Autores: Christian Mavares, Oswaldo Chavarri, Luilfer Rada y Lobsang Gil / Centro de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial (CIMECDI) – FIIDT.
La harina de maíz pre-cocida (HMPC) es de alta importancia para la población venezolana, siendo uno de los alimentos más consumidos especialmente en los grupos de bajos ingresos. Asegurar el abastecimiento de este alimento es prioritario para el bienestar del venezolano, esto implica que su producción debe formar parte de una red flexible capaz de responder ante situaciones adversas sin causar grandes ausencias del producto, por lo que no sólo deben participar plantas de gran capacidad, también deben existir las de producción mediana y comunal.
La obtención de la HMPC se basa en el proceso de gelatinización, por el cual se logra la transformación necesaria en el maíz para que el producto final absorba agua y pueda ser moldeado. La producción a gran escala (Fig. 1) consiste, de manera simplificada, en la extracción del endospermo del grano de maíz; exponerlo a vapor a una temperatura, presión y tiempo determinados; pasar el producto por rodillos laminadores para formar hojuelas; secar las hojuelas; enfriarlas; molerlas; clasificar la harina; fortificarla y empaquetarla. Aunque todos los procesos contribuyen, la exposición al vapor y laminación, que son los directamente relacionados con la gelatinización, tienen una importante influencia en el sabor y textura del producto.
Cuando se considera el escalamiento del proceso industrial tradicional a baja escala, generalmente se adopta el concepto de conservar la mayoría de la maquinaria y hacerla más pequeña. En el mercado nacional existen muchos ejemplos de plantas en dicha escala con los mismos procesos, aunque en algunos casos con esquemas de molienda y clasificación más simplificados.
Estas plantas también conservan el proceso de columna de vapor o marmitas de cocción y laminación, esta tecnología, para esta escala requiere de equipos auxiliares (generador de vapor), consume y desperdicia considerable energía por su gran relación superficie/volumen (columna de vapor), ocupa un espacio considerable (columna de vapor), obliga a lidiar con efluentes utilizando grandes cantidades de agua (marmitas) teniendo altos costos de mantenimiento (laminador).
Una alternativa que ha sido probada para la elaboración de este producto y que ofrece ventajas para la producción a baja escala es la de extrusión.
«La extrusión de alimentos es un proceso en el que un material alimenticio se ve obligado a fluir, en una o más de una variedad de condiciones de mezcla, calentamiento y cizalla, a través de un troquel que está diseñado para formar y / o secar los ingredientes « Rossen y Miller, 1973
Durante la extrusión el endospermo del maíz experimenta un proceso de alta temperatura y corto tiempo (aprox. 200 segundos), la materia prima que es previamente hidratada es gelatinizada por la acción conjunta del calor por disipación viscosa y/o de calentadores de la chaqueta del equipo, expuesta a altas presiones y sometidas a importantes esfuerzos cortantes por la acción del tornillo de extrusión.
Esta serie de procesos realizados en un solo equipo simula los ejecutados en la columna de vapor y laminador. La capacidad para elaborar HMPC utilizando una extrusora correctamente calibrada fue evaluada y confirmada por Smith (1979) y de Buckle et al. (1979). La conclusión de estos estudios es que la extrusora adecuada, con las condiciones iniciales y de operación correctas puede lograr productos similares a los del método convencional, obteniendo diferencias menores en varias propiedades que las encontradas entre distintas marcas de HMPC en el mercado (Smith, 1979).
Una comparación del amilograma junto con el índice de dextrosa (DI) (indicadores para evaluar el comportamiento de la masa y el grado de modificación de los almidones) del producto convencional con el obtenido por tres extrusoras distintas se muestra en la Figura 2. Las extrusoras correspondientes con las curvas 2 y 3 lograron comportamientos y DI bastantes similares a los convencionales (curva 1), mientras que los de la extrusora de la curva 4 tuvo un comportamiento y DI muy distintos.
Aunque las extrusoras son asociadas con altos costos de capital y uso de varios equipos auxiliares como pre-acondicionadores, calentadores, enfriadores, cortadores, entre otros; esto no siempre es el caso. Existen varios tipos de extrusoras y algunas son de geometría simple, un solo tornillo con un solo paso, capaces de operar con el calor generado por disipación de la energía mecánica provista por el motor y administrar agua a su interior para hidratar el producto sin requerir un pre-acondicionador. Estas son extrusoras de bajo costo que fueron originalmente desarrolladas en la década de los 60 en Estados Unidos para hacer la cocción seca de la soya. Una de estas extrusoras, la correspondiente con la curva 3 en la Figura 2, fue probada para la elaboración de HMPC en de Buckle et al. (1979), operando con éxito sin modificaciones y, según la autora, con pocas modificaciones puede lograr el producto similar al convencional.
El uso de estas extrusoras de bajo costo ofrece considerables ventajas para los productores de baja escala: el proceso es continuo y de corta duración, son equipos compactos con poca superficie expuesta, no requieren de lidiar con efluentes, ocupan comparativamente un menor espacio, no requieren de equipos auxiliares extras, es un equipo flexible que permite elaboración de distintos productos, su mantenimiento y piezas de repuesto son pequeñas y pueden ser fabricadas con técnicas no especializadas. En cuanto a costos, esta tecnología ofrece importantes reducciones en costos de capital y entre 5-6 veces menor costo de operación en comparación con métodos de cocción convencionales (marmita) para le elaboración de harinas pre-cocidas en la baja escala (Harper, 1979).
Debido a las importantes ventajas potenciales del uso de estas tecnologías para la baja escala de producción, la Fundación Instituto de Ingeniería para Investigación y Desarrollo Tecnológico (FIIIDT), en marco de su compromiso para el desarrollo y prueba de maquinaria apropiada al procesamiento a pequeña escala de materias primas en la cadena de alimento, inició la investigación sobre estos equipos. Como primera parte de este proyecto se han diseñado dos prototipos con una capacidad productiva nominal de 100kg/h, una extrusora de un tornillo y una de doble tornillo y serán presentados en próximas entregas de esta serie.
Bibliografía
- SMITH, O., BUCKLE, T., SANDOVAL, A., GONZÁLEZ, G. (1979). Production of precooked corn flours for arepa making using an extrusion cooker. Journal of Food Science 44 (3), 816-819.
- BUCKLE, T. (1979). Corn arepa and the suitable of two precooking methods. En G. Inglett y G. Charalambous (Ed.), Tropical Foods: Chemistry and Nutrition – Volume 2 (pp. 642-657), Nueva York, EEUU: Academic Press.
- BUCKLE, T., ZAPATA, L., CHAVES, H., RIVEROS, H., PARDO, C., CABRERA, J. y GONZÁLEZ, E. (1979). Production of pre-cooked corn flours in small-scale extruders. En D. Wilson y R. Tribelhorn (Ed.) Low Cost Extrusion Cookers – Second International Workshop Proceedings (pp. 37-42), Fort Collins, Colorado, EEUU: DACE CSU.
- HARPER, J. (1979). LEC (Low cost extrusion cooker) Technology: Where does it fit?. En D. Wilson y R. Tribelhorn (Ed.) Low Cost Extrusion Cookers – Second International Workshop Proceedings (pp. 15-27), Fort Collins, Colorado, EEUU: DACE CSU.
- ROSSEN y MILLER, 1973, https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-010-9778-9_17
- GONZÁLEZ, F. (2016). Proceso de fabricación de la harina precocida de maíz. Recuperado de: https://www.academia.edu/35808891/PROCESO_DE_FABRICACION_DE_LA_HARINA_PRECOCIDA_DE_MAIZ
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