Director y Profesor Investigador Departamento de Biotecnología e Ingeniería de Alimentos ITESM-Campus Monterrey

Transcripción

1 Quinto Simposio Internacional de Innovación y Desarrollo de Alimentos Producción de Cereales de Desayuno Mediante Procesos Tradicionales y de Extrusión Termoplástica Dr. Sergio O. Serna Saldivar Director y Profesor Investigador Departamento de Biotecnología e Ingeniería de Alimentos ITESM-Campus Monterrey Montevideo, Uruguay

2 Objetivos Describir los procesos tradicionales de producción de cereales para el desayuno y botanas. Describir procesos de extrusión termoplástica para el desarrollo de nuevos productos. Discutir las nuevas tendencias en el desarrollo de nuevos productos y tecnologías innovativas.

3 Cereales para el Desayuno Alimentos convenientes generalmente consumidos en la mañana. La mayoría son RTE. Generalmente son consumidos con leche. Considerados como una fuente importante de nutrientes (calorias, proteína, micronutrientes). La mayoría son enriquecidos /fortificados. Son saborizados con azúcar y/o edulcorantes. Bajos en aceite.

4 Introducción La producción mundial de cereales RTE alcanzó los 3 millones de toneladas con un valor de mas de US$ 16 mil millones. En los EUA, el mercado annual excede 6,800 millones de dolares (Le Corre 2006). Los Irlandeses, Ingleses, Australianos y Norte Americanos son los mayores consumidores per capita (4a6kg/año). Dentro de Latinoamérica, se destaca México, que participa con el 5% de la producción mundial.

5 Clasificación de Cereales para Desayuno Listos para Consumirse (RTE): Laminados - Inflados en el Horno Inflados en Cañón de Expansión - Extrudidos Directos Extrudidos (comprimidos) - Trenzados Granolas Requieren Cocción. Hojuelas de avena

6 Tendencias de la Industria de Cereales para el Desayuno Productos que favorezcan la salud. Productos altos en fibra dietética, especialmente soluble. Los cereales de avena son los que han subido más en popularidad: alta cantidad de fibra tanto soluble como insoluble. Productos elaborados con granos enteros (nutracéuticos) Productos fortificados. Cereales para desayuno con frutas deshidratadas. Libres de aditivos no GRAS. Mayor producción de cereales utilizando extrusión termoplástica.

7 Fibra Ventajas : nutrimental, nutracéutica y mercadotecnia. Desventajas: procesamiento y calidad de producto. Fibra insoluble es un compuesto inerte-no funcional. Fibra soluble generalmente causa adhesividad y problemas de maquinabilidad. Alta en pigmentos de naturaleza fenólica causando problemas en color y sabor de los productos. Barrera física en contra de fenómenos de gelatinización, gelación, retrogradación, expansión y de interacción de las proteínas del gluten.

8 Proceso General Simplificado Materias Primas Mezcla de Ingredientes Cocción Agua Formado/Moldeado Horneado Saborizado Producto Terminado

9 Producción de Hojuelas

10 Cereales para el Desayuno Laminados (Hojuelas) Cereales con mayor volumen de ventas en el mundo. Producidos por dos procesos: tradicional y extrusión termoplástica. El proceso tradicional es aplicado en grits de maíz, arroz blanco pulido y trigo. Productos poseen mejor sabor. La extrusión termoplástica es cada día más utilizada. Hojuelas combinadas y altas en fibra. Proceso utilizado: Extrusión para formación de comprimidos. Ventajas: ahorro de energía y equipo, tiempo de proceso, materia prima mas fácil de conseguir y uniformidad en tamaño de hojuelas.

11 Proceso Tradicional Se inició a principios del siglo XX (Kellogs). Las hojuelas de maíz es el cereal de mayor volumen de ventas en el mundo. Ingredientes: Grits refinados (#6), azúcar/ edulcorante, malta no diastásica/extracto de malta y sal. Operaciones unitarias: molino de maíz (condicionadodesgerminación), cocedor de presión, desagregador, secador, laminador, horno helicoidal, tambores recubridores y equipo de envasado.

12 grits 100kg aditivos 10kg mezclado cocción agua 27kg 15-18psi/2hr desagregado 121 C 18-20%hum secado 17 kg. agua 6-12hr. equilibrado C C / 90s laminado horneado enriquecido y saborizado enfriado kg cereal 16.32kg agua 2% hum. envasado

13 Formulación Ingrediente Cantidad Grits de Maíz Refinados 100 Azúcar 6 Jarabe de Malta 2 Sal 2 Agua Suficiente para incrementar la humedad a 31% Los ingredientes se mezclan en mezcladores en lote o continuos: Mezclador de listón: espirales encontrados. Continuo: mezcla en seco y luego se añaden los líquidos.

14 Cocimiento de Hojuelas de Maíz. Única parte del proceso que se realiza en lotes. Para alimentar continuamente a la planta se requieren cocedores en batería. Ollas rotativas de presión. Condiciones de cocimiento: aplicación de vapor, presión de 5-18 psi por tiempos de 1-2 hr. Objetivo: gelatinizar el almidón para poder laminar y propiciar desarrollo del sabor.

15 Cocimiento de Hojuelas de Maíz. Capacidad de 540 a 900 kg. Se llena de 1/2 a 2/3 de su capacidad debido a aumento de volumen. Se inyecta vapor a presión. Almidón gelatinizado, de un dorado ligero y suave, apariencia traslucida. Descarga a una banda continua que alimenta a la planta.

16 Desagregado Ayuda a enfriar el producto. Separa la mezcla en unidades individuales. Estandariza tamaños. Reduce pegajosidad.

17 Secado Se utilizan bandas a contra corriente. Secadores turbo, el aire pasa a través de la cama con el producto. Humedad 65 C Secadores rotatorios no se controla el tiempo de residencia, no hay humedad uniforme.

18 Equilibrado Considerado como el cuello de botella del proceso tradicional. Mejora la distribución de la humedad en el grit o pellet cocido. Esencial para desarrollar un buen laminado. Tiempo = 6-12 hrs.

19 Rodillos Laminadores Dos rodillos de acero inoxidable que contrarotan. Equipados con un cuchillo en parte inferior. Aprox. 50 cm de diámetro Velocidad ajustable de rpm. Enfriados con agua para disipar calor producido por la fricción. Motor de hp. Presión entre rodillos: controlada mecánicamente o hidraúlicamente.

20 Horneado Hornos rotatorios de cama fluidizada con quemadores de gas. Transferencia por convección ( C/0.5-3min). Las hojuelas son difíciles de tostar en posiciones planas. Hojuelas suspendidas en aire caliente. Capacidad kg/hr. Deshidrata la hojuela, desarrolla sabor, textura crujiente y color dorado. Afecta vida textural una vez que se agrega leche.

21 Hornos Hornos Cilíndricos Rotativos: Usado para hojuelas y arroz inflado consistente de un cilindro perforado rotativo (13-17 rpm) donde las partículas están la mayoría del tiempo suspendidas en el aire. Operados con gas a temperaturas de hasta 310 C. Tiempo de residencia < 3 min. Convección. Horno de Banda: Usado para productos trenzados y granolas. Conducción.

22 Enriquecimiento Los cereales para desayuno deben ser enriquecidos ya que son considerados alimentos típicos o de alto consumo. Regresar a nutrientes selectos perdidos durante procesamiento (molienda, tratamientos térmicos). Mandatorio. Nutrientes: hierro, zinc, tiamina, riboflavina, ácido fólico y niacina.

23 Enriquecimiento Cont.- Hierro: Sulfato ferroso o hierro elemental reducido. Nivel especificado mg/kg. Tiamina: Susceptible al calor. Nivel especificado mg/kg. Riboflavina: Termoestable pero susceptible a la luz solar. Nivel especificado mg/kg. Niacina: Estable en todas las condiciones. Nivel especificado mg/kg.

24 Aplicación de Saborizantes Generalmente se utiliza un equipó recubridor consistente de un tambor hueco inclinado que rota y en su interior tiene un sistema de aspersión. Existen aparatos dispensadores de saborizantes en forma sólida con un sistema de recuperación del material que no se adhiere al producto. La aplicación del saborizante/ vitaminas/minerales se realiza por lo general inmediatamente después del horneado para evaporar agua y propiciar que se adhiera mejor.

25 Frutas (Orejones) en los Cereales para Desayuno Incrementándose su utilización en cereales para el desayuno. Deben ser estables y con un Aw bajo. Recubiertas con película comestible para evitar perdida de textura (crujencia) en el cereal para el desayuno. Más problema tecnológico en productos crujientes de baja humedad (< 2%).

26 Envasado Papel encerado, barrera contra la humedad y olores contaminantes; fléxible y rígido HDPE. Protección contra los cambios de sabor y olor, pérdida de crujencia y oxidación de lípidos. Caja de cartón, resistencia al producto terminado, previene rompimiento y ayuda a la distribución hasta el punto de venta, impide la entrada de luz.

27 Envasado de Cereales para el Desayuno. Material de envasado debe proteger la integridad del producto y ser una excelente barrera contra la humedad. Esto es para mantener la crujencia y textura del producto. Envasado típico: cajas de cartón (fibra) con bolsa interior de papel encerado que últimamente ha sido substituido por HDPE o un copolímero HDPE/EVA (mejor sellado). Para cereales de desayuno propensos a oxidación de lípidos se recomienda PP-LPPE -PVC

28 Producción de Hojuelas via Extrusión Termoplástica. Ventajas: Mayor versatilidad. Uso de grits regulares de maíz en lugar de grits para hojuelas. Menor tiempo de proceso (30 min). Tamaño de hojuelas uniformes. Ahorro de energía (15 a 20%), equipo y espacio en la planta. Desventaja: No poseen sabor tradicional. Operaciones unitarias: extrusor cocedor, extrusor formador, secador, laminador, horno helicoidal, tambor recubridor y máquina envasadora.

29 Trigo Maíz Arroz Producción de Hojuelas con Extrusión Molienda, clasificación Grits o Harinas Extrusión: formación de pellets Secado parcial Acondicionado Laminado Horneado Cocedor Formador Saborizado, enriquecimiento Enfriado Envasado

30 Producción de Arroz Inflado Principal uso de arroz en la industria de cereales para desayuno. La calidad de la materia prima (arroz blanco pulido) es fundamental para obtener un buen producto terminado. Arroz: endospermo normal, baja incidencia de fisuras y no parbolizado. Utiliza prácticamente las mismas operaciones unitarias que en el proceso tradicional de hojuelas.

31 Formulación Ingrediente Cantidad Arroz Blanco 100 Azúcar 6 Extracto de Malta 2 Sal 2 Agua Suficiente para incrementar la humedad a 28%

32 Arroz Inflado Arroz blanco y pulido e ingredientes agua 19kg 28% hum. 121 C 17%hum 8hr C cocción desagregado secado equilibrado rolado 15-18psi/2hr 13 kg. agua 10% hum C 2do.secado horneado enfriado enriquecido y saborizado 7.7 kg agua arroz inflado 108 kg cereal envasado

33 Cereales para el Desayuno de Avena Incrementándose su popularidad debido a su cantidad y calidad de fibra. La avena es el cereal que presenta mayores dificultades en procesamiento y vida de anaquel. Tiene aceite en endospermo. Aceite altamente susceptible a enranciarse. El proceso de molienda para obtener la sémola y/o harina de avena es crítico. Los cereales para desayuno listos para consumirse basados en avena generalmente contienen altas cantidades de edulcorante (s) para enmascarar a los sabores indeseables. Las hojuelas de avena se envasas distintamente que el resto de los cereales para desayuno.

34 Hojuelas de Avena Es de los pocos cereales para el desayuno clasificados que Requieren Cocción. Fue el producto, junto con los cheerios, que propició el boom de los cereales para el desayuno de avena. Proceso y características contrastantes con las hojuelas de otros cereales. El proceso de molienda para la obtención de sémola es la parte más crítica del proceso (orientado a desactivar enzimas lipolíticas y lipooxigenasas). Productos: hojuelas de avena regular y hojuelas instantáneas. Requerimientos de envasado: cartón.

35 Avena Entera 100 kg, 14% Moisture Tratamiento Térmico - (88-93 C) Avena Cocida kg, 7-9% Humedad Cascaras-Finos (23-24 kg) Aspirador de Aire/Separador de Discos Descascarado (Impacto, rotor rpm) Enfriado Semola o Groats kg, 9% Humedad Cortadora Rotativa (2 a 4 piezas uniform es) Rodillos Laminadores ( rpm) Finos (6 kg) Tamizado Tamizado Finos (6 kg) Aplicación Vapor (12-15 min a C) Rodillos Laminadores ( rpm) Hojuelas Grandes (61-63 kg) Hojuelas Instantáneas (55-57 kg)

36 Envasado de Avena Laminada Las hojuelas de Avena altas en aceite insaturado generalmente se envasan en cajas de cartón para permitir que se disipen productos resultantes de la rancidez oxidativa.

37 Cereales Extrudidos de Expansión Directa Generalmente aplicado a grits refinados de maíz, arroz. Ejemplos: Cap'n Crunch, Chex y Corn Pop). Proceso: acondicionado de grits, extrusión directa, clasificación, secado/tostado, saborizado y envasado. Partes críticas del proceso: calidad de materia prima, acondicionado y condiciones de extrusión (expansión radial).

38 Productos de Expansión Directa Grits de Cereales Ingredientes 4kg almidón colorantes Acondicionamiento. Agua Extrusión Termoplástica C, gradiente de presión Secado o Tostado Agua Clasificación Saborizado

39 Cereales Inflados en Cañon de Expansión Generalmente aplicado a trigo entero, arroz blanco pulido y grits grandes de maíz (Corn Pop). Proceso: acondicionado, expansión, clasificación, secado, saborizado y envasado. Partes críticas del proceso: calidad de materia prima, acondicionado y condiciones de expansión en cañón reventador.

40 Trigo Entero Inflado Trigo Agua con Sal Acondicionado y Reposo Cañon de Expansión ( psi) Trigo Inflado Remoción de pericarpio y partículas finas Secado/Tostado Trigo Inflado Enfriado y Empacado Saborizado

41 Inflado de Pellets o Comprimidos Proceso muy empleado en la industria. Combina la extrusión para producir pellets o productos intermedios que son inflados en un cañon reventador. Los productos inflados en el cañón tienen una alta expansión (16 X volumen original). El producto más popular de esta tecnología son los Cheerios (combinación de avena con grits de maíz y saborizantes). El producto generalmente se saboriza con miel y saborizantes fuertes para enmascarar sabor rancio de la avena.

42 Ingredientes 6kg azúcar 4kg almidón 2kg sal colorantes Productos Inflados - Pellets Grits de Cereales Mezclado y Acondicionamiento Agua Extrusión Termoplastica Cocción Extrusión - Formación Pellet o Producto Intermedio Equilibrado Secado Cañón Reventador Clasificación Saborizado

43 Producción de Cereales para Desayuno Trenzados Proceso Tradicional. Aplicado por lo general al grano de trigo. Procesos por Extrusión Termoplástica. Aplicado para obtener una gama de productos cada día más sofisticados. Procesos de Extrusión: Extrusión de masa Extrusión y formación de trenzas.

44 Productos Trenzados (Grano Entero) Categoría introducida recientemente. Mayoría de productos manufacturados de trigo entero. Trigo preferentemente debe poseer pericarpio blanco y textura suave y almidonosa (Club). Estos trigos imparten un mejor color y sabor.

45 Producto Trenzado Trigo Agua Cocimiento en exceso de agua < 100 C / min. Agua Trigo Cocido y Drenado (40-50% humedad) Acondicionamiento (12-24 hrs.) Formación de Hebras Rodillo Acanalado y Liso Superposición de Hebras y Corte Enfriado y Empacado Horneado C/ 1-4 min)

46 Cocimiento Es normalmente realizada en una marmita en lotes con exceso de agua ligeramente por debajo de del punto de ebullición a presión atmosférica por min. Durante la cocción el trigo absorbe 40-45% humedad. Centro geométrico del grano de color grisáceo. Cambios: gelatinización del almidón, desnaturalización del gluten, absorción de agua.» Grano cocido forma masa capaz de laminarse y cortarse.

47 Enfriado y Acondicionado El agua es drenada y el trigo se pasa a enfriar en bandas transportadoras. Los granos gelatinizados se depositan en una tolva de equilibrio donde residen hasta 24 horas. El objetivo es distribuir homogéneamente al agua dentro del grano y propiciar retrogradación del almidón gelatinizado.

48 Formación de Hebras Se pasa el grano, reposado o equilibrado a través de un par de rodillos (6-8 pulg de diámetro por 3 pulg. de ancho). Un rodillo liso y otro corrugado (20 corrugaciones). Los rodillos giran con un pequeño diferencial de velocidad que favorece el acanalado. Hebras formadas dentro de canales debido a la presión existente entre los rodillos y separadas por medio de un peine dentado que ajusta dentro de los canales del rodillo formador.

49 Superposición de Hebras y Formado El producto que sale de los rodillos, que es separado por peines para formar hebras, caen en una banda transportadora que está en movimiento debajo de los rodillos. Las hebras con aproximadamente 45% de humedad provenientes de otros rodillos son superpuestas (de unidades). En esta operación se pueden colocar hebras de diferentes colores y procedencia para elaborar productos híbridos y rellenos. Las hebras sobrepuestas son cortadas con cuchillas en pequeños cuadros o rectángulos antes de entrar en el horno.

50 Horneado Proceso crítico para obtener un producto con adecuado, sabor, color y textura. Transferencia de calor por medio de conducción. Utilización de hornos de banda. Horneado por C. Producto sale con 1-4% humedad.. Después el producto es saborizado con azúcar pulverizada y tratado con antioxidantes, enfriado y empaquetado.

51 Productos Trenzados por Extrusión Utilizado para el cocimiento y formación de hebras y productos trenzados. Se parte del pellet en lugar del grano entero como materia prima. Algunos de los granos utilizados son trigo, maíz, arroz y avena. Ventajas: combinación de diferentes harinas o cereales, incorporación de otros ingredientes y tiempo de proceso reducido. Procesos de extrusión Extrusión por masa Extrusión y formación de trenzas.

52 Ingredientes: saborizantes Colorantes Almidones Grits y Harinas Condicionado 26-38% de hum. Extrusor cocedor Agua Productos Trenzados Masa cocida Extrusor formador Formación de hebras Superposición de hebras Formación y corte de rectángulos Horneado y Enfriado Producto Trenzado 1-4% de humedad

53 Extrusión Extrusor produce una masa cocida que es alimentada a los rodillos formadores de hebras. Las masa es extruida a través de un dado o matriz que forma continuamente las hebras. Después de la etapa de formación de hebras el producto es finalizado siguiendo los mismo pasos a los del proceso elaborado a partir de grano entero.

54 Granolas Cereales formulados a partir de granos inflados o expandidos, enteros o quebrados generalmente saborizados con malta y aglomerados con jarabes y soluciones azucaradas. Mezcla o granola en forma de harina gruesa o en barras prensadas. Formulación: Avena laminada mezclada con granos tostados o inflados, nueces, coco, leche en polvo, malta, frutas secas y condimentos. Saborizantes diluidos en agua y mezclados con materia prima

55 Ingredientes: Levadura Azúcar Malta Saborizantes Sal Enfriado Molienda Clasificación Harina Trigo Amasado Cortador de Masa Pedazos de Masa Fermentación 30 C/85HR/2 hrs Desgasado Agua Limitada Granola Fermentada Finos Granola Moldeado Adición de Pasas y Otros Envase/Embalaje Horneado Granola Fermentada 1-4% de humedad

56 Barras de Granola Ingredientes: Nueces, coco, leche en polvo, malta, frutas secas y condimentos. Avena Laminada Amasado (formación de masa espesa) Moldeado en barras Adición de ingredientes líquidos Corte de Barras (3% humedad) Horneado ( C) Empacado

57 Conlcusiones La industria procesadora de cereales de desayuno es dominada por empresas multinacionales. La tendencia en terminos de nuevos productos esta orientada en desarrollo de alimentos con alto valor nutrimental y nutracéutico. Los nuevos desarrollos por lo general utilizan a la extrusión termoplástica.