Equipo de Reducción y Extrusión

BARRIOS ALCANTARA MIRIAM CITLALICCRUZ ARAGON FRANCISCO JAVIER

MARTINEZHEREDIA MARIO ROGELIOREBOLLAR HERNANDEZ ALEJANDRO ULISES

SOLIS MARTINEZ CECILIA KARINAZARATE PEREZ KARINA

Marco teóricoEXTRUSIONEs un proceso que combina diversas operaciones unitarias como el mezclado, la cocción, el amasado y el moldeo.

PRINCIPIO DE OPERACIÓNUn extrusor de alimentos es un aparato que facilita el proceso de moldeado y reestructuración de los ingredientes alimentarios. Esta constituido, por una bomba de tornillo en la que el Alimento es comprimido y trabajado hasta la obtención de una masa semisólida que es impulsada a través de un pequeño orificio. (Fellows P.,2006) • Los objetivos del proceso de extrusión son principalmente y no

necesariamente en el siguiente orden:• Cocción• Pasteurización• Expansión• Reducción de Humedad• Homogeneización • Reestructuración

• VENTAJAS DEL PROCESO DE EXTRUSION

• Flexibilidad de operación, permitiendo la obtención de una gran diversidad de productos

• Posibilidad de procesamiento en diversas formulaciones, permitiendo adecuar el nivel nutricional según las necesidades.

• Bajo costo de procesamiento• Tecnología simple• Mínimo deterioro de nutrientes de los alimentos en el proceso• Eficiente utilización de la energía• In activación de enzimas y factores antinutricionales• Producción de alimentos inocuos

Un extrusor esta constituido, en esencia, por una bomba de tornillo (semejante a una prensa de tornillo o a un transportador de tornillo) en la que el alimento es comprimido y trabajado hasta la obtención de una masa semisólida que es impulsada a través de un pequeño orificio.

EXTRUSORES DE TORNILLO SIMPLE SEGMENTADOS EN TORNILLO/CILINDROLos extrusores de tornillo simples segmentados tornillo/ cilindro son los que mas ampliamente se aplican en el diseño de la cocción por extrusión en las industrias de alimentos, alimentos de animales domésticos y piensos. Húmedo significa que el vapor y el agua se pueden inyectar dentro del cilindro durante el procesado. Un extrusor de tornillo simple típico consiste de un recipiente de carga, un tornillo de alimentación, un cilindro de pre acondicionamiento, un cilindro de extrusor, un troquel y una cuchilla. (Guy, R., 2006)

APLICACIONES: Conversión de harina de sémola en pasta utilizando tornillos sólidosAperitivos de maíz expandidos directamenteProteína vegetal texturizadaCereales para desayunoPiensos acuáticosAlimentos infantiles Estabilización de salvado de arrozempanado

REDUCCION DE TAMAÑO

Operación unitaria en la que el tamaño de los alimentos solidos es reducido por la aplicación de fuerzas de impacto, compresión o cizalla para generar un aumento del área superficial.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN

El primer paso del proceso consiste en que las partículas de la alimentación se deformen y desarrollen tensiones por acción de la maquinaria.Este trabajo para crear esfuerzas en las partículas se almacenan temporalmente en el solido como energía de tensión. A medida que se aplica mas fuerza a las partículas la energía de tensión excede un nivel y el material se fractura en trozos mas pequeños. (Geankoplis C.J., 2006)

Consumo de potenciaLa magnitud de la fuerza mecánica aplicada, su duración, el tipo de fuerza y otros factores afectan la eficiencia y el alcance del proceso de reducción de tamaño, los factores importantes en el proceso son la cantidad de energía o potencia consumida, el tamaño de las partículas y las superficies nuevas formadas.

Ley de RittingerPropuso la ley q enuncia q el trabajo de trituración es proporcional a la nueva superficie creada.

Ley de BondSe enuncia como la energía q es necesaria para reducir una unidad de peso desde un tamaño muy grande hasta un tamaño tal q el 80% pase por un tamiz de 100 micrometros.

Ley de KickEsta ley establece q la energía requerida para reducir el tamaño de un material es directamente proporcional a la relación de reducción de tamaño.(Brennan J.G., 1998)

Molino de martillosConsiste en una cámara cilíndrica recubierta por una plancha perforada de acero endurecido, en el interior de la cual un rotor, dotado de martillos en toda su longitud, rueda a gran velocidad.La desintegración de un alimento se produce principalmente a fuerzas de impacto al ser expulsados contra la plancha del recubrimiento.En la salida del molino de martillos se coloca una criba que retiene el alimento hasta q las partículas alcanzan el tamaño adecuado para atravesarla.

PROBLEMAEvaluar el proceso de extrusión de una botana inflada elaborada con harina de maíz nixtamalizado obtenida en una reducción de tamaño.

PROBLEMA

OBJETIVO GENERAL PARA REDUCCION DE TAMAÑOAnalizar el proceso de reducción de tamaño mediante un circuito de reducción, partiendo de un molino de martillos a un pulverizador, para la obtención de una harina de maíz nixtamalizado cuyo diámetro medio de partícula sea de 225µm con un alto rendimiento y eficiencia.OBJETIVO PARTICULAR 1Analizar una reducción de maíz nixtamalizado, cambiando las fuerzas de reducción (impacto-molino de martillos y cizalla-pulverizador) que actúan sobre el material, manteniendo fijas la velocidad de alimentación y tamaño de criba para calcular la eficiencia y el rendimiento.OBJETIVO PARTICULAR 2Evaluar el diámetro medio de partícula obtenida de la reducción de tamaño mediante un análisis granulométrico para que el 80% del material posea un tamaño de 225µm.

Planteamiento de los Objetivos De Reducción De Tamaño

OBJETIVO GENERAL PARA EXTRUSIONAnalizar el proceso de extrusión partiendo de una harina de maíz nixtamalizado con un diámetro de partícula de 225µm, variando la formulación y el acondicionamiento del material de alimentación, para la evaluación de la densidad, dureza y el % de humedad en una botana de maíz.OBJETIVO PARTICULAR 1Variar las formulaciones mediante la sustitución de ingredientes, para evaluar el efecto que estos causan en las propiedades de la botana de maíz, mediante un análisis de perfil de textura, la determinación de la densidad, el % de humedad y el índice de expansión. OBJETIVO PARTICULAR 2Determinar las condiciones de humedad y temperatura mediante la adición de agua y calentamiento de la mezcla para evaluar el efecto que tiene sobre el índice de expansión, densidad y dureza de la botana

Planteamiento de los Objetivos De Extrusión

HIPOTESISSi se obtiene una harina de maíz nixtamalizado con un tamaño de partícula de 225 µm, el cual dependerá de la criba y del tipo de molino, nos permitirá una mejor hidratación, una mayor homogeneidad y junto al incremento de la temperatura y a la acción del leudante lograremos obtener una dureza de ___ una densidad de 50-70g/L y un índice de expansión del 100% en la extrusión de una botana de maíz.

Planteamiento de la Hipótesis

Molienda Extrusión VI: tipo de molino, criba VI: formulación y acondicionamiento; Co variable: velocidad de alimentación.VD: eficiencia y rendimiento VD: homogeneidad y mezcladoVR: tamaño de partícula VR: dureza e índice de expansión

Variables de Operación

Problema: Evaluar el proceso de extrusión de una botana inflada elaborada con harina de maíz nixtamalizado obtenida en una reducción de tamaño

Hipótesis: si se obtiene una harina de maíz nixtamalizado con un tamaño de partícula de 225 μm, el cual dependerá de la criba y del tipo de molino, nos permitirá una mayor hidratación, una mayor homogeneidad y junto al incremento de temperatura y la acción del eudante, lograremos obtener una dureza de ___, una densidad de 50 a 70 g/l y un índice de expansión del 100% en la extrusión de una botana de maíz.Reducción de tamaño: VI: criba, tipo de molino; VD: eficiencia y rendimiento; Co variable: velocidad de alimentación.Extrusión: VI: formulación y acondicionamiento; VD: homogeneidad y mezclado.

JustificaciónReducción de tamaño: Si aumento el tamaño de criba y la

velocidad de alimentación del molino de acuerdo a las leyes de potencia de kick, rittinger y bond; el diámetro de

partícula aumentara. Además de que el diámetro de partícula también dependerá del tipo de fuerza que actúa sobre el material, por ejemplo: en el molino de martillos obtendremos una distribución de partículas semifinas y gruesas debido a la fuerza de impacto, mientras que el

pulverizador obtendremos una mayor proporción de partículas finas por fuerzas de cizallamiento. (Bennet,

1996)

Extrusión: Si aumenta el porcentaje de humedad (mayor hidratación) y la temperatura desarrollada dentro del

extrusor, la densidad del producto final disminuirá debido a la evaporación del agua promovida por la diferencia de

temperaturas y presiones dentro y fuera del troquel, lo cual nos llevara a obtener un producto con mayor índice de

expansión y dureza debido a una ausencia de agua proporcionando una mayor rigidez a la estructura de la

botana. (Bennet, 1996)

Objetivo general de reducción de tamaño: Analizar el proceso de reducción de tamaño mediante un circuito de

reducción, partiendo de un molino de martillos o un pulverizador, para la obtención de una harina de maíz

nixtamalizado cuyo diámetro medio sea de 225 μm, con un alto rendimiento y eficiencia

Objetivo general de extrusión: Analizar el proceso de extrusión partiendo de una harina de maíz nixtamalizado

con un diámetro de partícula de 225μm, variando la formulación y el acondicionamiento del material de

alimentación, para la evaluación de la densidad, dureza y el porcentaje de humedad en una botana de maíz

Objetivo particular 1: Analizar una reducción de

tamaño de maíz nixtamalizado, cambiando las fuerzas de reducción

(molino de martillos – impacto y pulverizador –

cizalla)que actúan sobre el material y manteniendo fijas la velocidad de alimentación

y el tamaño de criba para calcular la eficiencia y el

rendimiento

Objetivo particular 2: Evaluar el diámetro medio de partícula

obtenida de la reducción de tamaño mediante un análisis granulométrico

para que el 80% del material posea un

tamaño de 225 μm.

Objetivo particular 1: Variar las formulaciones mediante la sustitución de ingredientes, para evaluar el efecto que estos causan en las propiedades de la botana de maíz,

mediante un análisis de perfil de textura, la determinación de la densidad, el % de

humedad y el índice de expansión

Objetivo particular 2: Determinar las

condiciones de humedad y temperatura mediante

la adición de agua y calentamiento de la

mezcla, para evaluar el efecto que tiene sobre el

índice de expansión, densidad y dureza de la

botana.

Actividad 1.1:

Análisis granulométri

co

Actividad 1.2:

Seleccionar la criba a utilizar en

el pulverizado

r

Actividad 1.3:

Clasificación por tamaños

Actividad 1.4:

Energía= J/h

Potencia= hp

Rendimiento=

FME/FMS

Actividad 2.1:

Análisis granulométri

co

Actividad 1.1:

Preparar la

formulación 1 y 2Actividad 1.1.1:

Establecer el

sustituto del

leudante

Actividad 1.2:

Acondicionamiento

Actividad 1.3:

Extrusión

Actividad 1.3.2:Fijar el tornillo

Actividad 1.3.1:Fijar

abertura de

alimentación

Actividad 1.3.3:Fijar la

boquilla

Actividad 1.3.4:Fijar el dado

Actividad 1.4:

Determinar

densidad

Actividad 2.1:Calentar el material de entrada a

80°C

Actividad 2.2:Calcular índice de

expansión y densidad

Resultados

Análisis de resultados

Contrastación de hipótesis

Discusión general

Conclusiones

Materiales y métodos: serie de

tamices Tyler de la malla 18 a 100

Materiales y

métodos:Por

desplazamiento de

arena

Densidad de la botana.

Método: Determinación de densidad por desplazamiento de arena.

Materiales:

Un frasco de vidrio Un embudo Un soporte universal Un corcho Una regla Una espátula Un vidrio de reloj Una balanza analítica Extruido (antes de freír)

Sustancias:

Arena de mar

Procedimiento:

1. Pesar el frasco.2. Pesar 70 g de arena lavada y seca. Vaciar dentro del

frasco.3. Pesar apróx. 5 g de extruido y vaciarlos dentro del

frasco.4. Tapar el embudo con el corcho y llenarlo de arena.5. Colocar el frasco y el embudo el soporte, quedando el

frasco debajo del embudo.6. Quitar el corcho y dejar que la arena llene el frasco.7. Quitar el exceso de arena del frasco, sin intentar

compactar la arena para que llene los espacios vacios dentro del frasco.

8. Pesar el frasco con arena y muestra.9. Repetir el procedimiento 2 veces.

ρ (g/L)= (Wp / (Vv – (Ws/ρs)))(1000) En donde Wp es el peso de la muestra (g), Vv es el volumen del frasco (cm3), Ws es el peso de la arena (g), y ρs es la densidad de la arena (2,675 g/cm3)

Calentar el extruido de recirculación.

Método: Calentamiento del extruido mediante un horno.

Materiales:

Un horno Extruido de salida Una charola Un termómetro de

mercurio Papel aluminio

Procedimiento:

1. Prender el horno y regular la temperatura a 80°C.2. Colocar el extruido de salida sobre la charola,

distribuyéndolo uniformemente.3. Cubrir con el papel aluminio el extruido sobre la

charola.4. Colocar la charola con extruido dentro del horno5. Dejar calentar el material durante 20 min.6. Retirar la charola del horno. 7. Medir la temperatura del extruido antes de recircularlo.8. Apagar el horno.

Freído de la botana.

Método: Freído del extruido con aceite para la obtención de la botana.

Materiales:

Una olla. Un mechero Fisher. Una base para

mechero. Una coladera de metal. Extruido de salida.

Sustancias:

Aceite Vegetal de Maíz

Procedimiento:

1. Colocar 2 L de aceite vegetal dentro de la olla.2. Colocar la olla sobre la base y el mechero.3. Calentar el aceite hasta una temperatura de 190°C4. Colocar la muestra de extruido en la coladera5. Colocar la coladera y el extruido dentro del aceite

durante 35 – 40 s para que se fría. 6. Retirar la coladera del aceite.7. Dejar escurrir la muestra freída (botana) para eliminar el

exceso de aceite.8. Dejar reposar 30 min para que se enfrié.

Porcentaje (%) de Humedad.

Método: Determinación del % de humedad por Termobalanza Digital de Infrarrojo.

Materiales:

Un vidrio de reloj. Una espátula. Un molino de discos. Un mortero. Una termobalanza digital

de infrarrojo. Un platillo de aluminio

para termobalanza. Maíz nixtamalizado seco. Granulado de alimentación

al extrusor. Extruido freído (botana).

Procedimiento:

Preparación de la muestra.

1. Pesar 5 g de muestra (ya sea, grano de maíz nixtamalizado seco, granulado de alimentación o botana).

2. Moler o triturar la muestra (en el caso del grano de maíz, utilizar molino de discos; para la botana utilizar el mortero).

Determinación en Termobalanza.

1. Ajustar el voltaje y los seguros: entrada de voltaje 220/240V; y los seguros (fusibles) 50 mA.

2. Conectar el cable de alimentación.

3. Ajustar los parámetros de trabajo: Temperatura de secado130°C, Tiempo de secado de 0 – 99 min, Rango de Humedad de 0 – 100 %.

4. Abrir la cubierta y colocar el disco protector y el soporte del platillo de aluminio, asegurándose de que estén limpios y secos.

5. Tarar la termobalanza de manera que en la pantalla aparezca una lectura de 0,000 g.6. Colocar la muestra sobre el platillo, distribuyéndola uniformemente.7. Cerrar la cubierta y dar inicio a la operación.8. Tomar la lectura del % de Humedad cuando el valor que aparezca se mantenga contante.9. Finalizar la operación, retirar la muestra asegurándose de dejar limpio y seco el instrumento y

finalmente desconectar el cable de alimentación.

Diámetro de partícula de la harina.

Método: Determinación de diámetro de partícula mediante análisis granulométrico.

Materiales:

Una espátula. Un vaso de

precipitados de 600 ml. Una balanza analítica. Una serie de tamices

Tyler (malla # 45, 50, 60, 70, 80, 100), con tapa y charola.

Un agitador vibratorio de tamices.

Procedimiento:

1. Limpiar los tamices.2. Pesar cada uno de los tamices.3. Colocar en orden descendente, de abajo hacia arriba, la

serie de tamices, de acuerdo al número de malla, 4. Pesar 100 g de la muestra de harina. Vaciar sobre el

primer tamiz de arriba de la columna de tamices.5. Colocar la serie de tamices en el agitador vibratorio.

Ajustar el instrumento para trabajar durante 10 min.6. Quitar la serie de tamices y pesar cada uno con la

muestra de harina que haya retenido. 7. Vaciar la muestra de los tamices y limpiarlos

nuevamente.8. Repetir el procedimiento 2 veces.

Estadístico:

Dpi = Σ(xi/Dpi²)/Σ(Xi/Dpi³) Dpsau = 1/Σ(Xi/Dpi)

Dps = (Σ(xi/Dpi)/Σ(Xi/Dpi³))^½

No. malla

Masa retenida

(g)

Ab. malla que pasa

(µm)

Ab. malla que

retiene (µm)

Xi Dpi (in)Fracción

total retenida

Fracción total que

pasa

45/50 354 297

50/60 297 250

60/70 250 210

70/80 210 177

80/100 177 149

100/Ch 149 -----

Tabulado

Dpi = (Ab. Malla pasa + Ab. Malla retiene)/2 F.T.R. = ΣXi

Xi = Masa retenida / Masa total F.T.P. = 1 – F.T.R.

Grafico

Secado del maíz nixtamalizado.

Método: Secado por horno.

Materiales:

Un horno Un termómetro con

tapón Charolas Una espátula Maíz nixtamalizado Una termobalanza

digital de infrarrojo. Un platillo de aluminio

para termobalanza. Un molino de discos Una balanza analítica

Procedimiento:

1. Colocar el termómetro en el horno.2. Prender el horno y ajustar la temperatura a 45°C.3. Colocar sobre las charolas el maíz nixtamalizado y

distribuirlo uniformemente.4. Colocar las charolas dentro del horno.5. Determinar el % de humedad del maíz cada media hora,

hasta que esta sea del 12 % de humedad.

Nixtamalización del Maíz.

Materiales:

Una olla Un termómetro de

mercurio Un cucharon Ocho Mecheros Fisher Cuatro bases para

mechero Maíz Sinaloa Agua

Sustancias:

Cal (Ca(OH)2)

Procedimiento:

1. Colocar la olla sobre las bases y los mecheros.2. Vaciar dentro de la olla 48L de agua.3. Calentar el agua hasta 90°C.4. Pesar y vaciar dentro de la olla 12 kg de maíz sinaloa.5. Agitar cada 10 min. tres veces.6. Determinar el % de humedad del grano cada 10 min.7. Enfriar y dejar reposar el maíz cuando el % de humedad

alcance el 36 %. El tiempo de reposo es de 7 hrs.8. Drenar el maíz y lavarlo con agua tres veces.9. Poner a secar el maíz hasta que alcance un % de

humedad del 12 %.

Dureza y fracturabilidad de la botana.

Método: Determinación de dureza y fracturabilidad por Texturometro.

Materiales:

Un texturometro Una celda Kramer Extruido después

de freír (botana)

Procedimiento:

La dureza se determinara, obteniendo el valor de fuerza (N), en el pico más alto de la curva.

La fracturabilidad se determinara obteniendo la pendiente desde el punto de inicio hasta el primer pico que arroje la curva.

Fracturabilidad

Dureza

Número de repeticiones densidad porosidad

1

2

3

Total = =

Promedio / 3 = / 3 =

Tabla de datos para densidad y porosidad por desplazamiento de arena |

Tablas para recopilación de datos

ANALISIS GRANOLUMETRICO

Análisis Estadístico Para Pruebas Físicas

“diseño de bloques”

Propuesta de tratamiento de datos y analisis

FORMULACIONES

A B C D

Y11 Y12 Y13 Y14

Y21 Y22 Y23 Y24

Y31 Y32 Y33 Y34

TOTAL

PROMEDIO

T.T.

Tabla De Anova

A B C D0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Series1

Dando como respuesta este tipo de grafico

PRUEBAS DE TEXTURA: ANALISIS DE PERFIL DE TEXTURA PROTOCOLO DE PRUEBA   1. Modo de prueba: CUADRO 1  

ETAPA VELOCIDAD(mm/seg)

DISTANCIA(mm) TIEMPO(seg)

1

2

3

4

5

6

2. Selección del dispositivo: 3. Dimensiones de la muestra: 4. Temperatura de la prueba:•T=20º C 5. Historia previa de la muestra: 6. Numero de veces que se repite la operación: •3 REPETICIONES

MODELO ESTADISTICO (ANALISIS DE PERFIL DE TEXTURA)DISEÑO FACTORIAL Todos los resultados obtenidos serán tratados con un modelo factorial.

FORMULACIONTRATAMIENTO A B C D

LEUDANTE

TIEMPO DE AMASASDO

CONSISTENCIA (ANALISIS DE PERFIL DE TEXTURA) TABLA ANOVA PARA EL MODELO FACTORIAL DE DUREZA Y FRACTURA

Sum of Mean F p-value

Source Squares Df Square Value Prob > F

Model

A

B

AB

Pure Error

Cor Total

Prueba de hipótesis para factor AH0: (Ai= 0) no influye en la durezaH0: (Ai ≠ 0) si influye en la dureza

Se rechaza H0 si ( F calculada) >( Prob > F) Se rechaza Ho: si influye en la dureza

Prueba de hipótesis para factor B H0: (Bi= 0) no influye en la fracturaH0: (Bi ≠ 0) si influye en la fractura

Se rechaza H0 si ( F calculada) >( Prob > F) Se rechaza Ho: si influye en la fractura

Prueba de hipótesis para la interacción entre el factor ABH0: (ABi= 0) No hay interacciónH0: (ABi ≠ 0) Si hay interacción

Se rechaza H0 si ( F calculada) >( Prob > F) Se rechaza Ho: Si hay interacción

Tabla DUNCAN

Std. Dev. 0.014 R-Squared 0.9730

Mean 0.11 Adj R-Squared 0.9617

C.V. % 13.02 Pred R-Squared 0.9392

PRESS 5.273E-03 Adeq Precision 25.517

C.V % El coeficiente de variación es aceptable

actividad fecha

Marzo Abril mayo

18 23 25 06 08 13 15 20 22 27 29 04 06 11 13 18 20

Nixtamalización(12 kg)

x

Secado x X x x x x

Molienda x x x x

Tamizado x x x x

Extrusión x x x x

Freído x x x x

Pruebas texturales del producto

x x x x x

Determinación de densidad, porosidad y grado de expansión

x

Determinación de humedad

x x x x x X x x x x

Seminario X X

Reporte X X X

Reporte semanal x x X X x x x x

Asesoría X

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

BIBLIOGRAFÍA

Brennan, J. G. (1998) “Las operaciones en la ingeniería en alimentos”, 3 ed., Acribia, España.

Foust, A.S. (1998) “Principios de las operaciones unitarias”, 2 ed., Compañía Editorial Continental, México.

Geankoplis, C. J. (1998) “Procesos de transporte y operaciones unitarias”, 3 ed., Compañía Editorial Continental, México.

Tecnología del procesado de los alimentos. Principios y practicas. Peter Fellows. Ed acribia. Zaragoza 1994.

Extrusores en las aplicaciones de alimentos. Main M Rias. Editorial acribia. Zaragoza 2006

Extrusion de los alimentos. Robin Guy. Editorial acribia Zaragoza, España 2006