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02/11/2010
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EXTRUSÃO
A extrusão é um processo que combinavárias operações unitárias, incluindo
mistura, cozimento, amassamento, cisalhamento, formação e moldagem
Os extrusores são classificados de acordocom o método de operação (a frio ou de
cozimento) e construção (extrusores de rosca única ou dupla)
Os princípios de operação são similaresem 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 aresistência ao movimento do alimento
Como resultado, o canhão e os espaços entre os
passos da rosca ficam cheios e são comprimidos. Amedida que o alimento vai sendo transportado aolongo 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, oprocesso é conhecido como cozimento por extrusão
(ou extrusão a quente). Nesse processo, o calorfriccional e qualquer outro aquecimento adicionalutilizado fazem com que a temperatura suba
rapidamente
O alimento passa, então, para a seção docanhão com o menor passo, onde a pressão e
o cisalhamento são ainda maiores
Finalmente , ele é forçado através de uma oumais aberturas restritas (trefila) na saída docanhão
Ao emergir da trefila sob pressão, o alimentoexpande-se até sua forma final, resfriando-se rapidamente pela evaporação instantâneada umidade na forma de vapor
Podem ser produzidas diversasformas, por exemplo, bastões,
esferas, roscas, tubos, tiras ouconchas. Os produtos incluem umagrande variedade de salgadinhosexpandidos de baixa densidade ecereais expandidos prontos para o
consumo (tab 14.1)
A extrusão a frio, na qual atemperatura do alimento permanecepróxima da ambiente, é utilizada para
misturar e modelar alimentos comomassa e produtos cárneos
A extrusão a baixa pressão , em temperaturaabaixo de 1000 C, é utilizada para produzir,
por exemplo, pastas de peixe, rações paraanimais
O cozimento por extrusão é um processo dealta temperatura e curto tempo (HTST), que
reduz a contaminação microbiológica e inativaenzimas
Entretanto , o principal método deconservação de alimentos extrudados, tanto á
quente como a frio, é a baixa atividade deágua do produto ( 0,1 a 0,4)
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A extrusão alcançou popularidade pelasseguintes razões:
VERSATILIDADE
Uma ampla variedade de produtos é possívelpela alteração de ingredientes , condições deoperação do extrusor e forma da trefila
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CUSTOS REDUZIDOS
A extrusão possui custos deprocessamento menores e maiorprodutividade do que outros processos decozimento ou modelagem. Algunsprocessos tradicionais , como a
manufatura de cereais matinais de milhosão mais eficientes e baratos quandosubstituídos por extrusão
ALTAS TAXAS DE PRODUÇÃO E PRODUÇÃOAUTOMATIZADA
Os extrusores funcionam continuamente eapresentam altas taxas de produção . Porexemplo, são possíveis taxas de produção
de até 315 Kg/h, para salgadinhos , 1220Kg/h para cereais de baixa densidade e9000 kg/h para rações animais secasexpandidas
QUALIDADE DO PRODUTO
O cozimento por extrusão envolve altastemperaturas aplicadas por curto tempo, e otratamento térmico limitado mantém muitoscomponentes termossensíveis
NÃO HÁ EFLUENTES DO PROCESSO
A extrusão é um processo de baixa umidadeque não produz efluentes. Isso elimina oscustos de tratamento de água e não cria
problemas de poluição ambiental
TEORIA
Os dois fatores que mais influenciam anatureza do produto extrudado são as
propriedades reológicas do alimento e ascondições de operação do extrusor
Propriedades reológicas do alimentoAs propriedades da matéria-prima possuem
uma influência importante na textura e nacor 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 eo tamanho das partículas influenciam aviscosidade do produto no extrusor
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A viscosidade é o fator crucial que determina ascondições de operação do extrusor e, portanto, daqualidade do produto.Diferentes tipos de matéria-prima podem levar a
produtos completamente diferentes quando asmesmas condições são usadas no mesmo extrusor.
Isso é devido a diferenças no tipo e na quantidadede amido, proteínas, umidade e outrosingredientes adicionados ( por exemplo, óleo ouemulsificante), que resultam em viscosidades
diferentes e, desse modo, características de fluxodiferentes
Diferenças no teor de açúcar ou pH também podemproduzir variações na cor devido a diferentes grausde escurecimento por Reação de Maillard
Ao sair da trefila, o produto encontra-seno estado vítreo. Ele se expande
rapidamente e, ao se resfriar , atemperatura cai para abaixo do estadode transição vítrea, formando umaestrutura de fibras e matrizes quedeterminam a textura do produto
EQUIPAMENTO
EXTRUSORES DE ROSCA ÚNICA
O equipamento consiste de uma roscacilíndrica que gira em um canhão
cilíndrico ranhurado, feito de ligas durasou aço inox endurecido para resistir aodesgaste provocado pela fricção
A rosca é acionada por um motor elétrico develocidade variável suficientemente potente
para bombear o alimento contra a pressãogerada no canhão .
A velocidade da rosca é um dos principaisfatores que influenciam a performance do
equipamento : ela afeta o tempo de residênciado produto , a quantidade de calor friccionalgerado , as taxas de transferência de calor e aforça de cisalhamento aplicada sobre o produto.Velocidades típicas são 150 a 600 rpm,
dependendo da aplicação
A compressão é atingida no canhão pelapressão reversa criada pela trefila , bem como
por:
-aumento do diâmetro da rosca e decréscimode seu passo;
-utilização de um canhão cônico, com rosca depasso constante ou decrescente; e
- colocação de restrições nos passos da rosca
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pressões na trefila variam de aproximadamente2000 x 10 3 Pa para produtos de baixa
viscosidade até 17000 x 10 3 Pa parasalgadinhos expandidos
os extrusores de rosca única podem ser
classificados de acordo com a força decisalhamento exercida no alimento em:
ALTO CISALHAMENTO
altas velocidades e pequeno espaço entre arosca e o canhão criam altas pressões etemperaturas, necessárias para produzircereais matinais e salgadinhos expandidos
MÉDIO CISALHAMENTO
Para massa de empanamento , proteínatexturizada e rações animaissemi-úmidas
BAIXO CISALHAMENTO
Grande espaço entre rosca e canhão e baixasvelocidades criam baixas pressões para amodelagem da massa , produtos cárneos egomas
Dados de operação -Tabela 14.2
Os extrusores de rosca única tem custos deinvestimento e operação mais baixos e
requerem menos habilidade para operar emanter do que os de rosca dupla
EXTRUSORES DE ROSCA DUPLA
Os extrusores são classificados de acordocom a direção da rotação e a maneira comoas roscas se entrelaçam
As roscas em extrusores de rosca dupla
giram em uma concavidade na forma de umoito, 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 maisempregadas no processamento de alimentos(14.4)
Uma das principais vantagens dosequipamentos de rosca dupla é a maior
flexibilidade de operação, possível pelaalteração do grau de entrelaçamento dasroscas, do número de passos ou pelo ângulo deinclinação da rosca
Os extrusores de rosca dupla possuem asseguintes vantagens:
-a produção é independente da taxa dealimentação, e flutuações na taxa de produção
podem ser acomodadas pela ação dedeslocamento positivo das roscas
os extrusores de rosca simples, por sua vez,precisam estar completamente cheios para
operar efetivamente.
O deslocamento positivo também produzmaiores taxas e melhor controle datransferência de calor do que nos
equipamentos de rosca única
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-os extrusores de rosca dupla podemtrabalhar com materiais oleosos, pegajosos,
ou muito úmidos , além de produtos queescorregam 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, desdepós finos até grãos, pode ser utilizada, ao
passo que os extrusores de rosca única estãolimitados a uma faixa especifica de tamanho departículas
limitações de extrusores de rosca dupla são o
custo de capital e manutenção relativamentealtos (até 2x o custo de um de rosca única) eas maiores restrições nas faixas de operação
a complexidade das engrenagens necessáriaspara movimentar as roscas duplas resulta emlimitações no torque, na pressão e no impulsomáximos que podem ser atingidos
APLICAÇÕES
Extrusão a frio
Neste processo, o produto é extrudado sem ocozimento. O extrusor possui uma rosca commais profundidade que opera em baixa
velocidade em um canhão liso para trabalhare extrudar o material com pouca fricção
Utilizado para produzir salsichas, massas deconfeitaria
Condições típicas de operação – tab 14.2 paracondições de baixo cisalhamento
COZIMENTO POR EXTRUSÃO
Pressão e temperaturas altas são utilizadaspara formar produtos expandidos. A rápidaliberação de pressão na saída da trefila causaa expansão instantânea de vapor e gás domaterial, formando um produto de baixa
densidade.
A extrusão a quente é um processo HTST queminimiza a perda de nutrientes e reduz acontaminação microbiana
O teor de umidade de alguns produtos , porexemplo, salgadinhos, cereais matinais – éreduzido ainda mais após a extrusão pelasecagem
CONFEITOS
Os extrusores de cozimento HTST são utilizadospara manufaturar produtos gelatinosos demascar, tais como, gomas de fruta, a partir deuma mistura de açúcar, glicose e amido. O calorgelatiniza o amido, dissolve o açúcar e vaporiza
o excesso de água, que é purgado para fora doequipamento
A uniformidade do produto é alta, não sendonecessária a secagem posterior , e o início e
término do processo são rápidos
As balas duras são produzidas de açúcargranulado e xarope de glicose. A temperatura
do extrusor é elevada até 1650C para produziruma massa homogênea e decristalizada
Ácidos , aromatizantes, e corantes são
adicionados a massa de açúcar, e o teor deumidade é reduzido a 2% quando o produtoemerge da trefila em uma câmara de vácuo.Ele é, então, alimentado em equipamentos deestampagem ou modelagem para produzir a
forma desejada
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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 0,193kg/ Kg de massa de açúcar
CEREAIS MATINAIS
Na manufatura tradicional de cereais matinaissão necessárias grandes partículas de milho(grits), pois o tamanho individual do gritdetermina o tamanho do produto final . osgrits são cozidos sob pressão, secos e
temperados para garantir uma distribuiçãouniforme de umidade, laminados, tostados easpergidos com uma solução de vitaminas
O tempo total de processamento é de maisde cinco horas. Pellets de massa de pão são
agora produzidos em um extrusor de baixapressão
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 enzimaspresentes na soja, inclusive a uréase, que
reduz a vida de prateleira, a lipoxidase, quecausa sabores desagradáveis pela oxidação doóleo de soja; e ainda, o inibidor de tripsina, quereduz a digestibilidade das proteínas. Issomelhora a aceitação, a digestibilidade e a vida
de prateleira do produto
Farinha desengordurada de soja, concentradoou isolado de soja são umedecidos e o pH é
ajustado. Um pH mais baixo (5,5) aumenta amastigabilidade no produto final, enquantoem pH mais alto (8,5) proporciona umproduto mais macio e uma reidratação maisrápida
Corantes, aromatizantes e agentes defirmeza, como o cloreto de cálcio , sãoadicionados, e o material é plasticizado emum extrusor de 60 a 1400 C
O material é, então, extrudado para formarfibras texturizadas expandidas que sãoresfriadas e secas até 6 a 8% de umidade
EFEITOS NOS ALIMENTOS
Características sensoriais
A produção de texturas características é umdos principais aspectos da tecnologia deextrusão
O grau das alterações no amido, determinadapelas condições de operação e matériasprimas, produz a ampla variedade detexturas de produto que podem ser obtidas
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As condições HTST do cozimento porextrusão exercem apenas pequenos efeitos
nas cores e nos aromas naturais dosalimentos
Os aromas microencapsulados são mais
adequados, porém mais caros. Os aromas ,são portanto, mais comumente aplicados ásuperfície dos alimentos extrudados naforma de aerossóis ou pastas viscosas.
No entanto, isso pode causar aderênciaem alguns produtos, o que requer secagemadicional