.S.A. 5486049 (Boatman y otros) o U.S.A. 5538748
(Boatman y otros) o los que forman parte de un cambiador de calor
tubular estándar SULZER, tal como el SULZER SMR DN80 que es un
cambiador de calor con mezclador estático.
La bomba de engranajes puede comprender dos
ruedas dentadas o rodillos dentados que engranan entre sí. Los dos
rodillos pueden girar dentro de un cuerpo envolvente sobre ejes
situados en un plano perpendicular a la dirección de la corriente
de mezcla. Pueden girar, cada uno de ellos, en dirección opuesta,
separándose los dientes en una parte de arriba y cerrándose en la
parte de abajo. El borde externo de los dientes puede deslizar
contra la pared interna correspondiente de dicho cuerpo envolvente,
definiendo por lo tanto espacios intersticiales destinados a
transportar la mezcla a extrusionar hacia abajo. La forma de los
dientes puede estar diseñada especialmente para evitar en la mayor
medida posible la cizalladura de la mezcla.
La matriz de extrusión puede comprender, por
ejemplo, uno o varios conductos de extrusión, especialmente
conductos cilíndricos, orientados en general en la misma dirección
que la corriente de mezcla cocida a extrusionar. La forma del
elemento continuo extrusionado se puede determinar, en particular,
por la forma de la abertura de salida u orificio de dichos
conductos.
El dispositivo de corte puede ser, por ejemplo,
una cuchilla rotativa.
A continuación se describen realizaciones del
presente aparato, solamente a título de ejemplo, haciendo referencia
a los dibujos adjuntos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática de una
realización del presente aparato,
- la figura 2 es una vista esquemática de un
mezclador estático con cambiador de calor, que puede ser utilizado
en la realización del aparato, representada en la figura 1, y
- la figura 3 es una vista esquemática de un
mezclador estático con cambiador de calor que puede ser utilizado
en una realización del aparato, similar a la que se ha representado
en la figura 1.
Tal como se ha representado en la figura 1, el
presente aparato comprende un dispositivo mezclador (1), una bomba
de engranajes (2), un cambiador de calor (3/4) y una matriz de
extrusión (5) conectados en serie.
Para llevar a cabo el procedimiento objeto de la
invención, el mezclador (1) puede recibir la alimentación de
diferentes componentes de la mezcla a través de una tolva (6). En un
extremo inferior del mezclador (1), se puede obtener una mezcla
homogénea sin cocer. La bomba de engranajes (2) puede recibir
alimentación de esta mezcla de manera continua y regular. La mezcla
puede ser prensada por la bomba de engranajes (2), en primer lugar,
a través del cambiador de calor (3/4) (bajo el efecto de la presión
p_{2} ejercida más arriba del cambiador de calor), en el que es
objeto de cocción y, a continuación, pasando por la matriz (5) (bajo
el efecto de la presión p_{1} mantenida más abajo del cambiador
de calor y más arriba de la matriz).
En la realización mostrada en la figura 2, el
cambiador de calor comprende dos cilindros calentables (3) y (4)
con doble camisa, llenos de mezcladores estáticos no calentables
(7).
En la realización mostrada en la figura 3, el
cambiador de calor comprende un cilindro no calentable (8) lleno de
un mezclador estático calentable (9).
El procedimiento y producto, de acuerdo con la
presente invención, se describen de manera más detallada en los
ejemplos que se indican a continuación, de modo ilustrativo. Los
porcentajes se indican en peso.
Se utilizó un aparato que correspondía a la
realización mostrada en la figura 1, comprendiendo un mezclador en
forma de un alimentador lateral de doble husillo, una bomba de
engranajes Vacorex 70/70 tipo MAAG, un cambiador de calor tal como
se da a conocer en los documentos U.S.A. 5486049 ó U.S.A. 5538748 y
representado en la figura 2, y una matriz en forma de una placa de
acero dotada de cuatro conductos cilíndricos, cada uno de los cuales
tiene una abertura circular de salida de 4 mm de diámetro.
Se preparó en el mezclador una mezcla de harina
de arroz y agua con un contenido de agua de 34%, y se alimentó con
48,2 kg/h de harina de arroz y 16,8 kg/h de agua.
La mezcla fue sometida a presión por la bomba de
engranajes, haciéndola pasar por el cambiador de calor a una
presión p_{2} de 12200 kPa. Los cilindros con doble camisa del
cambiador de calor fueron calentados a una temperatura de 130ºC con
agua a alta presión. La mezcla fue sometida a cocción, calentándose
a 117ºC en unos pocos minutos a través del cambiador de calor.
La pérdida de calor a lo largo del cambiador de
calor fue de 9800 kPa, de manera que la mezcla fue prensada a
continuación haciéndola pasar por la matriz a una presión remanente
de 2400 kPa.
El producto obtenido de este modo tenía un grado
de gelatinización de 90,3%.
El producto tenía un perfil de almidón
caracterizado por proporciones respetivas de 59,4% de amilopectina,
15,2% de intermedios y 25,4% de amilosa.
Se utilizó el aparato correspondiente a la
realización mostrada en la figura 1, que comprendía un mezclador en
forma de un alimentador lateral de doble husillo, una bomba de
engranajes Vacorex 70/70 tipo MAAG, un cambiador de calor mezclador
estático SULZER de tipo SMR DN80, tal como se ha representado en la
figura 3, y una matriz en forma de placa de acero dotada de dos
conductos cilíndricos, teniendo cada uno de ellos una abertura de
salida circular de 4 mm de diámetro.
Se preparó en el mezclador una mezcla de harina
de arroz y agua con un contenido de agua de 30%, que fue alimentada
con 51,1 kg/h de harina de arroz y 16,8 kg/h de agua.
La mezcla fue prensada por la bomba de
engranajes haciéndola pasar por el cambiador de calor bajo una
presión p_{2} de 12200 kPa. El mezclador estático del cambiador
de calor fue calentado a una temperatura de 130ºC con agua a alta
presión. La mezcla fue sometida a cocción al calentarla a 102ºC
durante unos pocos minutos, haciéndola pasar por el cambiador de
calor.
La pérdida de presión a lo largo del cambiador
de calor fue de 6900 kPa, de manera que la mezcla fue prensada
haciéndola pasar por la matriz bajo una presión remanente de 5300
kPa.
El producto obtenido de esta manera tenía un
grado de gelatinización de 92,1%.
El producto tenía un perfil de almidón
caracterizado por proporciones respectivas de 65,0% de amilopectina,
16,7% de intermedios y 18,3% amilosa.
Se utilizó el mismo aparato que en el ejemplo
2.
Se preparó una mezcla que tenía un contenido de
agua de 27% en el mezclador, que fue alimentada con 51,6 kg/h de
una premezcla que comprendía harina de arroz al 85% y 15% de azúcar,
13,4 kg/h de agua y 0,5 kg/h de aceite.
La mezcla fue prensada por la bomba de
engranajes, haciéndola pasar por el cambiador de calor a una presión
p_{2} de 10900 kPa. El mezclador estático del cambiador de calor
fue calentado a una temperatura de 150ºC con agua a alta presión.
La mezcla fue sometida a cocción de este modo al calentarla a 118ºC
en pocos minutos, pasando por el cambiador de calor.
La pérdida de presión a lo largo del cambiador
de calor fue de 5500 kPa, de manera la mezcla fue prensada
haciéndola pasar por la matriz bajo una presión residual de 5400
kPa.
El producto obtenido de este modo tenía un grado
de gelatinización de 93,3%.
El producto tenía un perfil de almidón
caracterizado por respectivas proporciones de 57,9% de amilopectina,
20,7% de intermedios y 21,4% de amilosa.
Se utilizó el mismo aparato que en el ejemplo
2.
Una mezcla con un contenido de agua de 20,3% fue
preparada en el mezclador, siendo alimentada con 57,1 kg/h de una
premezcla que contenía 55% de harina de arroz, 28% de semolina de
maíz, 13% de azúcar y malta, y 4% de polvo de cacao, 7,9 kg/h de
agua y 2,3 kg/h de aceite.
La mezcla fue prensada por la bomba de
engranajes haciéndola pasar por el cambiador de calor a una presión
p_{2} de 13500 kPa. El mezclador estático del cambiador de calor
fue calentado a una temperatura de 150ºC con agua a alta presión.
La mezcla fue sometida a cocción de este modo, calentándola a 121ºC
durante unos pocos minutos, haciéndola pasar por el cambiador de
calor.
La pérdida de presión a lo largo del cambiador
de calor fue de 6000 kPa de manera que la mezcla fue prensada a
continuación, haciéndola pasar a través de la matriz a una presión
residual de 7500 kPa.
El producto obtenido de este modo tenía un grado
de gelatinización 85% y un grado de expansión de 1,5.
El producto tenía un perfil de almidón
caracterizado por proporciones respectivas de 51,6% de amilopectina,
20,2% de intermedios y 28,2% de amilosa.
Ejemplo
comparativo
A efectos de comparación con el producto
obtenido en el ejemplo 4, se realizó un ejemplo comparativo a partir
de la misma mezcla inicial, pero utilizando un extrusionador de
husillo doble, BC72H tipo CLEXTRAL, en vez del presente aparato.
El extrusionador fue dotado de una matriz en
forma de placa de acero dotada de seis conductos cilíndricos, cada
uno de los cuales tenía una abertura circular de 3 mm de
diámetro.
El extrusionador fue alimentado con una cantidad
3,5 veces la mezcla inicial con la que se alimentó el mezclador del
ejemplo 4.
Los cilindros del extrusionador fueron
calentados para conseguir la misma temperatura de producto que en el
cambiador de calor SULZER.
El ejemplo comparativo obtenido de este modo
tenía un grado de gelatinización de 84%.
El producto comparativo tenía un perfil de
almidón caracterizado por respectivas proporciones de 28,3% de
amilopectina, 48,3% de intermedios y 23,4% de amilosa.
De este modo, la proporción relativamente baja
de amilopectina remanente en el producto comparativo y el contenido
relativamente alto de intermedios, que se encontró en el producto
comparativo, constituían un contraste sorprendentemente fuerte con
la proporción relativamente alta de amilopectina mantenida en el
producto del ejemplo 4 y el contenido relativamente bajo de
intermedios que se encontró en el producto del ejemplo 4.
Claims (8)
1. Producto de cereal sometido a cocción o
alimento seco para animales domésticos, que se puede obtener por un
proceso de extrusión, que tiene un grado de gelatinización mínimo de
85%, preferentemente de 90% o más, y que tiene un perfil de almidón
caracterizado por correspondientes proporciones de
40-70% de amilopectina, 5-22% de
intermedios y 15-35% de amilosa.
2. Producto de cereal sometido a cocción o
alimento seco para animales domésticos, según la reivindicación 1,
que tiene un grado de expansión de 1,5 a 10, preferentemente de 2 a
6.
3. Procedimiento para la fabricación de cereales
sometidos a cocción o alimento seco para animales domésticos, según
la reivindicación 1, que comprende la preparación de una mezcla de
agua y una premezcla seca que comprende principalmente harina o
semolina de cereales, y prensando la mezcla sin cocción, con ayuda
de una bomba de engranajes, en primer lugar, haciéndola pasar por
un cambiador de calor en el que se somete a cocción y a
continuación por una matriz de extrusión.
4. Procedimiento, según la reivindicación 3, que
comprende la preparación de una mezcla de agua y la premezcla, de
manera tal que la mezcla tiene un contenido de agua de
12-45%, preferentemente 12-30%, y
más preferentemente 12-22% en peso.
5. Procedimiento, según la reivindicación 3, que
comprende la realización de una presión por la bomba de engranajes
de 3000 a 25000, preferentemente de 4000 a 20000, y más
preferentemente de 5000 a 16000 kPa sobre la mezcla más arriba del
cambiador de calor.
6. Procedimiento, según la reivindicación 3, que
comprende la cocción de la mezcla al calentarla progresivamente a
90-180ºC, preferentemente a
100-160ºC durante un tiempo de 2 a 15 minutos a lo
largo del cambiador de calor.
7. Procedimiento, según la reivindicación 3, que
comprende el mantenimiento de la presión entre 2000 y 10000,
preferentemente entre 3500 y 9000, y más preferentemente entre 4000
y 8000 kPa más abajo del cambiador de calor y más arriba de la
matriz.
8. Aparato para llevar a cabo el procedimiento,
según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, que comprende un
dispositivo de mezcla, una bomba de engranajes, un cambiador de
calor y una matriz de extrusión conectados en serie.
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