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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