Sistemas de Extrusión para Pet Food y Aqua Feed. ¿Simple o Doble tornillo?

El proceso de Extrusión es un proceso termo-mecánico que consiste en forzar un producto a pasar por uno o varios orificios de un tamaño específico bajo presión y temperatura gracias al concepto del tornillo de Arquímedes (también conocido como 'tornillo sin fin').

Los procesos de extrusión en la elaboración de alimentos extrusados para mascotas y acuicultura, tienen como objetivo lograr la cocción de la mezcla de materias primas e ingredientes dándole forma de croqueta (pellet / kibble) que facilita su posterior manipulación.

Lo más importante que acontece dentro de los extrusores es la gelatinización de almidones y texturización de proteínas, ambos procesos ayudan a la mayor digestibilidad, como así también a formar una estructura y textura que aloje otros ingredientes, minerales, grasas de manera estable y uniforme.

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Para una buena gelatinización de almidones y texturización de proteínas se necesita humedad (la que se adiciona en forma de agua líquida y vapor en pre acondicionador y/o extrusor), se necesita temperatura, una parte del aporte de temperatura se da por el agregado de vapor, pero la más importante se lleva a cabo por el trabajo mecánico y de rozamiento que producen los tornillos y se necesita también energía mecánica, otorgada por la acción de cizallamiento de los tornillos.

Hoy existentes dos tecnologías disponibles para extrusión, estas son simple tornillo (SSE) y doble tornillo (TSE). En este artículo hablaremos de las características, ventajas y desventajas de cada una de estas tecnologías.

Extrusores Simple Tornillo

En los Extrusores de Tornillo Simple observamos como característica que el avance del tornillo mueve los materiales a través del canal al desarrollar un 'flujo de arrastre', cuya velocidad es directamente proporcional a la velocidad del tornillo. Debido a la restricción de la matriz en la descarga del extrusor, existe un 'flujo de contrapresión', que va en dirección opuesta al flujo de arrastre. Por lo tanto, la 'tasa de flujo' en extrusores simple tornillo (SSE) equivale a la tasa de flujo de arrastre – tasa de flujo de contrapresión.

La dinámica de flujo en el canal del tornillo nos muestra que las partículas de fluido viajan a distintas velocidades y que no interactúan en su totalidad, lo que resulta en una dispersión de los tiempos de permanencia y una mezcla poco uniforme.

En consecuencia, la transferencia de calor, así como la entrega de energía mecánica en la sección de cocción son muy limitadas. Además, la extensión del cizallamiento depende del espacio, lo que genera heterogeneidades de las propiedades de fusión (duración de la cocción, temperatura y presión).

En resumen, tecnología simple tornillo (SSE) presenta:

• Una única sección de proceso.
• Dependencia del rendimiento y velocidad del tornillo.
• Un único punto operativo (rendimiento combinado con la máxima velocidad del tornillo y área de apertura de la matriz).
• Limitaciones en mezclado, lo que limita la transferencia de calor, entrada de energía mecánica, y genera heterogeneidades en la fusión de partículas (duración de la cocción, composición, temperatura y presión).
• A mayor desgaste del tornillo, menor rendimiento del extrusor. Se puede observar una reducción de 10-20% durante la vida útil del tornillo.
• 'Factores de lubrificación' en la composición de la mezcla generan escurrimiento, el cual reduce el rendimiento del extrusor y la adición de energía mecánica.

Extrusores Doble Tornillo

Los Extrusores Doble Tornillos corrotantes (TSE) tienen múltiples secciones de proceso en serie, (fusión/cocción, extracción de vapores/gases, bombeo de desplazamiento positivo), gracias a las distintas restricciones generadas por el trabajo de los tornillos. Las secciones de proceso muestran altos niveles de mezcla, buena transferencia de calor e importante trabajo de cizallamiento (adición de energía mecánica).

En los TSE corrotativos, se observa una mezcla muy intensa en la zona de acople de los tornillos (macro mezcla y micro mezcla).

En consecuencia, el coeficiente de transferencia de calor en las secciones es muy alto. Se pueden obtener fusiones homogéneas, con una muy buena ligazón de lípidos. La expansión tras atravesar la matriz se desarrolla consistentemente, lo que lleva a dar una excelente densidad, textura y forma del producto, así como también una densidad y color final uniforme.

En resumen, la tecnología doble tornillo (TSE) presenta:

• Múltiples secciones de proceso en serie.
• El rendimiento y la velocidad del tornillo están desvinculadas. Por lo tanto, para una mezcla formulada, los TSE corrotativos se caracterizan por sus múltiples puntos operativos. Además, el perfil del tornillo puede variar extensivamente para modular la adición de energía mecánica.
• El proceso de mezclado es muy intenso, lo que da grandes beneficios en relación con la calidad del producto.
• El deslizamiento de la mezcla es compensado por el bombeo de desplazamiento positivo de los tornillos.
• Menor sensibilidad a cambios de materias primas.
• Mayor tolerancia a cambios de humedad, agregados de fibras y grasas.
• Mejor calidad y consistencia de producto final.
• Mayor flexibilidad general del proceso.
• En Aqua Feed la mejor uniformidad y alto nivel de desgasificado posible disminuye las chances de que haya pellets que floten cuando se producen alimentos hundibles.
• En Aqua Feed nos permite llegar a producir, gracias a la acción de los dos tornillos, micro pellets de hasta 500 micrones (0,5 mm).
• En el caso particular de los Extrusores Doble Tornillos de la Empresa Francesa 'Clextral' (imagen superior de extrusor Clextral), se logra adicionalmente la ventaja probada de poder lograr la elevada calidad de alimentos trabajando con 2 a 3 % menos de humedad, lo que implica importantes ahorros en energía en el proceso posterior de Secado.
  

Conclusión

Ambas tecnologías de extrusión son ampliamente utilizadas en el sector de la elaboración de Pet Food y Aqua Feed. La tecnología de Simple Tornillo exige normalmente un costo de inversión menor, y de alguna manera menores costos de repuestos.

Mientras que la de Doble Tornillos requiere una inversión superior que trae como ventajas la posibilidad de trabajar con un abanico de materias primas mayor, con más fibras, más proteínas vegetales y mayor contenido graso.

Autor: Ing. Diego Clivio

Más info: www.cliviosolutions.com