El diseño de una galleta impecable: Estudio detallado de la tecnología de fabricación de galletas
Esto no es una revisión del producto. En su lugar, profundizaremos más allá de los consejos básicos de repostería para analizar cómo funciona realmente una máquina para hacer galletas desde una perspectiva técnica. Estamos hablando del punto de encuentro entre la ingeniería mecánica, la ciencia de los alimentos y la automatización industrial.
El artículo describe la tecnología paso a paso. Primero examinaremos las leyes mecánicas básicas y la ciencia térmica implicadas en producción de galletas a partir de masa.
A continuación, profundizaremos en los sofisticados sistemas de control y automatización que hacen posible la producción contemporánea de galletas de alta precisión.
Principales principios funcionales
Todos los fabricantes de galletas funcionan de forma similar, tanto si se trata de un diminuto modelo de laboratorio como de una enorme línea de producción industrial. Todos tienen los mismos tres sistemas: preparación de la masa, formado y moldeado, y tratamiento térmico.
Para comprender plenamente el funcionamiento de la máquina, hay que descomponerla en sistemas individuales y entender primero cada uno de ellos. Cada fase tiene sus propios obstáculos técnicos. Además, cada uno de ellos desempeña un papel directo en la calidad de la galleta final.
Mezclado y preparación de la masa
El sistema de mezclado tiene una misión principal: crear una mezcla uniforme con las propiedades de fluidez adecuadas. La reología, el término que utilizan los científicos para esto, es la capacidad de una sustancia para fluir. Esta es la fase en la que comienza el proceso.
Los distintos diseños se adaptan a necesidades diferentes. Para la producción por lotes, las mezcladoras planetarias son buenas. Para líneas de producción continua, Las amasadoras horizontales son mejores. El principal problema de ingeniería es gestionar la tensión de la masa y regular la temperatura que sube debido a la fricción.
La velocidad y el tiempo de amasado son parámetros cruciales. Si mezcla demasiado, desarrollará demasiado gluten en las masas a base de trigo. Eso hará que las galletas sean duras y gomosas cuando lo que quieres es que sean tiernas.
- Incorporación de ingredientes: La distribución adecuada de grasas, azúcares, harina y otros ingredientes se realiza ya que este paso garantiza la mezcla uniforme de cualquier ingrediente. Sin este paso, sus galletas serán inconsistentes.
- Aireación: La adición de aire a la masa es una característica del amasado. Es el mecanismo que controla la densidad final de la masa, la extensión de la galleta y el tipo de textura que tiene al hornearse.
- Regulación de temperatura: Algunas amasadoras industriales están equipadas con cubas enchaquetadas. Eliminan el calor de la fricción mediante un refrigerante circulante (como glicol frío) que mantiene la temperatura adecuada de la masa.
Moldear y dar forma
Este sistema se encarga de dar forma a las galletas. Toma la masa a granel de la amasadora y la transforma en piezas individuales de forma y peso uniformes.
Las principales tecnologías son la deposición, la extrusión y el moldeo rotativo. Cada método está diseñado para tipos de masa específicos y necesidades del producto final.
Unidades de tratamiento térmico
Aquí es donde se produce la magia. La masa cruda se convierte en una galleta acabada mediante la aplicación precisa de calor. Es mucho más complejo que simplemente “calentar”.”
El objetivo es conseguir una fermentación controlada, que fije la estructura de la galleta, desarrolle el color mediante reacciones químicas y reduzca la humedad, para que la textura y la conservación de la galleta sean las deseadas.
La ciencia de la transferencia de calor
Para entender realmente a un fabricante de galletas, hay que analizar la física de su horno. La forma en que la energía se transfiere a la masa determina la textura, el color y la estructura finales de una galleta. Hay tres formas de transferencia de calor: convección, conducción y radiación. Se utilizan las tres.
Los distintos tipos de hornos se centran en uno o varios de estos principios para obtener resultados particulares. La elección correcta de la tecnología de calentamiento es una decisión de ingeniería crítica para cada sistema de horneado.
Hornos de convección
Los hornos de convección utilizan aire caliente forzado para hornear. Un ventilador o sistema de turbina mueve el aire caliente por toda la cámara de cocción. Esto crea una temperatura uniforme en toda la cámara.
Este método es excelente para conseguir un dorado uniforme en toda la superficie superior de las galletas. Garantiza un horneado uniforme desde el borde hasta el centro. La ingeniería se centra en los patrones de flujo de aire, el diseño del ventilador y el control de la humedad.
La velocidad típica del aire en los hornos de convección industriales oscila entre 1 y 3 metros por segundo. Las velocidades más altas aumentan la transferencia de calor y la eliminación de humedad. Puede ajustar esto para conseguir el crujiente deseado para la galleta final.
Hornos de conducción
La conducción es la transferencia de calor por contacto directo. En una galletera, esto ocurre cuando la masa se coloca sobre la superficie caliente del equipo de horneado. Normalmente, se trata de una banda transportadora de acero o una sartén.
Este método hace que la parte inferior de la galleta quede crujiente y dorada. Sin embargo, las propiedades térmicas de la superficie de horneado se convierten en un importante problema de diseño.
- Acero al carbono Bandas: Ventaja: Excelente conducción del calor para una transferencia eficiente del calor y una buena cocción. Desventaja: Puede oxidarse y necesita un mantenimiento cuidadoso.
- Bandas de acero inoxidable: Ventaja: Muy duraderas, resistentes al óxido y excelentes para la seguridad alimentaria. Desventaja: No conduce tan bien el calor, lo que puede requerir ajustar los parámetros de horneado.
Calefacción por infrarrojos y radiante
El calentamiento radiante transfiere energía a través de ondas electromagnéticas, principalmente en la gama de infrarrojos. Esta energía viaja directamente del elemento calefactor a la superficie de la masa sin necesidad de aire como medio.
Este método es muy eficaz y proporciona un rápido calentamiento de la superficie. Es particularmente bueno para desarrollar el color y una corteza acabada. Acelera las reacciones químicas que crean el pardeamiento y la caramelización.
Método de calentamiento | Mecanismo principal | Efecto sobre la galleta | Eficiencia energética |
Convección | Circulación de aire caliente | Dorado homogéneo, textura uniforme | Moderado |
Conducción | Contacto directo con la superficie | Base crujiente, fondo dorado | Alta (en el punto de contacto) |
Infrarrojos | Radiación electromagnética | Pardeamiento rápido de la superficie, control de la humedad | Alta |
Dinámica de la masa en la conformación
El moldeado de galletas es un campo de la ingeniería mecánica que se ocupa de la aplicación de la ciencia de los materiales. La masa de galletas es un fluido complejo no newtoniano. Eso significa que su espesor cambia bajo tensión.
La elección del método de moldeado depende totalmente de la fluidez de la masa. Cada tecnología se aplica a un tipo concreto de masa, desde la blanda y pegajosa hasta la firme y desmenuzable.
Corte de alambre y depositantes
Esta tecnología se utiliza para masas blandas, espesas y con alto contenido en grasa. Por ejemplo, galletas con pepitas de chocolate o de avena.
La masa se deposita en una tolva y, a continuación, se fuerza a presión a través de boquillas sobre la cinta transportadora. Un alambre o cuchilla oscila hacia delante y hacia atrás y corta la masa, liberando el depósito.
A la hora de diseñar una depositadora, el principal obstáculo es la necesidad de garantizar que cada porción tenga el mismo tamaño. Esto requiere un control preciso de la presión de la bomba y de la forma de la boquilla para manejar las variaciones en el grosor de la masa y evitar “colas”, es decir, pequeños trozos de masa que se desprenden tras el corte.
Moldeadoras rotativas
Las moldeadoras rotativas son para masas poco grasas, duras y quebradizas. Con ellas se elaboran productos como galletas de mantequilla, galletas de sándwich o cualquier galleta con relieve.
El sistema tiene una tolva que alimenta la masa hacia un gran rodillo troquelado grabado. Un rodillo de presión introduce la masa rígida en las cavidades grabadas del rodillo.
- La masa se introduce en la tolva.
- Un rodillo de fuerza presiona la masa en el rodillo grabado.
- Un cuchillo rascador elimina el exceso de masa de la superficie del panecillo.
- La banda de extracción, una cinta de tejido sometida a una tensión precisa, arrastra el trozo de galleta formado del molde.
La clave del éxito de la extracción de la pieza de masa es su separación limpia. Esto depende tanto de la receta de la masa como de la tensión y el material de la banda de extracción.
Extrusoras y coextrusoras
La extrusión empuja la masa a través de una placa perforada para producir una forma continua. A continuación se corta a medida. Esto sirve para productos como troncos de biscotti antes de cortarlos.
La coextrusión es un caso más complejo. Dos materiales diferentes se extruyen simultáneamente. Un ejemplo frecuente es una barra rellena de higos, en la que la masa exterior se extruye como un tubo mientras que el relleno se bombea por el centro.
El reto técnico de la coextrusión es enorme. Es necesario controlar con precisión los caudales y las presiones de dos materiales diferentes para obtener las proporciones de llenado correctas.
El cerebro de la operación
Una galletera contemporánea es algo más que componentes mecánicos. Es un complejo sistema electromecánico controlado por una automatización avanzada.
Estos marcos han pasado de ser simples relojes manuales y temporizadores a plataformas de software totalmente integradas. Garantizan la coherencia, la seguridad y la eficiencia operativa.
PLC y HMI
En el centro de cualquier galletera automatizada hay un PLC (controlador lógico programable). Se trata del ordenador industrial, o el “cerebro”, que ejecuta la lógica programada para todo el proceso.
El operador interactúa con el PLC a través de una HMI (interfaz hombre-máquina). Normalmente se trata de una pantalla táctil reforzada. Desde la HMI, el operario puede seleccionar recetas, ajustar la velocidad de los motores, fijar la temperatura del horno y ver las alarmas de diagnóstico.
Sensores: Los sentidos de la máquina
El PLC depende de una red de sensores que controlan todos los aspectos de la línea de producción en tiempo real. Estos sensores son los ojos y los oídos de la máquina.
- Sensores de temperatura (termopares/RTD): Se distribuyen por las zonas del horno y, en ocasiones, en la mezcladora para proporcionar datos cruciales sobre la temperatura.
- Sensores ópticos/sistemas de visión: Las galletas se analizan después del horneado mediante cámaras de alta velocidad para comprobar su tamaño, color, altura y defectos superficiales. Los productos no conformes se expulsan automáticamente.
- Sensores de proximidad: Se trata de dispositivos de seguridad crítica que saben cuándo está abierta una puerta de protección. Entonces detienen la máquina inmediatamente para evitar lesiones.
- Células de carga: Estas balanzas electrónicas se colocan bajo los recipientes de mezcla o las tolvas y miden el peso para lograr una dosificación precisa y repetible.
Lazos de realimentación y control
El verdadero poder de la automatización se ve en los bucles de retroalimentación. El sistema utiliza los datos de los sensores para realizar ajustes automáticos.
Por ejemplo, si un sistema de visión detecta que las galletas se están oscureciendo demasiado, enviará una señal al PLC. El PLC reducirá entonces unos grados la temperatura en la zona final del horno o aumentará ligeramente la velocidad de la cinta transportadora.
Estos ajustes en tiempo real se producen en cuestión de segundos. Corrigen ligeras variaciones de la temperatura de la masa o de la humedad ambiente. Así, el sistema es capaz de mantener unos niveles de calidad del producto superiores al 99,5% que no pueden alcanzarse mediante el control manual.
Conclusiones: Ciencia y acero
Hemos viajado desde los fundamentos de la mezcla y el conformado hasta la física avanzada de la transferencia de calor y la inteligencia de la automatización moderna.
Una galletera de alto rendimiento es una demostración de la complejidad y el buen funcionamiento de múltiples disciplinas. La ingeniería mecánica da forma. La termotecnia gestiona la transformación. Los sistemas de control garantizan la precisión.
El resultado es un sistema altamente eficaz y una estrategia de optimización. Se produce a través de una creatividad increíble para asegurarse de que todo es como debe ser: una galleta perfecta.
Enlaces de referencia：
- https://www.sciencedirect.com/journal/journal-of-food-engineering
- https://www.foodengineeringmag.com/
- https://link.springer.com/
- https://ifst.onlinelibrary.wiley.com/journal/13652621
- https://www.sciencedirect.com/journal/innovative-food-science-and-emerging-technologies
- https://www.sciencedirect.com/journal/trends-in-food-science-and-technology
- https://www.degruyterbrill.com/journal/key/ijfe/html
- https://ift.onlinelibrary.wiley.com/
- https://advantechbake.com/
- https://www.bakersauthority.com/
