EFFETTI DELLA FIOCCATURA

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1 Materiale del prof. Stefanon, modificato ed intregrato FIOCCATURA Trattamento a vapore dei cereali (ma anche di granelle di proteaginose) per la preparazione di fiocchi, industrialmente molto diffuso: Fiocchi o schiacciati ad uso zootecnico Fiocchi per consumo umano Fiocchi per l industria della birra Farine istantanee per colle e carta Alimenti per macrobiotica ed infanzia Lavorazione di tutti i cereali, alimenti collosi e leguminose PRINCIPIO Gelatinizzazione dell amido per effetto di: UMIDITA' CALORE TEMPO Prodotto precotto a vapore, laminato (0,4 0,6mm) ed essiccato (12% umidità) Richiede un accurato controllo di qualità I trattamenti sono diversificati per tipo di amido (amido di orzo più facilmente gelatinizzabile di quello di mais) EFFETTI DELLA FIOCCATURA 1. Perdita struttura cristallina dell amido gelatinizzazione 2. Predigestione dell amido aumento digestione con α amilasi 3. Destrinizzazione dell amido igroscopicità, appetibilità 4. Sanificazione del prodotto 5. Denaturazione delle proteine (aumento digeribilità e valore biologico) 6. Riduzione umidità di stoccaggio 7. Aumento dell appetibilità del prodotto 8. Aumento digeribilità del prodotto 9. Riduzione dell intolleranza ai carboidrati 1

2 I fattori che determinano e indicano il grado di gelatinizzazione e quindi la digeribilità sono: Spessore del fiocco Forma e grado di fragilità del fiocco Sapore colore e odore Grado di sterilizzazione Facilità e durata di insilamento Versatilità dell impianto per trattare amidi di diversa origine (leguminose, etc.) Temperature elevate X Tempo eccessivo RETROGRADAZIONE, INDIGERIBILITA VALUTAZIONE DI LABORATORIO DEL GRADO DI GELATINIZZAZIONE determinazione del maltosio in seguito a trattamento con enzimi amilolitici grado di assorbimento dell'acqua confronto viscosità dell'amido nativo con quello gelatinizzato analisi complementari sulla disponibilità di amminoacidi (lisina) DESTINAZIONI PREFERENZIALI DEL FIOCCO Analisi benefici costi fra: incremento produzioni zootecniche e costo del processo di gelatinizzazione: ANIMALI GIOVANI, suinetti e vitelli con apparato digerente non adatto ad alti contenuti di cereali crudi ANIMALI AMMALATI, CONVALESCENTI, GESTANTI ANIMALI CARNIVORI: cane e gatto ANIMALI ADULTI: suini e bovini all'ingrasso, per aumentare l'indice di conversione 2

3 IMPIANTI DI PRECOTTURA E FIOCCATURA 1. Ricezione e pulitura Accurata pulitura del cereale (sassi, ferro, sabbia, impurità) mediante separazione con magnete, spietratrice a secco, aspirazione polveri con filtro 2. Decorticazione e degerminazione ORZO e AVENA: decorticazione preliminare per ridurre la fibra e allontanare i principi nutritici labili; aumento del contenuto in amido del fiocco. MAIS: degerminazione per recuperare il germe ricco di olio; spezzatura per facilitare la fioccatura (amido resistente) 3. Immagazzinamento materia prima 4. Condizionamento prima della fioccatura Bagnatura, aumento dell'umidità e riduzione del vapore di cottura: a. FREDDO: con acqua per alcune ore (in disuso) b. IDROTERMICO, ACQUA E CALORE: pochi minuti cottura a vapore in cucitore a pressione di poco superiore a quella atmosferica (cucitore continuo normale); - cottura a vapore in cucitore a vapore (autoclave continua o discontinua); per prodotti con amido resistente. Es. CORN FLAKES c. TERMICO, con solo calore: pochi secondi (20 90) Con grani preventivamente molto inumiditi (21%), trattamento di micronizzazione del cereale disposto in strato leggero su nastro di acciaio; uscita di fiocco con 6 7% di umidità Necessità di 1 2 linee di bagnatura intensiva con cassoni di riposo. 5. Laminazione 3

4 Rottura meccanica su 2 rulli in ghisa a manovra oleodinamica, dotati di raschiatore ed aspiratore Diametro mm, lunghezza lunghezza mm Velocità periferica 5 9 m/sec; stessa velocità dei 2 cilindri favorisce lo schiacciamento, velocità differenziale favorisce la rottura Pressione di esercizio ATM, in relazione al prodotto e alla finezza Presenza di rigature e profondità dei solchi determinano il tipo di fiocco Fiocchi: 0,2 0,6mm Schiacciati 1 2,5mm Peso fiocchi, circa il 40% della cariosside Umidità dei fiocchi, 17 21% 6. Raffreddamento riduzione umidità dal 18 20% al 12 13%, con essiccatoi a nastri orizzontali multipli in una struttura chiusa 7. Trasporto ed insacco ridurre al minimo i trasporti e le manipolazioni (prodotto friabile) trasporto pneumatico o su nastro chiuso con raffreddamento miscelazione lenta con altri ingredienti, con miscelatore verticale QUALITA DEL PRODOTTO Dipende da: Colorazione Odore e sapore Aumento della capacità di imbibizione Superficie e friabilità I cereali con umidità inferiore al 12% si rompono e non fioccano Il cereale vecchio si frantuma e non fiocca Il riposo dopo il condizionamento migliora la qualità I rulli non paralleli producono fiocchi disomogenei La pulizia dell impianto evita problemi di muffe; aspirazione dalle celle di condizionamento e pulizia giornaliera dell impianto (rulli, camere, scivoli, etc.) Umidità di stoccaggio inferiore al 12% 4

5 Impianto di fioccatura: condizionamento a vapore della materia prima (Cortesia Silos e Mangimi Martini, Santa Giusta, OR). 5

6 Impianto di fioccatura: laminatoio aperto (Cortesia Silos e Mangimi Martini, Santa Giusta, OR). 6

7 Impianto di fioccatura: fase di raffreddamento su nastri orizzontali (Cortesia Silos e Mangimi Martini, Santa Giusta, OR). 7

8 ESTRUSIONE Processo per ammorbidire o rendere plastiche le materie prime, che vengono forzate a pressione attraverso una filiera per creare un forma particolare L estrusore cucina l amido (gelatinizzazione dell amido, aumenta la sua capacità di imbibizione) contenuto in alcune materie prime assieme ad altre materie prime per aumentare: appetibilità digeribilità disponibilità dell energia disponibilità delle proteine disponibilità dei minerali Variazioni negative per biodisponibilità vitamine e lisina Applicazioni: cereali macinati, farine di tuberi e di leguminose, farine proteiche vegetali, mangimi composti integrati, polpe secche di bietole, petfood, mangimi umidi (25% acqua), mangimi per pesci (galleggianti e fondo vasca), vitelli etc. Elevata flessibilità di formule, a condizione di una tenore minimo di amido A basse temperature Ad elevate temperature Variazioni di forma Variazioni di forma Modificazioni chimiche ridotte Modificazioni chimiche elevate Modificazioni funzionali 8

9 FASI DELL ESTRUSIONE 1) Macinazione 2) Assorbimento lento dell acqua con rigonfiamento limitato 3) Assorbimento veloce dell acqua con notevole rigonfiamento perdita birifrangenza ed aumento viscosità 4) Perdita della granulosità e rottura dei polimeri di amido, con formazione di massarelle senza forma 5) Passaggio su filiera: forma del prodotto espanso: perline, fiocchi, palline, etc. superfice del prodotto: liscio, rugoso 6) Essiccazione: fino a 180 C per 4-6 minuti Esistono due tipi di Estrusori: 1) quelli con cottura in tempi brevi e temperature elevate a) Precondizionamento a temperature modeste (65-90 C), 1 Bar b) Aumento della temperatura ( C) in estrusione per secondi c) Taglio dell impasto gelatinizzato con modifica della forma in relazione alla filiera 2) quelli con cottura a pressione elevata a) Camera con iniezione di vapore ( psi) b) Gelatinizzazione 2-10 minuti ( C) c) Estrusione e taglio dell impasto L estrusore è costituito da 1. Cilindro (camera di estrusione), dove avviene il trattamento termico con vite senza fine (singola o doppia) 2. Filiera, dove avviene l'espansione Principi di funzionamento 9

10 VITE E CAMERA DI ESTRUSIONE Funzioni : trasporto, miscelazione, riscaldamento, pressione Le alette della vite senza fine trasportano con la rotazione gli ingredienti nel cilindro: UMIDITA 10-40% La resistenza causata dalla filiera comporta la pressione degli ingredienti fra le alette e le pareti del cilindro L energia meccanica applicata alla vite senza fine per vincere la viscosità dell impasto si trasforma in CALORE con un aumento veloce della temperatura dell impasto La pressione all interno del cilindro varia da 25 a 200 bars La temperatura sale oltre i 100 C senza produrre vapore o perdita di umidità I granuli di amido sono convertiti in un impasto omogeneo e plastico ( C) in meno di 2 minuti prevalenza di un flusso LAMINARE, rispetto a uno turbolento per Viscosità molto elevata dell impasto Relativa bassa velocità della vite Bassa velocità di flusso Durante il flusso laminare, le molecole fluiscono secondo la direzione del flusso, con una variazione di velocità fra strati adiacenti. In altri termini, in relazione alla notevole assimetria delle forme molecolari dell amilosio e dell amilopectina, le molecole di amilosio si allineano più facilmente e quelle di amilopectina vengono depolimerizzate per potersi allineare al flusso. IN DEFINITIVA, SI HA DEPOLIMERIZZAZIONE E FRATTURAZIONE DEL GRANULO DI AMIDO 10

11 FILIERA fase finale di espansione Molto importante per i pet foods e per i mangimi a base di cereali Dipende dalle caratteristiche dell impasto di amido e dal disegno della filiera La riduzione di pressione all uscita dalla filiera comporta l espansione del prodotto Il vapore lascia il prodotto e il gel si rigonfia con formazione di piccoli pori La perdita di umidità e di calore determina una variazione di temperatura fino a 60 C e causa la solidificazione del prodotto espanso La densità finale di molti estrusi varia da 0,04 a 0,38 g/ml La porosità finale di molti estrusi varia da 230 a 480 cm2/g, con i pori accessibili all aria, suscettibili all ossidazione (azione positiva del coating) Variando formula e lavorazione si possono ottenere anche prodotti "da fondo" Il rapporto amilosio / amilopectina determina il fenomeno dell espansione Amilosio Amilopectina Temperatura 225 C 135 C Expansion Index LEI (longitudinale) SEI (radiale) Diametro pori Minore Maggiore Densità apparente Maggiore Minore Espansione Minore Maggiore Durezza Maggiore Minore Idratabilità Minore Maggiore Espansione massima per il Mais a temperature di 170 C e umidità del 14% 11

12 Estrusore con filiera aperta. Si possono vedere le due viti (coclee) senza fine della camera di estrusione, le corrispondenti filiere ed un sacchetto col prodotto finite (Cortesia Silos e Mangimi Martini, Santa Giusta, OR). 12