La Importancia del Uso de la Energía Mecánica y Térmica en Pet Food

El control de calidad durante el proceso de fabricación es un factor importante para una previsión de la calidad de conservación futura de la ración producida, además de influir para que las características se mantengan en el producto. Durante la extrusión, para la cocción del alimento, se emplean dos tipos de energía, térmica y mecánica.

La energía térmica en la extrusión se obtiene a través del vapor de agua y la energía mecánica del consumo eléctrico (Couto, 2008). El control de las energías dentro del proceso de extrusión es importante para la calidad final del producto, pues, el mismo establece los debidos parámetros del proceso de extrusión, haciendo posible mantener la calidad nutricional del alimento.

En Brasil aún no se tiene el hábito de control sobre la transferencia de energía, empleándose una gran cantidad de energía mecánica en los procesos, lo que hace que el proceso sea ineficiente y caro para tener un producto de calidad aceptable en el mercado. La medición o cálculo de la EME hace posible el control del proceso de fabricación de los productos (Riaz, 2007).

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Para este artículo se seleccionaron dos trabajos sobre el tema, con el objetivo de exponer la importancia del control de la aplicación de energía en el proceso de extrusión, en función de los costos de producción y calidad de los alimentos extrusados.

SÁ, F.C. Energía mecánica, energía térmica y molienda en la extrusión de alimentos para perros y gatos. Tesis (doctorado), FCAV-UNESP, 2015

Relación entre energía térmica y mecánica en la extrusión de alimentos para perros y gatos

La eficiencia del proceso de extrusión está directamente relacionada con la energía total transferida a la masa de alimento. Los extrusores de tornillo simple usualmente utilizan alrededor de 20kWh / ton de energía mecánica específica (EME), pero se conoce poco acerca de la implementación de la energía térmica específica (ETE) y sus efectos en la relación ETE: EME en el procesamiento de alimentos para perros y gatos.

El presente estudio evaluó los efectos de la aplicación de tres relaciones ETE: EME sobre la macroestructura de la extrusión, la gelatinización del almidón, la pérdida de nutrientes, la digestibilidad de los nutrientes y la palatabilidad de los alimentos para perros y gatos. Para cada especie, el experimento incluyó una formulación procesada para obtener 3 relaciones ETE: EME, totalizando 3 dietas por especie.

La digestibilidad de los nutrientes fue estudiada en 18 perros y 18 gatos, por el método de recolección total de heces. La palatabilidad de las dietas se comparó por el método de dos tazones con al menos 30 animales por comparación.

Los datos obtenidos fueron sometidos a análisis de varianza y comparados por el test de Tukey (P <0,05). Se pudo producir raciones con diferentes EME (8, 20 y 30 kWh / t) y las relaciones ETE: EME, pero con una energía específica total aproximada. Estas presentaron la misma densidad aparente, la misma gelatinización del almidón y contenido de almidón resistente. En el caso de los animales, la digestibilidad de los nutrientes y energía fue similar, además  la producción y características de las heces fueron similares y tampoco se alteraron la concentración de productos de fermentación en las heces

Sin embargo, hubo mayor complejidad de grasa a medida que se aplicó más EME en los productos (P <0,05). Los perros y gatos presentaron menor consumo de la ración con 30 kWh / t, en comparación a las demás (P <0,05). Los perros prefirieron la ración con 20, en detrimento de la de 8 kWh / t (P <0,05), mientras que para gatos estas últimas tuvieron un consumo similar.

Después de la extrusión hubo un aumento del contenido de algunos aminoácidos y una reducción media del 55% de su contenido de selenio (P <0.05). Se concluyó que diferentes relaciones entre EME y ETE pueden aplicarse en la producción de raciones para perros y gatos, habiendo suficiente transferencia de energía específica total y cocción del almidón. La digestibilidad de los nutrientes y productos de fermentación en las heces no se alteraron.

Los aminoácidos son compuestos químicos estables a los procesos de extrusión, aunque puede ocurrir una importante volatilización de selenito de sodio. La aplicación de ETE y EME influye marcadamente en la palatabilidad de los alimentos para perros y gatos, aspecto que merece mayores estudios.

MENDES, A.C. Análisis del proceso de extrusión en la industria de PET-FOOD para la aplicación de técnicas de control avanzado. (2003), 338p., Campinas, Disertación (maestría), FEA-UNICAMP, Disponible en: . Acceso en: 24 sep. 2017.

Análisis del proceso de extrusión en la industria de PET-FOOD para la aplicación de técnicas de control avanzado

El trabajo a seguir presenta las principales herramientas necesarias para el control del proceso de extrusión basado en la densidad y humedad del producto extrusado húmedo. Para facilitar la comprensión de la aplicación del control avanzado, se revisan algunos conceptos básicos de la teoría clásica de control.

Debido a la complejidad de este proceso, orientado por la transformación bio-polimérica de la materia prima farín-lípido-proteica, a cierta humedad a lo largo de la extrusora, se retoman algunos conceptos de estadística con el fin de componer un modelo experimental para las principales variables independientes y de proceso en la extrusión.

Se estudió la relación estadística significativa entre las variables independientes: flujo de harina, flujo de vapor, caudal de agua y rotación de helicoidal del extrusor, así como las variables del proceso: densidad y humedad del producto extrusado húmedo, temperatura y presión de salida del extrusor. Para la completa comprensión de estas relaciones, se correlacionan las variaciones de los contenidos de humedad, lípidos, proteínas y carbohidratos de la harina a extrusar

Además, como importante parámetro industrial se realiza el balance de energía para el proceso en cuestión a través de la energía mecánica específica ('SME') y la energía térmica específica ('STE'). Debido a la aplicación industrial de este trabajo, el control de la densidad y humedad del producto extrusado húmedo se basa en el control de la relación empírica entre la temperatura y la presión a la salida del extrusor.

De esta forma, el costo de instalación y precisión, enfatizando la necesidad de repetibilidad en la medida de temperatura y presión de salida, se toman mucho más variables cuando los mismos se comparan con la medida de densidad y humedad para el producto extrusado a la salida del extrusor. Los equipos para la medición precisa de la densidad de productos sólidos húmedos, aplican un principio nuclear y para la medida de la humedad se emplean instrumentos con sofisticados espectros de infrarrojos asociados a sistemas ópticos internos.

Con el objetivo de estudiar la viabilidad de este modelo, se realizó un planeamiento compuesto central (4 variables independientes), con puntos axiales y la inclusión de algunos puntos aleatorios de interés práctico, a fin de obtener un modelo más robusto. Para ello se evaluaron tres recetas típicas en la industria de raciones de animales, con el fin de representar la mayoría de los productos comerciales recomendados para perros y gatos.

A través del conocimiento profundo de las variables de proceso, se utilizaron algunos experimentos para su entendimiento en cuanto a la naturaleza de la respuesta, como la linealidad y la variación de la respuesta con el tiempo. Estos experimentos informaron sobre el comportamiento de las curvas de reacción para las variables independientes aisladamente.

Finalmente, y utilizando el conocimiento adquirido en el estudio del proceso de extrusión y de la evaluación de la curva respuesta experimental de las perturbaciones aisladas, se diseñó un algoritmo de control basado en la estrategia de control MIMO 2 x 2. Este control fue probado a través del controlador neuro- adaptativo (MFA) "Model Free Adaptive", demostrando resultados preliminares satisfactorios para el control simultáneo de la temperatura y presión de salida de un extrusor de tornillo simple, empleando como variables manipulativas la proporción de vapor / agua y el caudal de harina respectivamente, para las variables de proceso citadas.

Autores: Priscila M. Ribeiro, Mayara Uana, Ricardo S. Vasconcellos