Estandarización de humedad y grasas en la extrusión de alimentos para mascotas

Por qué la humedad y la grasa deciden el destino de una croqueta

La mayor parte del alimento seco para mascotas en la industria alimentaria y de piensos se fabrica por cocción-extrusión, que gelatiniza el almidón y mejora la digestibilidad y la palatabilidad a costa de algunas vitaminas termolábiles y de pérdidas por reacción de Maillard [1]. La receta se extrude con un 23 a 28 % de humedad, pierde agua por evaporación súbita en la matriz y después se seca, porque la humedad final de los productos expandidos secos debe estar por debajo del 10 % para evitar el crecimiento de mohos y bacterias, con un 12 % como máximo para la estabilidad en almacenamiento [2]. La variable de fondo es la actividad de agua, para la que Rokey et al. dan límites de aproximadamente 0,65 para bacterias y 0,6 para mohos [2]; la revisión de Beuchat explica por qué el deterioro fúngico predomina con actividades de agua de 0,61 a 0,85, donde no hay bacterias competidoras [3]. El riesgo es real: de tres dietas extrudidas para perros fabricadas en la misma extrusora, una se había enmohecido tras ocho meses de almacenamiento controlado, lo que los autores atribuyen a una medición inexacta de su contenido de humedad tras la producción [4].

La humedad y la grasa son además declaraciones de etiqueta. En Estados Unidos, el panel analítico exigido por los reglamentos modelo de AAFCO contiene cuatro declaraciones básicas: proteína bruta mínima, grasa bruta mínima, fibra bruta máxima y humedad máxima [5]. En la Unión Europea, el Reglamento (CE) n.º 767/2009 exige que los piensos completos para gatos y perros declaren la proteína bruta, la fibra bruta, la grasa bruta y las cenizas brutas, y la humedad debe indicarse siempre que supere el 14 % [6]. La economía tira en sentido contrario: los ingredientes llegan con un 10 a 13 % de humedad mientras que los piensos terminados se venden con un 8 a 10 %, de modo que el sobresecado es peso que la planta ha pagado y no vende [2].

Los métodos de referencia detrás de las cifras

La humedad en los piensos se determina por el método de secado en estufa de la ISO 6496, que abarca los piensos compuestos pero excluye, entre otros, los productos lácteos y los piensos minerales [7]. La grasa se determina según la ISO 6492, que clasifica los piensos en dos categorías y exige una hidrólisis ácida antes de la extracción con disolvente para la categoría que incluye los productos de origen animal [8]. En los extrudidos este paso no es una formalidad: la extrusión a baja humedad y alta temperatura forma complejos lípido–almidón y lípido–proteína que la extracción Soxhlet por sí sola no puede romper, de modo que el análisis de grasa de los productos extrudidos debe incluir una hidrólisis ácida [2]. Una calibración NIR de grasa solo tiene tanto sentido como sus valores de referencia, así que la planta debe decidir con qué definición de grasa calibra — grasa total hidrolizada o grasa extraíble — y aplicarla de forma coherente antes y después del recubrimiento.

Dónde entra la grasa en la línea

La grasa suele representar menos del 20 % de una receta completa [2]. Una parte se añade en el preacondicionador, donde recubre las partículas y dificulta la absorción de humedad y la transferencia de calor, por lo que las fórmulas ricas en grasa necesitan un preacondicionamiento más largo para alcanzar el mismo grado de cocción [2]. El resto se aplica después del secado: la mayoría de los productos expandidos secos se recubren con grasa líquida y palatabilizantes tras el secado, el enfriamiento y el cribado, a menudo sobre un producto aún caliente para mejorar la absorción, y cuando se aplica más de un cinco a ocho por ciento de grasa el producto se seca, se recubre y solo entonces se enfría [2]. Los recubridores de infusión al vacío introducen el líquido en la estructura celular de la croqueta y permiten adiciones de líquido mucho mayores que la pulverización a presión atmosférica [2]. El recubrimiento es también donde se decide la vida útil: en un estudio de almacenamiento de croquetas recubiertas al 10 % con diez fuentes lipídicas, la fuente lipídica fue el factor determinante de la estabilidad oxidativa, con una contribución también de la matriz de la croqueta [9]. La grasa que aplica el recubridor debe corresponder a una croqueta cuya densidad y porosidad quedan fijadas aguas arriba por la humedad y la expansión, y por eso conviene controlar ambas conjuntamente.

Qué puede y qué no puede hacer el NIR en alimentos extrudidos para mascotas

La ISO 12099 es la directriz para aplicar la espectrometría de infrarrojo cercano a los piensos, incluida la forma de validar y supervisar las calibraciones frente a los métodos de referencia [10]. El mayor conjunto de datos publicado sobre alimentos para mascotas es el de De Marchi et al., que midieron 649 alimentos extrudidos comerciales para perros, sin moler, en un instrumento visible/infrarrojo cercano de 570 a 1.842 nm y obtuvieron coeficientes de determinación en validación cruzada de 0,77 para la humedad, 0,97 para la proteína bruta, 0,83 para la grasa bruta, 0,86 para la fibra bruta y 0,78 para las cenizas, mientras que el modelo del índice de peróxidos (0,66) se consideró apto solo para cribado [11]. Goi et al. demostraron que la espectroscopía visible/NIR at-line sobre croquetas molidas predice el almidón total y el gelatinizado con desviaciones predictivas residuales superiores a 4 en validación externa, de modo que el grado de cocción también es un indicador de proceso accesible [12].

De ello se derivan dos advertencias. El estadístico moderado de humedad de De Marchi et al. procede de una población que abarca cientos de tipos de producto medidos a través de croquetas enteras [11]; una sola línea que fabrica unas pocas recetas dentro de una estrecha ventana de humedad es un problema de calibración distinto, y el rendimiento en ella debe establecerse con las propias muestras de esa línea. Y la menor exactitud para la humedad y las cenizas en muestras sin moler [11] recuerda que el tamaño de la croqueta, la grasa superficial y la temperatura influyen en el espectro: una sonda situada tras el recubridor ve una película de grasa y no el interior de la croqueta, por lo que no debe suponerse que una calibración construida con producto seco sin recubrir se transfiera sin cambios.

Puntos de medición y práctica de trabajo

Rokey et al. ya mencionaban los medidores de humedad continuos en línea y calificaban de esencial la monitorización de la humedad del producto final para la estabilidad durante el almacenamiento [2]. En una línea de extrusión, los puntos de medición que compensan el esfuerzo son:

• Salida del secador, antes del recubrimiento. Aquí la humedad se ajusta frente al límite de almacenamiento [2] y el máximo declarado en la etiqueta [5][6], una croqueta sin recubrir da el espectro más limpio, y todavía pueden corregirse la temperatura del secador, el espesor del lecho o el tiempo de permanencia.
• Después del recubridor. Grasa total y, si está calibrada, humedad de la croqueta terminada; las muestras de referencia deben analizarse con el método de grasa con hidrólisis ácida [8], y el modelo se valida por separado del modelo de salida del secador.
• Una rutina de referencia según la ISO 12099. Muestras periódicas analizadas según la ISO 6496 y la ISO 6492 [7][8], comprobaciones de sesgo y pendiente, y recalibración documentada cuando cambian las recetas [10].

El enfoque de USTECH

Los ProLine17EC y ProLine17ECS de USTECH son analizadores NIR en línea robustos, con grado de protección IP65 y ventana de zafiro, adecuados para montarse sobre un transportador a la salida del secador o en la descarga del recubridor, y ProChem transmite sus lecturas al PLC o SCADA para paneles, alarmas y control de consignas. El analizador at-line MasterLine17EC cubre la parte de laboratorio para croquetas terminadas y harinas crudas, y caliX aporta las herramientas de modelado PLS y validación. Qué exactitud de humedad y grasa alcanza una línea determinada, y en qué punto, se determina en un estudio de viabilidad con sus propias muestras y análisis de referencia.