Extrusão
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACEUTICAS FBT – 0201 Tecnologia de Alimentos Prop Susana Saad Prof Maricê de Oliveira Prof Luiz Antonio Gioielli ALIMENTOS EXTRUSADOS Alessandra Carreiro Alessandra Godoy Ana Carolina Lima Carolina Tavares Daniela Lopes Vanessa A. Magalhães São Paulo Novembro Índice 1. Introdução 2. Equi 2 p Esquema geral 3. 2. Parâmetros que influenciam nas características dos produtos 3. 3. Efeitos sobre os nutrientes 4.
Vantagens e Desvantagens 5. Desenvolvimento de um produto 6. Referências 03 04 06 07 07 08 0911 14 1. Introdução Um dos processos industriais que tem se mostrado eficiente na btenção de produtos alimentícios é a extrusáol. Em virtude da sua versatilidade operacional e suas múltiplas funções, esta tecnologia tem encontrado um vasto campo de aplicações, seja para a produção de alimentos para o consumo humano ou para o consumo animal.
Na área de alimentos para consumo humano, a diversidade de produtos envolve as áreas de panificação (pão chato “flat bread”, biscoitos, pastas alimentícias, crackers, wafers, etc. ); cereais matinais e “snacks” prontos para o consumo com instantâneos, como pudins, polentas, processamento de proteínas de oleaginosas e de leguminosas, fim de eliminar inibidores de crescimento e de fatores antipalatáveis; produção de alimentos pré-cozidos destinados aos programas de assistência às populações carentes e mal nutridas e à merenda escolar2,3.
Trata-se de um processo termomecânico e contínuo que combina as operações unitárias como misturar, amassar e modelar, com cocção ou não, para ampliar as possibilidades de elaboração de alimentos básicos ou alternativos, em alimentos de distinta forma, textura, cor e aroma4.
Seu princípio básico é a conversão de um material sólido em massa fluída pela combinação de umidade, calor, compressão tensão de cisalhamento, e forçar sua passagem através de uma matriz para formar um produto com características físicas e geométricas pré-determinadas, obtendo-se, assim, a gelatinização do amido elou a desnaturação da proteína presente no alimentol . 3 2.
Equipamento O extrusor é constituído de um cilindro encamisado, que permite a circulação de vapor de aquecimento ou água de resfriamento, e pode ser construída com parafuso simples ou duplo. O parafuso do extrusor, também denominado rosca extrusora, possui três zonas características (de alimentação, de compressão e de isalhamento ou cocção) e serve basicamente para três funções: receber e transportar o alimento a artir da alimentadora; comprimir e trabalhar o ali ormizar e misturar (figura 2 2 matéria-prima depende do grau de fricção com a superfície do cilindro.
Já um extrusor de parafuso duplo possui parafusos encaixados que ficam bem próximos e que são considerados bomba de fricção positiva, na qual a fricção ao longo do cilindro previne a co-rotação do material com o parafuso, proporcionando melhor mescla e evitando a rotação do alimento no cilindr04,5. Figura 1 — Esquema básico de uma extrusora Quanto ao seu funcionamento, o extrusor pode ser classificado em à quente ou à frio.
Basicamente, quando o alimento é submetido a um tratamento térmico, o processo denomina-se cozimento por extrusão e classificado como extrusão à quente, em que o produto é aquecido pelo contato com as paredes 4 da camisa desse equipamento ou pelo contato com a rosca aquecida internamente com vapor. Se durante o processamento não houver nenhum tratamento térmico, é classificado como um processo de extrusão à fri04. O cozimento por extrusão termoplástica é um processo chamado HTST (“High-temperature/ Short-Time), pois é realizado num curto espaço de tempo em alta temperatura.
O material cru, parcialmente umedecido, é submetido à compressão a altas temperaturas e pressões, tipicamente 120-170″C e 4-5 Mpa, em 4a 5 segundos (gráfico 1), na temperatura máxima. Nestes extrusores, o alimento é aquecido por transmissão de calor através da parede encamisada que circunda o extrusor e aquecido internamente por vapor. Há extrusores em que o aquecimento é elétrico. Parte do calor é proveniente também da fricção gerada pela ação do parafuso contra ranhuras existentes no cilindr04,6.
Gráfico 1 – Relação tempo-temperatura para um produto extrusado 5 30F 12 3. Processo As etapas do processo são pré-extrusão, extrusão e pós-extrusão. A pré-extrusao inclui a preparação dos ingredientes e sua mistura em proporção adequada. Após a mistura, o material é transportado para ser condicionado a um conteúdo apropriado de umidade. Na etapa de extrusão, a matéria-prima é introduzida no equipamento através do alimentador, sendo impulsionada pelo(s) parafuso(s) em direção à matriz. ? medida que o produto atravessa as diferentes zonas de extrusão, ocorre aumento radativo do atrito mecânico, provocado por modificações de geometria do parafuso e abertura da matriz. Em consequência, aumentam também a pressão e a temperatura, ocorrendo o cozimento do produto. A etapa seguinte, de pós-extrusão, inclui a secagem dos extrusados2. A rotação da rosca se dá pela ação de um motor. A entrada da extrusora é caracterizada por uma região de pressões não muito elevadas e de mistura dos ingredientes adicionados.
A seguir, encontram-se regiões de pressões e tensões de cisalhamento crescentes. Ao final do equipamento encontram-se uma placa de orifícios que confere forma desejada ao produto e um conjunto de facas rotatórias que cortam o produto no tamanho requerid07. Uma propriedade dos produtos extrusados é a expansão. A alta pressão existente próxima à descarga da matriz, que consiste de orifícios de diversos formatos, é reduzida quando o produto sai do extrusor, ocasionando a evaporação instantânea da água e a expansão do produto.
A rápida evaporação da umidade do produto resulta em um resfriamento adiabático, ocorrendo sua solidificação ou endurecimento. O produto extru 40F 12 resulta em um resfriamento adiabático, ocorrendo sua solidificação ou endurecimento. O produto extrusado final passa a ter uma textura que é de grande importância para sua qualidade, pois afeta diretamente a aceitabilidade pelos consumidores e as vendas. O que se deseja em snacks com boas características é que os valores de fraturabilidade e dureza sejam baixos.
Durante a extrusão-cocção, a estrutura cristalina organizada dos grânulos de amido é destruída de modo parcial ou total, dependendo da proporção amilose-amilopectina e das variáveis de extrusão. As principais propriedades funcionais do amido extrusado quando disperso em água são a absorção e a solubilidade. Assim, este absorve o líquido 6 apidamente, formando uma pasta à temperatura ambiente, sem qualquer aquecimento. O aumento da solubilidade com a gelatinização é a base para a produção de alimentos amiláceos instantâneos 1.
Figura 2 – Esquema básico do processo de extrusão 3. 1 Esquema geral recepção dos ingredientes Ilmpeza processos opcionais: descascar, desfarelar, polir redução do tamanho da partícula selecionar a quantidade de cada ingrediente pesagem 1 — mistura — condicionamento — homogeneização embalagem 1 refrigeração extrusão corte/ajuste opcional do tamanho desidratação resfriamento fritura — adição opcional de sabor e aroma mbalagem 2 — selagem — armazenagem6,8 Alguns fatores e parâmetros Influenciam a natureza nutricional e tecnológica do produto extrusado.
Os principais fatores são a condição de processamento e as ra riedades de viscosidade e fluidez da matéria-prima. 2 de processamento e as propriedades de viscosidade e fluidez da matéria-prima. 7 As condições de processamento mais importantes durante a extrusão são: temperatura, pressão, diâmetro do orifício de saída e taxa de cisalhamento. Além disso, também são consideradas a velocidade de rotação do parafuso, a configuração da rosca, diâmetro da matriz e a adição de emulsificantes2,4.
As características do alimento que exercem influências sobre textura e cor do extrusado são a umidade inicial (conteúdo em água e atividade de água), o estado físico dos componentes e sua composição química (principalmente tipo de amido, proteínas, gorduras e A temperatura da extrusão combinada com a umidade inicial da matériaprima influenciam o valor nutricional do extrusado. A qualidade protélca diminui com o aumento da temperatura e a diminuição da umidade. . 3. Efeitos sobre os nutrientes A extrusão provoca a reorganização das estruturas existentes a matéria-prima por meio do rompimento de várias interações entre as macromoléculas presentes e consequente reestruturação do material na direção do fluxo. Há também um rompimento de ligações covalentes e hidrólise do material. Obtém-se produto de textura melhorada, podendo ser aproveitado diretamente como aliment04.
A seguir, encontram- se os efeitos decorrentes do processamento por extrusão sobre alguns macro e micronutrientes. Proteína — desnaturação, dissociação e formação de filamentos, que propicia um produto reorganizado, poroso e fibroso, com melhor valor nutricional digestibilidade aumentada (maior exposição de residuos de aminoácidos e inativação de inibidores de proteases e outras substâncias antinutricio 6 2 de resíduos de aminoácidos e inativação de inibidores de proteases e outras substâncias antinutricionais).
Formação de sabor e aroma pelas reações de Maillard; Fibra alimentar – solubilização das fibras alimentares de algumas fontes (o que aumenta a viscosidade e melhora seus efeitos terapêuticos, como diminuição do colesterol sérico e hepático), modificação do tamanho das partículas e da estrutura de vários componentes, modificação das 8 aracterísticas de degradação bacteriana intestinal da fibra e suas propriedades fisiológicas; Amido – grânulos incham, absorvem água e gelatinizam; estrutura se rompe e se expande, formando uma massa viscosa e plástica e tornando o amido mais solúvel; formação do complexo amido-lípide; pequena formação de amido resistente pelo resfriamento rápido que ocorre na passagem pelo orifício de saída; Ferro – redução do Fe+3 para Fe+2, o que aumenta sua biodisponibilidade; Cálcio – nenhum efeito; Zinco, Magnésio, Cobre e Fósforo — redução da biodisponibilidade pela presença do itato e inativação da fitase pela extrusão; Fatores antinutricionais (taninos e fitato) redução, remoção ou destruiçã04 4. Vantagens e Desvantagens A extrusão possui diversas vantagens devido ao seu processo.
As principais são: Versatilidade – uma grande variedade de produtos podem ser fabricados a partir de um mesmo sistema básico de extrusão, usando diversos ingredientes e condições de processo; Alta produtividade – um extrusor fornece uma enorme capacidade de produção quando comparado a outros sistemas de cozimento/moldagem; Baixo custo – as demandas de espaço ísico e mão-de-obra por unidade de produção são menores que aquelas de outros sist demandas de espaço físico e mão-de-obra por unidade de produção são menores que aquelas de outros sistemas de cozimento/moldagem; Formato dos produtos – extrusores podem produzir formatos não facilmente obtidos quando se utilizam outros métodos de produção; Alta qualidade dos produtos — o HTST minimiza a degradação de nutrientes, aumenta a biodisponibilidade de alguns nutrientes pela 9 destruição de fatores antinutricionais, e melhora a digestibilidade do produto pela desnaturação das proteínas e gelatinização do mido.
Também diminui a contagem microbiana do produto final, o que aumenta a segurança alimentar e o tempo de prateleira. Além disso, são inativados durante o processo, inibidores de crescimento enzimático e enzimas que causam deterioração do alimento durante a estocagem; Baixo consumo de energia – o processo é feito em umidade relativamente baixa, o que reduz a quantidade de calor necessária para o cozimento e secagem do produto; Fabricação de novos produtos – extrusores podem modificar as proteínas vegetais, amidos e outras matérias-primas a fim de se obter novos produtos; Não gera resíduos – não são roduzidos nenhum efluente ou material de risco durante ou após o processament04,6,9.
Apesar das várias vantagens existentes na utilização da extrusão, alguns efeitos adversos podem ocorrer, embora em menor escala, como: Perdas de vitamina C e tiamina; Formação do complexo lípide-amilose, que torna o lipídio e o amido indisponíveis; Reações de Maillard, com a diminuição da disponibilidade de lisina em presença de açucares redutores; Escurecimento; Destruição de enzimas e aminoácidos essenciais; Produção de aromas desagradáveis4. 10 80F 12 Destruição de enzimas e aminoácidos essenciais; Produção de romas desagradáveis4. 5. Desenvolvimento de um produto Cozimento por extrusão tem sido usado por processadores de alimentos há muitos anos.
Hoje, há um aumento significativo do consumo e uma variedade enorme de produtos “snack- foods” produzidos por processo de extrusão e cuja matéria- prima é o amido. A produção de snacks no Brasil está ganhando considerável importância, e o potencial de crescimento no mercado de snacks salgados é particularmente promissor. Os Estados Unidos são o maior exportador de snacks para o Brasil. Os brasileiros preferem os produtos importados devido à qualidade e à embalagem dos produtos. Os principais centros de consumo estão localizados na Região Centro-sul. São Paulo é o maior importador, através do porto de Santos. A produção nacional de snacks, principalmente batata chips e milho de pipoca, é limitada, porém em cresciment05.
A seguir, será descrita a linha de produção de um desses produtos extrusados de amido, comumente conhecidos como “salgadinhos”: Inicialmente, a matéria-prima é pesada e encaminhada para o umidificador, onde se adiciona água para chegar ao teor de umidade desejado. Então, a matéria-prima é encaminhada até o extrusor por meio de roscas dosadoras. No extrusor, uma osca (sem fim) força o material em direção a matriz. Durante esse trajeto, a temperatura se eleva e a pressão dentro do extrusor aumenta. A temperatura da massa na câmara de extrusão imediatamente após a passagem pelos orifícios deve ser superior a 1000C, a fim de que a água existente no material seja subitamente convertida em vapor à medida que o material extrusado emerge do extrusado emerge dos orifícios de saída, expandindo, assim, a massa em um produto poroso e de aspecto inflado.
Ao deixar o extrusor, a pressão decresce violentamente e a água vaporiza instantaneamente provocando a expansão do material. O amanho e a forma do produto final (figura 3) são determinados pela abertura do molde final e pela velocidade do sistema de corte. Em seguida, o produto é levado até o secador5,g. 11 Figura 3 – Diferentes formas de snacks A secagem do snack é realizada com o objetivo de reduzir a umidade do produto de aproximadamente 13% até aproximadamente 5%. Com esse processo, obtém-se uma diminuição da atividade de água, o que acarreta um aumento na vida de prateleira do produto, devido a uma redução na velocidade das reações de degradação.
Além disso, a atividade microbiana é praticamente nula devido à ausência de água livre. O equipamento utilizado é um secador rotatório que possui um cilindro levemente inclinado. Ar quente pode ser injetado neste cilindro de forma direta ou em contra-corrente. O produto se desloca da entrada do equipamento até a saída com ajuda da rotação e da gravidade, devido à inclinaçã05. No caso da figura 4, é usado um secador de infravermelho, permitindo também a torração dos snacks (operação que realça o sabor de alguns ingredientes)9. Figura 4 — Linha de produção de snacks 12 Uma vez secos, os produtos necessitam da adição de aromas para serem comercializáveis. Os aromas são aplicados aos snacks por 0 DF 12