Lextrusió alimentària es defineix com el processat d'aliments a partir de diferents operacions per finalment fer-los passar a través d'un motlle amb orificis que donarà a aquests una forma determinada.
Mentre els aliments passen a través de l'extrusora, són sotmesos a unes condicions d'elevada temperatura i pressió que fan que l'aliment es cuini. En sortir de l'aparell, el canvi de temperatura i pressió farà que el producte obtingut s'expandeixi i s'infli. El procés té lloc en continu i sovint dura menys d'un minut.
És una tècnica molt usada actualment perquè aprota versatilitat, permet augmentar la producció de certs aliments, té un cost baix, podem obtenir productes amb diferents formes que siguin d'alta qualitat, i permet crear nous aliments.
La indústria alimentària s'ha vist revolucionada per l'aparició d'aquestes tècniques, ja que presenten molts avantatges respecte d'altres ja existents. Permet modificar diferents tipus de productes només canviant la manera de processar-los i variant alguns dels seus ingredients. El mercat de productes extruits es centra sobretot en els cereals, però també es poden usar altres productes de partida com poden ser fruites, verdures, arrels i tubercles o llavors.
L'augment de la demanda de productes d'aquest tipus, que associem a un canvi en l'estil de vida de la població, ha fet que s'innovi en textura, color i contingut dels aliments extruits.
Història L'any 1797, Joseph Bramah va patentar la primera extrusora per aliatges metàl·lics. Però les extrusions alimentàries no van començar fins a la dècada de 1870, on utilitzaven la carn per la producció de salsitxes. La pasta seca i els cereals per esmorzar es van començar a extrusionar al 1930 amb extrusores d'un cargol. En ambdues aplicacions, el nivell de velocitat de cisalla era baix. A finals de la dècada de 1930 i 1940, es van produir rínxols de blat de moro expandits directament mitjançant extrusores, que es caracteritzaven per velocitats de cisalla extremadament altes. La primera patent sobre una aplicació de la tecnologia d'extrusió de doble cargol es va presentar a mitjans dels anys cinquanta. A partir d'aquí, la tecnologia d'extrusió d'aliments es va popularitzar i implementar en moltes altres indústries de processament d'aliments, augmentant així la seva importància.
Procés d'extrusió El procés d'extrusió parteix d'ingredients crus que seran clau per la consistència del producte final. Aquests ingredients són sovint sotmesos a un procés de preacondicionament i barreja per assegurar la uniformitat del producte final.
Un cop mesclats, s'inicia el que és pròpiament el procés d'extrusió, en el que els ingredients seran transformats en productes cuinats. Són sotmesos durant un curt període a altes temperatures i pressió dins de l'extrusora, que fan que els productes sòlids es desfacin. Un cop desfets, passaran a través d'un motlle que els donarà la forma desitjada. En sortir de l'extrusora, el canvi de temperatura i pressió farà que el producte s'expandeixi ràpidament, esdevenint finalment un producte cuinat.
Seguidament, es pot passar a una fase de processament post-extrusió en la que el producte obtingut es podrà tallar amb la mida desitjada. També és ara quan el producte es pot assecar, assaonar, o bé recobrir-lo (food coating) per donar el gust que es desitgi.
Les característiques del prodcute final dependran de diversos factors, com poden ser la mescla incial d'ingredients o les condicions d'extrusió i processament post-extrusió.
En el cas de pinsos i cereals, el procés d'extrusió es pot fer per dos mètodes, en funció de si s'aplica o no vapor per acondicionar la farina abans d'iniciar el procés.
En sec. No apliquem vapor. Es pot usar en productes amb un alt contingut d'oli, ja que aquest mateix serà l'encarregat de lubricar l'extrusora. El procés tindrà lloc a altes temperatures. Humit. Apliquem vapor. Cal que la massa estigui ben triturada i poder regular la temperatura de les diferents seccions del procés per aconseguir un prodcute final amb bons valors nutritius. Pot ser de curt temps/alta temperatura, o bé de cocció a pressió. Les condicions generades per l'extrusora permeten la realització de moltes funcions que permeten utilitzar-la per a una àmplia gamma d'aplicacions. Algunes d'aquestes funcions són les següents:
Aglomeració: els ingredients es poden compactar i aglomerar en peces discretes amb una extrusora. Desgasificació: els ingredients que contenen butxaques de gas poden ser desgasificats per processament d'extrusió. Deshidratació: durant el processament normal d'extrusió, es pot produir una pèrdua d'humitat del 4-5%. Expansió: la densitat del producte (és a dir, flotant i enfonsant) es pot controlar mitjançant les condicions i la configuració de funcionament de l'extrusora. Gelatinització: la cocció per extrusió millora la gelatinització del midó. Molta: els ingredients es poden triturar al barril de l'extrusora durant el processament. Homogeneïtzació: una extrusora es pot homogeneïtzar reestructurant ingredients atractius en formes més acceptables. Mescla: hi ha una varietat de cargols disponibles que poden provocar la quantitat d'acció de mescla desitjada al barril de l'extrusora. Pasteurització i esterilització: els ingredients es poden pasteuritzar o esterilitzar mitjançant la tecnologia d'extrusió per a diferents aplicacions. Desnaturalització de proteïnes: les proteïnes animals i vegetals es poden desnaturalitzar per cocció per extrusió Conformació: una extrusora pot fer qualsevol forma desitjada de producte canviant una matriu a l'extrem del barril de l'extrusora. Alteració de la textura: les textures físiques i químiques es poden alterar en el sistema d'extrusió. Cocció tèrmica: l'efecte de cocció desitjat es pot aconseguir a l'extrusora. Unificació: es poden combinar diferents línies d'ingredients en un sol producte per produir característiques especials mitjançant l'ús d'una extrusora.
Tipus d'extrusores Una extrusora és un bioreactor capaç de transformar diversos aliments crus de partida en productes comestibles. Aquestes varien en el seu disseny depenent de l'aplicació que tinguin. Algunes estan dissenyades per barrejar-les i pastar-les: la majoria, però, estan dissenyades per impactar l'energia mecànica i tèrmica a les matèries primeres per provocar els canvis fisicoquímics desitjats. Les extrusores es poden classificar en funció del nombre de cargols que tinguin. Les més utilitzades són d'un cargol i de doble. Les que tenen més de dos cargols s'han utilitzat en la indústria del plàstic però no en el processament d'aliments.
Extrusores d'un cargol Les extrusores d'un sol cargol contenen una sola rotació en un barril metàl·lic i tenen diferents patrons. Aquestes consisteixen en tres seccions: d'alimentació, de transmissió o compressió i de mesura o “meterring”. Les matèries primeres s'alimenten en forma granular a la tremuja situada a la secció d'alimentació. L'acció giratòria del cargol transporta el material a la secció de transició, on el canal del cargol es fa menys profund i aquest es compacta. En aquesta secció es dissipa una gran part de l'energia mecànica, la qual cosa provoca un augment de la temperatura del material. És transportat més endavant per la secció de mesura i empès a través de l'obertura de la matriu. Els barrils de les extrusores de cargol simple solen tenir solcs helicoidals o axials a les superfícies interiors, això ajuda a transportar i barrejar el material de manera més eficaç.
Les extrusores d'un sol cargol es classifiquen normalment per la seva relació de longitud a diàmetre (L/D) i de compressió, que és la relació entre la profunditat màxima i mínima del canal, la relació més utilitzada és de 3 a 1. La capacitat de rendiment d'una extrusora d'un sol cargol està relacionada amb la velocitat i les geometries del cargol, a més de les característiques del material.
També es poden classificar en funció del grau de cisalla que s'aplica i les variables operatives associades. La quantitat de cisalla aplicada dona com a resultat diferents propietats del producte. Els nivells alts de cargols provoquen una interrupció de les molècules de midó i proteïnes, afectant la seva funcionalitat, com ara la solubilitat, la viscositat i la capacitat de retenció d'aigua. Avui dia, aproximadament el 70% de les extrusores de la indústria alimentària són del tipus d'un sol cargol.
Extrusores de doble cargol Una extrusora de doble cargol consta de dos cargols que giren en les mateixes direccions (co-rotació) o oposades (contra-rotació). També pot variar el grau d'engranatge entre els dos cargols.
Les extrusores co-rotatòries són més utilitzades que les de direcció oposada a la indústria alimentària i a la indústria d'aperitius. Han tingut un paper important en l'ampliació de la varietat de productes que es poden fabricar mitjançant la tecnologia d'extrusió. Aquestes extrusores tenen ports on es poden eliminar components volàtils o afegir sabors a mig corrent. El seu rendiment es pot controlar independentment de la velocitat del cargol, a diferència de l'altre tipus d'extrusores. Així, és possible alterar tant el grau d'ompliment dins de l'extrusora com l'historial de cisalla de temperatura, les quals influeixen en la qualitat del producte. Els avantatges d'aquest tipus de sistema operatiu inclouen la seva eficiència de bombeig, un bon control sobre la distribució del temps de residència, el mecanisme d'autoneteja i la uniformitat del processament.
Les extrusores de contra-rotació no són molt utilitzades a la indústria alimentària encara que són excel·lents transportadors. Tenen unes cambres en formes de C on el material queda atrapat i es transportat. Són bones per processar materials relativament no viscosos que requereixen velocitats baixes i temps de residència llargs, actuant com bombes de desplaçament positiu. Alguns exemples són: xiclets, gelatina i dolços de regalèssia.
Alguns dels avantatges de les extrusores de doble cargol respecte les d'un cargol:
Els cargols i els barrils tenen un disseny modular, podent-se configurar per adaptar-se al procés i al producte.
Manegen materials viscosos, oliosos, enganxosos o molt humits i alguns altres productes que llisquen en una extrusora d'un sol cargol. Tenen una acció de bombament positiva i una pulsació reduïda a la matriu Hi ha menys desgast a les parts més petites de la màquina que a l'extrusora d'un sol cargol Presenten una alimentació no pulsada Es pot utilitzar una àmplia gamma de mida de partícula (des de la pols fins als grans), mentre que un sol cargol es limita a un rang específic de mida de partícula.
Aliments sotmesos a extrusió Cereals per esmorzar miniatura|Cereals per esmorzar. Exemple d'aliment extruit. El processat de cereals mitjançant extrusió presenta certs avantatges respecte mètodes tradicionals, donat que el procés és més ràpid i econòmic. A més, hi ha una major flexibilitat a l'hora de generar diferents tipus de productes. Aquesta intervé en el procés d'expansió i inflat del cereal, que permet la creació de diverses formes.
Snacks Partim de diferents tipus de cereals seleccionats prèviament, que seran sotmesos a un procés físic per donar lloc a snacks amb diferents formes i textures. El cereal escollit es barreja amb altres ingredients sota pressió, i la massa obtinguda es fa passar a través d'un motlle que donarà la forma desitjada.
En aquest tipus d'aliments es molt important l'expansió de la massa, i normalment esperem productes inflats. És per això que el blat no es sol usar en grans quantitats en aquest tipus de producte, ja que el seu alt contingut en gluten fa que es creï una xarxa que no permet l'expansió.
Els snacks es poden classificar en tres grups:
Snacks de primera generació. S'inclouen els snacks constituïts únicament per productes naturals usats per produir altres snacks, com són les patates xips, els fruits secs o el blat inflat.