10 jan, 2018
por Daniel Geraldes
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A importância do uso da energia mecânica e térmica em Pet food

Por: Priscila M. Ribeiro, Mayara Uana, Ricardo S. Vasconcellos

O controle de qualidade durante o processo de fabricação é importante fator para uma previsão da qualidade de conservação futura da ração produzida, além de influenciar para que as características sejam mantidas depois do produto aberto. Durante a extrusão, para o cozimento do alimento, são empregados dois tipos de energia, térmica e mecânica.

A energia térmica na extrusão obtida através do vapor d’água e a energia mecânica do consumo elétrico (Couto, 2008). O controle das energias dentro do processo de extrusão é importante para a qualidade final do produto, pois, o mesmo estabelece os devidos parâmetros do processo de extrusão, tornando possível manter a qualidade nutricional do alimento.

No Brasil ainda não se tem o habito de controle sobre a transferência de energia, sendo empregada alta quantidade de energia mecânica nos processos, o que torna o processo ineficiente e caro para se ter um produto de qualidade aceitável no mercado. A aferição ou cálculo da EME torna possível controle do processo de fabricação dos produtos (Riaz, 2007).

Nesta edição foram selecionados dois trabalhos sobre o tema para expor a importância do controle da aplicação de energia no processo de extrusão em função dos custos de produção e qualidade dos extrusados.

SÁ, F.C. Energia mecânica, energia térmica e moagem na extrusão de alimentos para cães e gatos. Tese (doutorado), FCAV-UNESP, 2015.

Relação entre energia térmica e mecânica na extrusão de alimentos para cães e gatos

A eficiência do processo de extrusão está diretamente relacionada à energia total transferida para a massa de ração.  Extrusoras de rosca simples usualmente implementam ao redor de 20kWh/ton de energia mecânica específica (EME), mas menos se conhece à respeito da implementação de energia térmica específica (ETE) e das implicações da relação entre ETE:EME no processamento de alimentos para cães e gatos.  O presente estudo avaliou os efeitos da implementação de três relações entre ETE:EME sobre a macroestrutura dos estrusados, gelatinização do amido, perda de nutrientes, digestibilidade dos nutrientes e palatabilidade de alimentos para cães e gatos.  Para cada espécie, o experimento incluiu uma formulação processada de modo a se obter 3 relações ETE:EME, totalizando 3 dietas por espécie.

A digestibilidade dos nutrientes foi estudada com 18 cães ou 18 gatos, pelo método de coleta total de fezes.  A palatabilidade das dietas foi comparada pelo método de duas vasilhas, com no mínimo 30 animais por comparação.

Os dados obtidos foram submetidos a análise de variância e comparados pelo teste de Tukey (P<0,05). Foi possível a produção de rações com diferentes EME (8, 20 e 30 kWh/t) e relações ETE:EME, mas com energia específica total próximas.  Estas apresentaram mesma densidade aparente, gelatinização do amido e teor de amido resistente.  Fornecidas aos animais, tiveram digestibilidade dos nutrientes e da energia semelhantes, resultaram em produção e características das fezes semelhantes e também não alteram a concentração de produtos da fermentação nas fezes.

Houve, no entanto, maior complexação de gordura à medida que se aplicou mais EME nos produtos (P<0,05). Cães e gatos apresentaram menor consumo da ração com 30 kWh/t, em comparação às demais (P<0,05).  Cães preferiram ainda a ração com 20 em detrimento da com 8 kWh/t (P<0,05), enquanto para gatos estas últimas tiveram consumo semelhante.

Após a extrusão houve aumento do teor de alguns aminoácidos e redução média de 55% de seu teor de selênio (P<0.05). Concluiu-se que diferentes relações entre EME e ETE podem ser aplicadas na produção de rações para cães e gatos, havendo suficiente transferência de energia específica total e cozimento do amido, a digestibilidade dos nutrientes e produtos de fermentação nas fezes não se alteram.

Aminoácidos são compostos químicos estáveis ao processos de extrusão, enquanto importante volatilização de selenito de sódio pode ocorrer.  A aplicação de ETE e EME influem marcadamente na palatabilidade dos alimentos para cães e gatos, aspecto que merece maiores estudos. 

MENDES, A.C. Analise do processo de extrusão na indústria de “PET-FOOD” para a aplicação de técnicas de controle avançado. 2003, 338p., Campinas, Dissertação (mestrado), FEA-UNICAMP, Disponível em: <http://www.bibliotecadigital.unicamp.br/document/?code=vtls000289737>. Acesso em: 24 set. 2017.

Analise do processo de extrusão na indústria de “PET-FOOD” para a aplicação de técnicas de controle avançado

O trabalho a seguir apresenta as principais ferramentas necessárias para o controle do processo de extrusão baseado na densidade e umidade do produto extrusado úmido. Para facilitar a compreensão da aplicação do controle avançado, revisam-se alguns conceitos básicos da teoria clássica de controle.

Devido à complexidade deste processo, orientado pela transformação bio-polimérica da matéria-prima farino-lipídico-proteica a certa umidade ao longo da extrusora, são retomados alguns conceitos de estatística, a fim de compor um modelo experimental para as principais variáveis independentes e de processo na extrusão.

Estudou-se a relação estatística significativa entre as variáveis independentes: vazão de farinha, vazão de vapor, vazão de água e rotação de helicóide do extrusor e as variáveis de processo: densidade e umidade do produto extrusado úmido, temperatura de saída e pressão de saída da extrusora. Para o completo entendimento destas relações, são correlacionadas as variações dos teores de umidade, lipídios, proteínas e carboidratos da farinha a ser extrusada.

Ainda como importante parâmetro industrial é realizado o balanço de energia para o processo em questão através da energia mecânica específica (‘SME’) e energia térmica específica (‘STE’). Devido à aplicação industrial deste trabalho, o controle da densidade e umidade do produto extrusado úmido é na verdade baseado no controle da relação empírica entre a temperatura e pressão na saída da extrusora.

Dessa forma, o custo de instalação e precisão, enfatizando a necessidade de repetibilidade na medida de temperatura e pressão de saída, se tomam muito mais viáveis quando os mesmos são comparados com a medida de densidade e umidade para o produto extrusado na saída da extrusora. Equipamentos para a medida precisa de densidade para produtos sólidos-úmidos aplicam princípio nuclear e para a medida de umidade são empregados instrumentos com sofisticados espectros de infravermelho associados a sistemas óticos internos.

A fim de estudar-se a viabilidade deste modelo, foi realizado um planejamento composto central (4 variáveis independentes), com pontos axiais e a inclusão de alguns pontos aleatórios de interesse prático, a fim de obter-se um modelo mais robusto. Para tanto foram avaliadas três receitas típicas na indústria de rações de animais, a fim de representar-se a maioria dos produtos comerciais recomendados para cães e gatos.

Através do conhecimento profundo das variáveis de processo, utilizou-se alguns experimentos para o entendimento do processo quanto à natureza da resposta, como a linearidade e a variação da resposta com o tempo. Estes experimentos informaram sobre o comportamento das curvas de reação para as variáveis independentes isoladamente.

Atendendo a necessidade para a aplicação de estratégias de controle não lineares e/ou neurais o processo demonstrou-se com resposta em um único sentido com a perturbação, não linear e variante com o tempo. Este estudo foi comprovado pela aplicação da teoria de controle para processos lineares com perturbações lineares isoladas.

Finalmente, é utilizado o conhecimento adquirido no estudo do processo de extrusão e da avaliação da curva resposta experimental das perturbações isoladas para o projeto de um algorítimo de controle baseado na estratégia de controle MIMO 2 x 2. Este controle foi testado através do controlador neuro-adaptativo ‘Model Free Adaptive’ (MFA), demonstrando resultados preliminares satisfatórios para o controle simultâneo da temperatura e pressão de saída de um extrusor de eixo simples, empregando como variáveis manipulativas a proporção de vapor / água e a vazão de farinha de alimentação respectivamente para as variáveis de processo citadas.

PUBLICAÇÃO EXCLUSIVA DA REVISTA PET FOOD – EDIÇÃO SET/OUT 2017.

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