Hoy día escuchamos con frecuencia noticias alarmantes como: 'siete mil millones de bebés nacidos vivos' o que 'la población mundial podría llegar a 9,2 mil millones para el año 2050' (noticias internacionales, msnbc.com). El hambre es el principal riesgo mundial para la salud y mata a muchas más personas que el SIDA cada año; sin dudas una de cada siete personas en el mundo se acostará esta noche con hambre.
Para superar estos problemas, los agricultores deben producir un 70 por ciento más de alimento si queremos alimentar a toda esta población; pero la crisis más inminente es que la tierra puede quedarse sin alimentos en el 2050 ya que contaremos con 2,4 millones de personas más, por lo que la tierra escaseará … entonces ¿cómo vamos a alimentar al mundo en el 2050?
Al mismo tiempo, también escuchamos en las noticias que el consumo mundial de pescado ha alcanzado un máximo histórico y hemos podido apreciar como la pesca comercial está disminuyendo, mientras que la acuicultura crece rápidamente en todo el mundo.
Pero…¿este suministro será suficiente para alimentar a la población futura? Puede que no, pero la demanda de pescado está creciendo cada día en todo el mundo. Para mantener el consumo mundial en el 2030 se necesitarían 159 millones de toneladas de pescado. Esta demanda está impulsada por el crecimiento de la población y de los ingresos; si la producción acuícola de un país sigue la tendencia actual, la tasa de crecimiento acuícola esperada necesitará un incremento del 4,0 por ciento anual. Para alimentar a una población mundial en crecimiento, la tasa de crecimiento acuícola que se necesita es de un 5,6 por ciento anual.
Uno de los principales desafíos para alcanzar estos objetivos es la implementación de sistemas de producción de alimentos adecuados a gran escala que permitan la producción de alimentos micro- acuáticos. Recientemente los fabricantes de extrusoras desarrollaron nuevas tecnologías que pueden resolver algunos de los temas acuícolas relacionados con los alimentos comerciales y a gran escala, lo cual es fundamental para el crecimiento de la industria. Los componentes fundamentales de los sistemas de extrusión han consistido en los siguientes elementos durante muchos años:
1) Sistema de entrega de alimento
2) Preacondicionamiento
3) Extrusor
4) Ensamblado de cabezales y cuchillas
Aunque los actuales sistemas de extrusión fueron capaces de producir una amplia gama de alimentos acuáticos de alta calidad (tanto de flotación como de hundimiento), era difícil producir pellets de pequeño diámetro de forma rentable y con rendimientos razonables. Las recientes innovaciones en los componentes básicos de hardware permiten producir pellets de menor diámetro con rendimientos de producción mucho más atractivos.
Sistema de entrega de alimento
Las tolvas o contenedores son parte integral de un dispositivo de entrega de alimentos y se utilizan para mantener los ingredientes secos por encima de los alimentadores. El sistema de entrega de alimento debe ser capaz de alimentar de manera uniforme tanto los ingrediente secos y / o líquidos, o una mezcla de ingredientes.
Generalmente, cuando el contenido de grasa de una formulación excede el 12 por ciento la porción de grasa que se encuentra por encima de este nivel se debe introducir en el sistema de extrusión en otra corriente de ingredientes. La porción de alimento seco va directamente al sistema de extrusión a través de un dispositivo de medición especializado, capaz de proporcionar un flujo uniforme a la velocidad de extrusión deseada.
Los ingredientes secos generalmente fluyen libremente y existen una serie de dispositivos de alimentación que pueden variar en costo y complejidad. Sin embargo, los sistemas de control gravimétrico o sistemas de pérdida de peso son necesarios para la medición estable y precisa de los alimentos secos en el proceso de producción de alimentos micro-acuáticos. La materia prima debe estar molida los más finamente posible o pulverizada ya que no posee buenas propiedades de flujo. El sistema de entrega debe ser capaz de manejar estas finas formulaciones y evitar la medición no uniforme del alimento.
Los sistemas automatizados de suministro con control PLC son los establecidos como norma. Tanques de suspensiones y los dispositivos de suministro de líquidos (bombas) se utilizan para realizar la medición uniforme de los ingredientes líquidos. Los tanques son generalmente de doble pared ya que están destinados a calentar o cocinar y están equipados con agitadores. Las bombas dosificadoras de desplazamiento pueden suministrar líquidos de forma constantes al variar la longitud del movimiento o la velocidad de rotación. Las suspensiones o líquidos pueden mezclarse previamente con los ingredientes secos, pero preferiblemente se deben inyectar a los dispositivos de preacondicionamiento o al cilindro del extrusor. El perfil de nutrientes de los alimentos para larvas es crítico, por lo que la medición precisa asegura formulaciones correctas.
Preacondicionamiento
La porciones secas y líquidas del alimento se introducen por separado en un dispositivo de preacondicionamiento donde se mezclan, calientan e hidratan continuamente mediante la inyección de agua caliente y / o vapor. La mezcla intensa de agua y vapor que se le añade al alimento seco, sumado a la capacidad de ampliar el tiempo de retención durante la fase de preacondicionamiento, permiten que el nivel de humedad sea óptimo.
Esta capacidad de mantener una distribución de humedad óptima no sólo permite la cocción adecuada, sino que es un factor significativo en la reducción del desgaste del cilindro y el eje de la extrusora por tonelada de producto procesado. La mayor intensidad de mezclado de los nuevos diseños de preacondicionadores mejora la hidratación y la cocción, lo que ayuda a que la materia prima capture el vapor de agua. Por otro lado el exceso de vapor puede escapar del preacondicionador creando polvo fugitivo, lo cual origina problemas de limpieza en el entorno de la planta.
La mejor cocción que brindan los nuevos precondicionadores genera menores viscosidades en los productos, mejorando así el flujo de extrusión a través de los pequeños orificios de la matriz. Todo ello trae como resultado una producción de pellets más pequeños e uniformes. Las altas intensidades de mezclado de los nuevos preacondicionadores es el resultado de los exclusivos diseños de tamices sacudidores-vibradores, los cuales tienen un mayor contacto por tiempo de retención.
Extrusión
Las extrusoras generalmente se clasifican como monohusillo o de doble husillo (doble tornillo). En ambos diseños las características del producto final se ven influenciadas por el perfil del tornillo y el cilindro, la velocidad del tornillo, las condiciones de procesamiento (temperatura, humedad, etc.), las características de las materias primas, y la selección del dado/cuchilla.
La zona de alimentación de la extrusora es el área donde las partículas de materia prima de baja densidad son transportadas hacia la entrada del cilindro del extrusor. Este material de baja densidad, a menudo preacondicionado, es posteriormente transportado al interior de la cámara de de extrusión. El canal de flujo del tornillo normalmente no se llena en esta zona debido a que una gran cantidad de aire queda atrapado debido al material que ingresa; este material se comprime ligeramente en esta zona con el aire que está siendo expulsado.
El agua, que es un excelente plastificante, se inyecta comúnmente al cilindro de la extrusora que se encuentra en la zona de alimentación para facilitar el desarrollo de la textura, la viscosidad, y para mejorar la transferencia de calor conductivo. La zona de amasado de la extrusora continúa la compresión que se inició en la zona de alimentación, permitiendo que los canales de flujo del tornillo posean un mayor grado de llenado.
A medida que aumenta el grado de llenado del tornillo, se comienza a generar una presión en el barril de la extrusora que incrementa las fugas de flujo (que aparecen en el exterior del tornillo en dirección a la entrada de la extrusora). El mecanismo de cizallamiento no juega un papel dominante hasta que el canal de flujo del tornillo esté lleno. Esta condición comienza en la zona de amasado.
El canal de flujo se llena primero con el material granulado suelto, el cual se comprime y cizalla a medida que pasa a través de la zona de amasado. Es en la zona de amasado donde las partículas de material comienzan a aglomerarse ya que aumenta su temperatura debido a la inyección directa de vapor y la disipación de energía viscosa. Aquí las partículas comienzan a formar un flujo de masa más integral.
Al final de la descarga de la zona de amasado el material extruido normalmente alcanza su máxima compactación. El cizallado en esta zona del cilindro de la extrusora es moderado y la temperatura del material extruido comienza a aumentar. La zona de cocción final es el área donde ocurre el amorfamiento y la texturización ; en eta área la temperatura y la presión aumentan rápidamente, a medida que la frecuencia de cizallamiento es más alta, debido a la configuración del tornillo y la máxima compresión de la mezcla extruida. La presión, la temperatura y la viscosidad de fluido resultante son tales que la mezcla extruida sale expulsada por el cabezal del extrusor formando la textura, densidad, color y propiedades funcionales deseadas del producto final.
Los sistemas de doble husillo (o doble tornillo) son mejores para la extrusión de alimentos acuáticos de un diámetro menor a 2 mm, debido a sus características de transporte positivo y auto-limpieza que evitan la acumulación del producto en el cilindro que podrían tapar los pequeños orificios del cabezal. El C²TX es un sistema de co-rotación que incluye un tornillo cónico el cual elimina el aire del material extruido y permite una creación más sencilla de canales de alta densidad, con buenas características de hundimiento y sin la necesidad de utilizar cilindros ventilados, dispositivos de control de densidad, o una doble extrusión. Mediante la adición de un BPV (válvula de contrapresión) después de la extrusora, se ejerce la restricción necesaria para expandir el producto si se desean producir pellets flotantes.
Ensamblaje de cabezales
El cabezal (o matriz) es la parte más crítica de todo el sistema ya que determina la forma y el tamaño del producto, además determina los rendimientos y las propiedades de flotabilidad de los alimentos acuáticos. A medida que el diámetro del pellet es más pequeño se crea una mayor restricción y se reduce el rendimiento drásticamente.
El OTD (Cabezal de Tubo Oblicuo) es un diseño de ensamblaje de cabezal que permite el incremento del rendimiento al aumentar el área abierta del cabezal. Este cabezal realmente aumenta las áreas abiertas (el número de orificios) y mantiene los altos rendimientos, incluso para los productos de pequeño diámetro, gracias a su mayor tamaño y cantidad de orificios. Los tubos generan más tiempo de retención con el objetivo de mejorar la cocción. La presión que se ejerce en los tubos permite la producción de productos más densos, por lo que los alimentos micro-acuáticos podrían contar con una cocción completa a través de ellos conservando las altas densidades que requieren los alimentos de hundimiento. El proceso es corto con altas temperaturas, lo cual minimiza la destrucción de nutrientes. Los productos flotantes se pueden confeccionar fácilmente disminuyendo el área abierta del cabezal.
Directrices del proceso
Las directrices que se necesitan para los cabezales con orificios inferiores a 1.2 mm de diámetro son:
1) Recetas que contengan los niveles adecuados de almidón para la mezcla (al menos el 25% de almidón para alimentos flotantes).
2) El tamaño máximo de las partículas de cada receta deben ser un tercio menor que los agujeros del cabezal.
3) Se recomienda una hoja de cuchilla con resorte.
4) Todas las entradas de flujo de masa deben estar libres de aquel material que sea lo suficientemente grande como para bloquear parcial o totalmente las aberturas del cabezal, y esto incluye al agua, el vapor de agua, la grasa y otros líquidos. Las líneas de agua y vapor de agua que van al sistema extrusor necesitan estar equipadas con filtros de pantalla que cuenten con mallas de abertura 30 (0,6 mm). La línea de grasa (y fuente de grasa) también tiene que ser filtrada para eliminar los residuos mayores a 30 (0,6 mm). Todos los coladores o filtros deben ser fáciles de limpiar o tendrán que ser eliminados 'en medio del proceso de producción' ya que provocarían tupiciones. Es necesario disponer de un filtro dual para las líneas de grasa; con este tipo de filtros si uno se tapa se pueden cerrar las válvulas del filtro principal para realizar la limpieza y abrir las válvulas del secundario para continuar la operación.
5) El alimento seco debe pasar a través de un tamiz vibratorio después de haber pasado por el molino y antes de llegar al contenedor de la extrusora. Este tamiz debe ser ajustado a un tamaño puntual, con el objetivo de eliminar las partículas del mismo tamaño o incluso mayores a las aberturas del dado o cabezal. Las dietas con altos contenidos de harina de pescado se conectan fácilmente a matrices con pantallas vibradoras; normalmente en la industria se utilizan tamices rotativos para evitar este cuello de botella.
6) Es muy necesario el uso de transporte neumático desde el cabezal de la extrusora hasta la entrada del secador por varias razones:
a) Para la contención de los productos alrededor del área del cabezal/cuchilla. Los pequeños diámetros del alimento provocan algunos derrames en esta área y puede causar problemas de saneamiento.
b) Para la separación del producto. Los alimentos flotantes tienden a pegarse cuando las cintas de los transportadores HVH están mojadas. En estos casos los transportes neumáticos mejoran la separación.
c) Para la separación de las "colas" de los pellets. Los sistemas neumáticos 'depuran ' el producto y elimina las colas para su posterior separación durante el tamizado
7) Los secadores de fluido son recomendados para los productos menores a 1.2mm de diámetro de 1,2 mm, aunque los secadores horizontales con pantallas de poliéster puede trabajar con algunos productos.
8) El producto final se tamiza después del secado y antes del recubrimiento. Esta operación de tamizado es crítica debido a tres razones:
a) Para eliminar los 'sobrantes' (colas grandes y 'dobles') y reciclarlos
b) Para eliminar los productos más 'finos' y triturarlos. Esto evita un desastre durante la etapa de recubrimiento ya que si los pellets más finos también se recubren pueden provocar acumulaciones.
c) Para separar los pellets buenos en varios diámetros, en dependencia del tamaño que necesite el cliente. Las expectativas de la industria están centradas en las especificaciones y tamaños de los pellets, lo cual puede ser controlado fácilmente a través del tamizado del producto, produciendo diferentes tamaños al mismo tiempo y estableciendo normas para la industria. El producto de tamaño primario se puede enviar a través del sistema, para su recubrimiento y traslado a los contenedores; por su parte los productos de tamaño secundario, pueden ser modificados o almacenados en bolsas para su posterior recubrimiento y embalaje final.
9) Procedimientos de producción. Este producto de pequeño diámetro pequeño requiere de una línea dedicada con procedimientos estrictos de puesta en marcha y desconexión para evitar la congestión del cabezal y permitir la aplicación de las técnicas de limpieza. Las áreas de extrusión y recubrimiento deben ser consideradas como "zonas húmedas" para la limpieza. El recubridor se debe limpiar cada vez que se concluya la producción de un tamaño de pellet determinado, para evitar la contaminación cruzada.
Siguiendo estas pautas y utilizando las nuevas e innovadoras extrusoras se podrá lograr una producción de alimentos flotantes micro-acuáticos a gran escala. Este alimento será el puntapié inicial para lograr el cultivo de peces a escala comercial y satisfacer la demanda de peces en el mundo.
Fuente: International Aquafeed LATAM
Autor: Mian N. Riaz, Ph.D, Director del Programa de Tecnología de Extrusión del Centro de Investigación y Desarrollo de Proteínas para la alimentación, Universidad A&M – Texas, EE.UU
