Quinto Simposio Internacional de Innovación y … · vitaminas/minerales se realiza por lo ......

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Producción de Cereales de Desayuno Mediante Procesos Tradicionales y de Extrusión

Termoplástica

Director y Profesor InvestigadorDepartamento de Biotecnología e Ingeniería de Alimentos

ITESM-Campus Monterrey

Dr. Sergio O. Serna Saldivar

Quinto Simposio Internacional deInnovación y Desarrollo de Alimentos

Montevideo, Uruguay


ObjetivosDescribir los procesos tradicionalesde producción de cereales para eldesayuno y botanas.Describir procesos de extrusióntermoplástica para el desarrollo denuevos productos.Discutir las nuevas tendencias en eldesarrollo de nuevos productos ytecnologías innovativas.


Cereales para el Desayuno

Alimentos convenientes generalmenteconsumidos en la mañana. La mayoría son RTE.Generalmente son consumidos con leche.Considerados como una fuente importante denutrientes (calorias, proteína, micronutrientes).La mayoría son enriquecidos /fortificados.Son saborizados con azúcar y/o edulcorantes.Bajos en aceite.


Introducción

La producción mundial de cereales RTE alcanzólos 3 millones de toneladas con un valor de masde US$ 16 mil millones.

– En los EUA, el mercado annual excede 6,800 millones de dolares(Le Corre 2006).

Los Irlandeses, Ingleses, Australianos y NorteAmericanos son los mayores consumidores percapita (4 a 6 kg/año).Dentro de Latinoamérica, se destaca México, queparticipa con el 5% de la producción mundial.

http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.nestle.com.co/images/product/fdesay.jpg&imgrefurl=http://www.nestle.com.co/cerea.htm&h=197&w=500&sz=36&tbnid=mD-rnNLgaNAJ:&tbnh=50&tbnw=126&start=40&prev=/images%3Fq%3D%2Bcereales%2Bde%2Bdesayuno%26start%3D20%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DN

http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.4woman.gov/faq/Pix/fa-cereal.gif&imgrefurl=http://www.4woman.gov/faq/Spanish/folic.htm&h=128&w=128&sz=6&tbnid=9ArfSn4r6i0J:&tbnh=85&tbnw=85&start=31&prev=/images%3Fq%3Dcereal%2Barroz%26start%3D20%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DN


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


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 comoinsoluble.

– Productos elaborados con granos enteros (nutracéuticos)Productos fortificados.Cereales para desayuno con frutas deshidratadas.Libres de aditivos no GRAS.Mayor producción de cereales utilizando extrusióntermoplástica.


FibraVentajas : nutrimental, nutracéutica ymercadotecnia.Desventajas: procesamiento y calidad de producto.Fibra insoluble es un compuesto inerte-nofuncional.Fibra soluble generalmente causa adhesividad yproblemas de maquinabilidad.Alta en pigmentos de naturaleza fenólica causandoproblemas en color y sabor de los productos.Barrera física en contra de fenómenos degelatinización, gelación, retrogradación, expansióny de interacción de las proteínas del gluten.


Proceso General SimplificadoMezcla de Ingredientes Agua

Cocción

Formado/Moldeado

Horneado

Saborizado

Materias Primas

Producto Terminado


Producción de Hojuelas


Cereales para el Desayuno Laminados (Hojuelas)

Cereales con mayor volumen de ventas en elmundo.Producidos por dos procesos: tradicional yextrusión termoplástica.El proceso tradicional es aplicado en grits de maíz,arroz blanco pulido y trigo. Productos poseenmejor sabor.La extrusión termoplástica es cada día másutilizada. 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 dehojuelas.


Proceso TradicionalSe inició a principios del siglo XX (Kellogs).Las hojuelas de maíz es el cereal de mayor volumen deventas en el mundo.Ingredientes: Grits refinados (#6), azúcar/ edulcorante,malta no diastásica/extracto de malta y sal.Operaciones unitarias: molino de maíz (condicionado-desgerminación), cocedor de presión, desagregador,secador, laminador, horno helicoidal, tamboresrecubridores y equipo de envasado.


mezclado

secado

horneado

desagregado

equilibrado

cocción

laminadoenriquecido y

saborizadoenvasado

enfriado

grits 100kg

aditivos 10kgagua 27kg

15-18psi/2hr

121°C18-20%hum

17 kg. agua

6-12hr.

43-46 °C

274-329°C/ 90s

16.32kg agua103.68kg cereal

2% hum.


FormulaciónIngrediente CantidadGrits de Maíz Refinados 100 Azúcar 6Jarabe de Malta 2Sal 2Agua 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.


Cocimiento de Hojuelas de Maíz.

Única parte del proceso que se realizaen lotes. Para alimentar continuamentea la planta se requieren cocedores enbatería.Ollas rotativas de presión.Condiciones de cocimiento: aplicaciónde vapor, presión de 5-18 psi portiempos de 1-2 hr.Objetivo: gelatinizar el almidón parapoder laminar y propiciar desarrollo delsabor.


Cocimiento de Hojuelas de Maíz.

Capacidad de 540 a 900 kg.Se llena de 1/2 a 2/3 de su capacidaddebido a aumento de volumen.Se inyecta vapor a presión.Almidón gelatinizado, de un doradoligero y suave, apariencia traslucida.Descarga a una banda continua quealimenta a la planta.


Desagregado

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


SecadoSe utilizan bandas a contracorriente.Secadores turbo, el aire pasa através de la cama con elproducto.Humedad controlada @ 65°CSecadores rotatorios no secontrola el tiempo deresidencia, no hay humedaduniforme.


Equilibrado

Considerado como el cuello de botella delproceso tradicional.Mejora la distribución de la humedad enel grit o pellet cocido.Esencial para desarrollar un buenlaminado.Tiempo = 6 -12 hrs.


Rodillos LaminadoresDos rodillos de acero inoxidable quecontrarotan. Equipados con uncuchillo en parte inferior.

– Aprox. 50 cm de diámetro– Velocidad ajustable de 100-300 rpm.– Enfriados con agua para disipar calor producido

por la fricción.

Motor de 40-100 hp.Presión entre rodillos: controladamecánicamente o hidraúlicamente.


HorneadoHornos rotatorios de cama fluidizadacon quemadores de gas.Transferencia por convección (232-

315°C/0.5-3min).Las hojuelas son difíciles de tostar enposiciones planas.Hojuelas suspendidas en aire caliente.Capacidad 250-350 kg/hr.Deshidrata la hojuela, desarrolla sabor,textura crujiente y color dorado. Afectavida textural una vez que se agregaleche.


HornosHornos Cilíndricos Rotativos: Usado parahojuelas y arroz inflado consistente de uncilindro perforado rotativo (13-17 rpm)donde las partículas están la mayoría deltiempo suspendidas en el aire. Operados congas a temperaturas de hasta 310°C. Tiempode residencia < 3 min. Convección.Horno de Banda: Usado para productostrenzados y granolas. Conducción.


EnriquecimientoLos cereales para desayuno deben serenriquecidos ya que son consideradosalimentos típicos o de alto consumo.Regresar a nutrientes selectos perdidosdurante procesamiento (molienda,tratamientos térmicos). Mandatorio.Nutrientes: hierro, zinc, tiamina,riboflavina, ácido fólico y niacina.


Enriquecimiento Cont.-Hierro: Sulfato ferroso o hierro elementalreducido. Nivel especificado 28 - 54 mg/kg.Tiamina: Susceptible al calor. Nivel especificado4.4-8.8 mg/kg.Riboflavina: Termoestable pero susceptible a laluz solar. Nivel especificado 2.6-5.3 mg/kg.Niacina: Estable en todas las condiciones. Nivelespecificado 28-57.2 mg/kg.


Aplicación de SaborizantesGeneralmente se utiliza un equipórecubridor consistente de un tamborhueco inclinado que rota y en su interiortiene un sistema de aspersión.Existen aparatos dispensadores desaborizantes en forma sólida con unsistema de recuperación del material queno se adhiere al producto.La aplicación del saborizante/vitaminas/minerales se realiza por logeneral inmediatamente después delhorneado para evaporar agua y propiciarque se adhiera mejor.


Frutas (Orejones) en los Cereales para Desayuno

Incrementándose su utilización en cerealespara el desayuno.Deben ser estables y con un Aw bajo.Recubiertas con película comestible paraevitar perdida de textura (crujencia) en elcereal para el desayuno.Más problema tecnológico en productoscrujientes de baja humedad (< 2%).


EnvasadoPapel encerado, barrera contra la humedad yolores 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 productoterminado, previene rompimiento y ayuda a ladistribución hasta el punto de venta, impide laentrada de luz.


Envasado de Cereales para el Desayuno.

Material de envasado debe proteger la integridaddel producto y ser una excelente barrera contra lahumedad. Esto es para mantener la crujencia ytextura del producto.Envasado típico: cajas de cartón (fibra) con bolsainterior de papel encerado que últimamente hasido substituido por HDPE o un copolímeroHDPE/EVA (mejor sellado).Para cereales de desayuno propensos a oxidaciónde lípidos se recomienda PP-LPPE -PVC


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, extrusorformador, secador, laminador, horno helicoidal,tambor recubridor y máquina envasadora.


TrigoMaíz Arroz

Molienda, clasificación

Grits o Harinas

Extrusión: formación de pellets

Secado parcial

Acondicionado

Laminado

Horneado

Saborizado, enriquecimiento

Enfriado

Envasado

Cocedor

FormadorProducción de Hojuelas

con Extrusión


Producción de Arroz Inflado

Principal uso de arroz en la industria de cerealespara desayuno.La calidad de la materia prima (arroz blancopulido) es fundamental para obtener un buenproducto terminado.Arroz: endospermo normal, baja incidencia defisuras y no parbolizado.Utiliza prácticamente las mismas operacionesunitarias que en el proceso tradicional dehojuelas.


FormulaciónIngrediente CantidadArroz Blanco 100 Azúcar 6Extracto de Malta 2Sal 2Agua Suficiente para incrementar la humedad a 28%


Arroz Inflado

secado horneado

desagregado

equilibrado

cocción

rolado enriquecido y saborizado

envasado

enfriado

Arroz blanco y pulido e ingredientes agua 19kg

15-18psi/2hr

121°C17%hum

13 kg. agua

8hr.

43-46 °C

2do.secado28% hum.

10% hum.

arrozinflado

288-340°C

7.7 kg agua

108 kg cereal


Cereales para el Desayuno de Avena

Incrementándose su popularidad debido a su cantidad ycalidad de fibra.La avena es el cereal que presenta mayores dificultades enprocesamiento y vida de anaquel.

– Tiene aceite en endospermo.– Aceite altamente susceptible a enranciarse.

El proceso de molienda para obtener la sémola y/o harina deavena es crítico.Los cereales para desayuno listos para consumirse basadosen avena generalmente contienen altas cantidades deedulcorante (s) para enmascarar a los sabores indeseables.Las hojuelas de avena se envasas distintamente que el restode los cereales para desayuno.


Hojuelas de AvenaEs 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 deotros cereales.El proceso de molienda para la obtención de sémola es laparte más crítica del proceso (orientado a desactivarenzimas lipolíticas y lipooxigenasas).Productos: hojuelas de avena regular y hojuelasinstantáneas.Requerimientos de envasado: cartón.


Avena Entera100 kg, 14% Moisture

Tratamiento Térmico -(88-93°C)

Rodillos Laminadores (250-450 rpm)

Aspirador de Aire/Separador de Discos

Aplicación Vapor(12-15 min a 99-105°C)

Cascaras-Finos(23-24 kg)

Hojuelas Instantáneas(55-57 kg)

Hojuelas Grandes (61-63 kg)

Finos(6 kg)

EnfriadoDescascarado(Impacto, rotor 1400-2000 rpm)

Avena Cocida91-92 kg, 7-9%

Humedad

Semola o Groats67-69 kg, 9% Humedad

Cortadora Rotativa (2 a 4 piezas uniform es)

Tamizado Tamizado Finos(6 kg)

Rodillos Laminadores (250-450 rpm)


Las hojuelas de Avena altas en aceite insaturadogeneralmente se envasan en cajas de cartón parapermitir que se disipen productos resultantes dela rancidez oxidativa.

Envasado de Avena Laminada


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 yenvasado.Partes críticas del proceso: calidad de materiaprima, acondicionado y condiciones de extrusión(expansión radial).


Productos de Expansión DirectaGrits de Cereales

Acondicionamiento.

Ingredientes4kg almidón

colorantes

Extrusión Termoplástica70-160°C, gradiente de presión

Agua

Secado o Tostado

SaborizadoClasificación

Agua


Cereales Inflados en Cañon de Expansión

Generalmente aplicado a trigo entero, arrozblanco pulido y grits grandes de maíz (Corn Pop).Proceso: acondicionado, expansión, clasificación,secado, saborizado y envasado.Partes críticas del proceso: calidad de materiaprima, acondicionado y condiciones deexpansión en cañón reventador.


Trigo Entero InfladoTrigo

Acondicionado y ReposoAgua con Sal

Cañon de Expansión(150-200 psi)

Trigo InfladoRemoción de pericarpio y

partículas finas Secado/Tostado

SaborizadoEnfriado y EmpacadoTrigo

Inflado


Inflado de Pellets o ComprimidosProceso muy empleado en la industria. Combina laextrusión para producir pellets o productos intermediosque son inflados en un cañon reventador.Los productos inflados en el cañón tienen una altaexpansión (16 X volumen original).El producto más popular de esta tecnología son losCheerios (combinación de avena con grits de maíz ysaborizantes).

– El producto generalmente se saboriza con miel y saborizantes fuertespara enmascarar sabor rancio de la avena.


Productos Inflados - PelletsGrits de Cereales

Mezclado y Acondicionamiento

Ingredientes6kg azúcar

4kg almidón2kg sal

colorantes

Extrusión Termoplastica Cocción

Agua

Secado

ClasificaciónCañón Reventador

Pellet o Producto Intermedio

Extrusión - Formación

Equilibrado

Saborizado


Producción de Cereales para Desayuno Trenzados

Proceso Tradicional. Aplicado por logeneral al grano de trigo.Procesos por Extrusión Termoplástica.Aplicado para obtener una gama deproductos cada día más sofisticados.Procesos de Extrusión:

– Extrusión de masa– Extrusión y formación de trenzas.


Productos Trenzados (Grano Entero)

Categoría introducida recientemente.Mayoría de productos manufacturados de trigo entero.Trigo preferentemente debe poseer pericarpio blanco ytextura suave y almidonosa (Club). Estos trigosimparten un mejor color y sabor.


Producto TrenzadoTrigo

Cocimiento en exceso de agua< 100°C / 30-35 min.

Agua

Trigo Cocido y Drenado(40-50% humedad)

Agua

Acondicionamiento (12-24 hrs.)

Formación de HebrasRodillo Acanalado y Liso

Superposición de Hebras y Corte

Horneado204-315°C/ 1-4 min)

Enfriado y Empacado


CocimientoEs normalmente realizada en una marmita en lotes conexceso de agua ligeramente por debajo de del punto deebullición a presión atmosférica por 30-35 min.Durante la cocción el trigo absorbe 40-45% humedad.Centro geométrico del grano de color grisáceo.Cambios: gelatinización del almidón, desnaturalizacióndel gluten, absorción de agua.

» Grano cocido forma masa capaz delaminarse y cortarse.


Enfriado y AcondicionadoEl agua es drenada y el trigo se pasa a enfriar en bandastransportadoras.Los granos gelatinizados se depositan en una tolva deequilibrio donde residen hasta 24 horas. El objetivo esdistribuir homogéneamente al agua dentro del grano ypropiciar retrogradación del almidón gelatinizado.


Formación de HebrasSe pasa el grano, reposado oequilibrado a través de un par derodillos (6-8 pulg de diámetro por3 pulg. de ancho).Un rodillo liso y otro corrugado(20 corrugaciones).Los rodillos giran con unpequeño diferencial de velocidadque favorece el acanalado.Hebras formadas dentro decanales debido a la presiónexistente entre los rodillos yseparadas por medio de un peinedentado que ajusta dentro de loscanales del rodillo formador.


Superposición de Hebras y Formado

El producto que sale de los rodillos, que es separadopor peines para formar hebras, caen en una bandatransportadora que está en movimiento debajo de losrodillos.Las hebras con aproximadamente 45% de humedadprovenientes de otros rodillos son superpuestas (de 10-20 unidades).En esta operación se pueden colocar hebras dediferentes colores y procedencia para elaborarproductos híbridos y rellenos.Las hebras sobrepuestas son cortadas con cuchillas enpequeños cuadros o rectángulos antes de entrar en elhorno.


HorneadoProceso crítico para obtener un producto conadecuado, sabor, color y textura.Transferencia de calor por medio de conducción.Utilización de hornos de banda.Horneado por 1-4 min @ 204-315°C.Producto sale con 1-4% humedad..Después el producto es saborizado con azúcarpulverizada y tratado con antioxidantes, enfriado yempaquetado.


Productos Trenzados por Extrusión

Utilizado para el cocimiento y formación de hebras yproductos trenzados.Se parte del pellet en lugar del grano entero como materiaprima.Algunos de los granos utilizados son trigo, maíz, arroz yavena.Ventajas: combinación de diferentes harinas o cereales,incorporación de otros ingredientes y tiempo de procesoreducido.Procesos de extrusión

– Extrusión por masa– Extrusión y formación de trenzas.


Agua

Extrusor cocedor

Extrusor formador

Superposición de hebras

Formación y corte de rectángulos

Horneado y Enfriado

Condicionado 26-38% de hum.

Grits y HarinasIngredientes:saborizantesColorantesAlmidones

Masa cocida

Formación de hebras

Producto Trenzado 1- 4% de humedad

ProductosTrenzados


ExtrusiónExtrusor produce una masa cocida que es alimentada a losrodillos formadores de hebras .Las masa es extruida a través de un dado o matriz que formacontinuamente las hebras. Después de la etapa de formaciónde hebras el producto es finalizado siguiendo los mismopasos a los del proceso elaborado a partir de grano entero.


GranolasCereales formulados a partir de granos inflados oexpandidos, enteros o quebrados generalmente saborizadoscon malta y aglomerados con jarabes y solucionesazucaradas.Mezcla o granola en forma de harina gruesa o en barrasprensadas.Formulación:

– Avena laminada mezclada con granos tostados o inflados, nueces, coco, lecheen polvo, malta, frutas secas y condimentos.

Saborizantes diluidos en agua y mezclados con materiaprima


GranolaFermentada

Agua Limitada

Cortador de Masa

Fermentación 30°C/85HR/2 hrs

Moldeado

Horneado

Enfriado

Amasado

Harina TrigoIngredientes:LevaduraAzúcarMalta

SaborizantesSal

Pedazos de Masa

Desgasado

Granola Fermentada1- 4% de humedad

Clasificación

Molienda

Finos Granola

Adición de Pasas y Otros

Envase/Embalaje


Barras de Granola

Avena Laminada

Amasado(formación de masa

espesa) Moldeado en barras

Horneado(150-220° C)

Corte de Barras(3% humedad)

Adición de ingredientes líquidos

Empacado

Ingredientes: Nueces, coco, leche enpolvo, malta, frutas secasy condimentos.


ConlcusionesLa industria procesadora de cereales de desayuno esdominada por empresas multinacionales.La tendencia en terminos de nuevos productos estaorientada en desarrollo de alimentos con alto valornutrimental y nutracéutico.Los nuevos desarrollos por lo general utilizan a laextrusión termoplástica.

Quinto Simposio Internacional de Innovación y … · vitaminas/minerales se realiza por lo ......

Documents

Transcript of Quinto Simposio Internacional de Innovación y … · vitaminas/minerales se realiza por lo ......