Extrusión de alimentos

Laextrusiónen elprocesado de los alimentosconsiste en forzar ingredientes mezclados blandos a través de una abertura en una placa perforada otroqueldiseñado para producir la forma requerida. Luego, la comida extruida se corta a un tamaño específico mediante cuchillas. La máquina que fuerza la mezcla a través del troquel se la conoce comoextrusora, y la mezcla se conoce comoextruido. La extrusora suele ser un gran tornillo giratorio que encaja firmemente dentro de un cilindro estacionario, en cuyo extremo se encuentra la matriz.
La extrusión permite laproducción en cadenade alimentos a través de un sistema continuo y eficiente que garantiza la uniformidad del producto final. Estos incluyen algunaspastas,panes(picatostes,grisinesypanes planos), muchoscereales para desayunoy refrigerios listos paracomer,dulces, masa para galletas prefabricada, algunos alimentos para bebés,soya entera,proteína vegetal texturizada, algunasbebidasy alimentos secos y semihúmedos para mascotas. Los productos alimenticios fabricados mediante extrusión suelen tener un alto contenido de almidón.
En el proceso de extrusión, las materias primas se muelen primero hasta obtener el tamaño de partícula correcto, normalmente la consistencia de harina gruesa. La mezcla seca se pasa por un preacondicionador, en el que se añaden otros ingredientes según el producto de destino; estos pueden serazúcarlíquido,grasas,colorantes,carneso agua. Se inyectavaporpara iniciar el proceso de cocción y luego la mezcla preacondicionada (extruido) se pasa a través de una extrusora. La extrusora es un gran tornillo giratorio que encaja firmemente dentro de un cilindro estacionario, en cuyo extremo se encuentra la matriz.​ El tornillo giratorio del extrusor fuerza el extruido hacia y a través del troquel. El extruido permanece en la extrusora durante el tiempo de residencia.
Muchos productos extruidos se hinchan y cambian de textura a medida que se extruyen debido a la reducción de fuerzas y la liberación de humedad y calor.​ La medida en que lo hace se conoce como ratio de expansión. El extruido se corta a la longitud deseada mediante cuchillas en la salida del extrusor, que giran alrededor de las aberturas de la matriz a una velocidad específica. Luego, el producto se enfría y se seca, volviéndose rígido pero manteniendo la porosidad.
La cocción se realiza dentro de la extrusora, donde el producto produce su propia fricción y calor debido a lapresióngenerada (10-20 bar). El proceso puede inducir tanto ladesnaturalización de proteínascomo la gelatinización del almidón en algunas condiciones.
Muchos procesos de extrusión de alimentos implican una temperatura alta durante un período breve.​ Los factores importantes del proceso de extrusión son la composición del extruido, la longitud del tornillo y la velocidad de rotación, la temperatura y humedad del cilindro, la forma del troquel y la velocidad de rotación de las cuchillas. Estos se controlan en función del producto deseado para garantizar la uniformidad del resultado.
La humedad es el más importante de estos factores y afecta laviscosidadde la mezcla, actuando para plastificar el extruido. El aumento de la humedad disminuirá la viscosidad, el torque y la temperatura del producto, y aumentará la densidad aparente. Esto también reducirá la presión en el troquel. La mayoría de los procesos de extrusión para el procesamiento de alimentos se llevan a cabo con una humedad baja a intermedia (nivel de humedad inferior al 40%). La extrusión con alto contenido de humedad se conoce comoextrusión húmeda, pero no se usaba mucho antes de la introducción de las extrusoras de doble tornillo (TSE), que tienen una capacidad de transporte más eficiente. El factorreológicomás importante en la extrusión húmeda de extruído con alto contenido de almidón es la temperatura.​
La cantidad de sal en el extruido puede determinar el color y la textura de algunos productos extruidos. La relación de expansión y la ligereza del producto dependen de laconcentraciónde sal en el extruido, posiblemente como resultado de una reacción química entre la sal y los almidones en el extruido. Los cambios de color como resultado de la concentración de sal pueden ser causados por «la capacidad de la sal para cambiar la actividad del agua del extruido y así cambiar la velocidad de las reacciones de pardeamiento». La sal también se utiliza para distribuir ingredientes menores, como colorantes y saboresalimentarios, después de la extrusión; estos se distribuyen más uniformemente sobre la superficie del producto después de mezclarlos con sal.​
La primera extrusora fue diseñada para fabricarsalchichasen la década de 1870.​ La pasta seca y loscereales para desayunose han producido por extrusión desde la década de 1930,​ y el método se ha aplicado a la producción de alimentos para mascotas desde la década de 1950 (la primera comida extruida para perros fue laPurinaDog Chow en 1957, y la primera comida extruida para gatos fue Purina Friskies en 1962).​ Algunoselectrodomésticos de cocina, como laspicadoras de carney algunos tipos de máquinas para hacer pasta, utilizan extrusión. Lasmangas pasteleras, exprimidas a mano, funcionan por extrusión.
La extrusión permite la producción en masa de alimentos a través de un sistema continuo y eficiente que garantiza la uniformidad del producto final. Esto se logra controlando varios aspectos del proceso de extrusión. También ha permitido la producción de nuevos productos alimenticios procesados y «revolucionó muchos procesos de fabricación de snacks convencionales».​ El proceso de extrusión da como resultado «reacciones químicas que ocurren dentro del cilindro de la extrusora y en la matriz».​ La extrusión tiene los siguientes efectos:​​​
El material del que está hecho un troquel de extrusión puede afectar el producto final. Los troqueles debroncerugoso de las extrusoras de pasta producen una superficie más rugosa que los troqueles lisos deacero inoxidable, lo que se considera que hace que las salsas para pasta más líquidas se adhieran mejor;​ la pasta hecha de esta manera es etiquetada como «pasta de bronce», indicando un producto prémium.​
Los efectos de la cocción por extrusión sobre la calidad nutricional son ambiguos,​ ya que la extrusión puede cambiar los carbohidratos, la fibra dietética, el perfil de proteínas y aminoácidos, las vitaminas y el contenido mineral del extruido tanto beneficiosa como perjudicialmente.​
La extrusión a alta temperatura y de corta duración «minimiza las pérdidas de vitaminas y aminoácidos».​ La extrusión permite la producción en masa de algunos alimentos y «desnaturalizará los factores antinutricionales»,​ como la destrucción detoxinaso la muerte demicroorganismos. También puede mejorar la calidad y digestibilidad de las proteínas​ y afecta la forma, textura, color y sabor del producto.​
También puede provocar la fragmentación de proteínas,almidonesypolisacáridos sin almidóncreando moléculas reactivas que pueden formar nuevos enlaces que no se encuentran de forma natural,​ esto incluye lasreacciones de Maillardque reducen el valor nutricional de las proteínas.​ Las vitaminas contermolabilidadpueden destruirse.​ Se sabe poco sobre la estabilidad o biodisponibilidad de losfitoquímicosinvolucrados en la extrusión.​ Se ha descubierto que la calidad nutricional mejora en condiciones moderadas (corta duración, alta humedad, baja temperatura), mientras que con una temperatura alta (al menos 200 °C), baja humedad (menos del 15%) o componentes inadecuados en la mezcla, se produce un efecto negativo sobre la calidad nutricional del extruido.​
Un trabajo de investigación de 2012 indica que el uso de harinas de cereales no tradicionales, como elamaranto, eltrigo sarracenoo elmijo, pueden ser utilizadas para reducir elíndice glucémicode los cereales para desayuno producidos por extrusión.​ El extruido que utiliza estas harinas de cereales presenta una mayor densidad aparente y de producto, tiene una relación de expansión similar y tiene «una reducción significativa de carbohidratos de fácil digestión y de carbohidratos de digestión lenta».​ Un artículo de 2008 afirma que reemplazar del 5% al 15% de laharina de trigoy la harina blanca confibra dietéticaen la mezcla extruida de cereales para desayuno reduce significativamente la tasa y el grado dehidrólisisde carbohidratos de los productos extruidos,​ lo que aumenta el nivel de carbohidratos de digestión lenta y reduce el nivel de carbohidratos de digestión rápida.​
La extrusión ha permitido la producción de nuevos productos alimenticios procesados y revolucionó muchos procesos de fabricación de snacks convencionales.​
Los distintos tipos de productos alimenticios fabricados por extrusión suelen tener un alto contenido de almidón.​ Los tiposdirectamente expandidosincluyencereales para desayunoy rizos de maíz, y se elaboran en condiciones de alta temperatura y baja humedad bajo alto cizallamiento. Los productosno expandidosincluyen lapasta, que se produce con humedad intermedia (alrededor del 40%) y baja temperatura. Los productostexturizadosincluyenanálogos de la carne, que se elaboran utilizando proteínas vegetales («proteína vegetal texturizada») y un troquel largo para «impartir una estructura fibrosa similar a la carne al extruido»,​ ypasta de pescado.​ Los productos de confitería elaborados mediante extrusión incluyenchicle,regalizycaramelo.​
Algunosquesos procesadosyanálogos del quesotambién se elaboran mediante extrusión. Los quesos procesados extruidos con baja humedad y temperatura «podrían tener una fabricación más adecuada» que aquellos con alta humedad o temperatura. Los quesos con menor humedad son más firmes y masticables, y elqueso cheddarextruido con baja humedad y una temperatura de extrusión de 80 °C fue preferido ante otros quesos cheddar producidos en diferentes condiciones de extrusión, según un estudio.​ Un tiempo de residencia medio del extruido de aproximadamente 100 segundos puede producir «quesos procesados o análogos de queso de textura variable (untables o rebanables)».​
Otros productos alimenticios que a menudo se producen mediante extrusión incluyen algunospanes(picatostes,grisinesypanes planos), diversosbocadilloslistos para comer, masa para galletas prefabricada, algunos alimentos para bebés, algunasbebidasy alimentos para mascotas secos y semihúmedos. Ejemplos específicos incluyen bocados de queso,macarrones, Fig Newtons,gominolas, sevai y algunaspapas fritas. La extrusión también se utiliza paramodificar el almidóny granular elalimento para animales.​