Maximizar la eficiencia en la extrusión de productos plant-based

La Organización de las Naciones Unidas (ONU) ha advertido que, para 2050, la población mundial alcanzará los 9,700 millones de personas, lo cual implicará que la demanda de proteínas se elevará al doble con relación al consumo actual; el problema, es que la capacidad para producir esa cantidad será insuficiente, además, la ganadería tiene un gran impacto en las emisiones de gases de efecto invernadero. Frente a esta paradoja, el organismo internacional ha propuesto elevar el consumo de proteínas alternativas como las plant-based, las cuales generan una menor huella medio ambiental, pero enfrentan desafíos en la eficiencia de la extrusión.

Según informes de Market Reports World, el sector de la extrusión de alimentos superó una valoración de 80,000 millones de dólares en 2024, impulsado en gran medida por la tecnificación de plantas en Asia y Norteamérica. Con una proyección de crecimiento sostenido hacia 2033, esta expansión no solo refleja un aumento en el volumen de producción, sino una transición hacia el uso de extrusoras inteligentes de doble tornillo.

Actualmente, más de 25,000 centros de procesamiento en el mundo operan bajo este modelo, buscando optimizar la eficiencia para que los productos clean label alcancen finalmente la paridad de precio con la proteína animal.

Sin embargo, a pesar de este avance tecnológico, la industria aún enfrenta el reto de pasar de una producción de nicho a una escala masiva que sea económicamente competitiva frente a la proteína animal, lo que ha puesto el foco en la optimización operativa de las líneas de producción.

En el presente texto, analizaremos las estrategias fundamentales para maximizar la eficiencia en las plantas de procesamiento plant-based; asimismo, exploraremos desde la base científica que diferencia la estructuración de proteínas vegetales frente a las animales y abordaremos los desafíos técnicos críticos en el control de variables como el cizallamiento (shear) y la temperatura.

Además, abordaremos los cuellos de botella actuales en la cadena de suministro y presentaremos tácticas operativas diseñadas para minimizar costos de producción sin comprometer la calidad organoléptica que el consumidor moderno exige.

Ciencia de la extrusión: proteínas vegetales vs animales

A grandes rasgos, la extrusión es un proceso industrial capaz de transformar proteínas globulares vegetales en estructuras fibrosas que replican con éxito la experiencia sensorial de la carne.

Transitando a una definición más técnica, la extrusión no es un simple proceso de moldeado; es, en realidad, un reactor termodinámico donde las proteínas cambian su conformación física, para entender este fenómeno, debemos observar la arquitectura molecular de los insumos:

Mientras que la proteína animal posee una estructura fibrosa natural, las proteínas vegetales —como las de la soya o el chícharo— son globulares, es decir, están plegadas de forma compacta.

Nuestra comprensión de cómo estas "esferas" vegetales se transforman en fibras continúa en desarrollo; de acuerdo con el estudio “Protein denaturation and soybean protein conformation during high-moisture extrusion”, publicado en el Journal of Food Engineering, la clave reside en la desnaturalización térmica.

Durante este proceso, el calor y la energía mecánica rompen los enlaces internos de la proteína globular, "desenrollándola" para exponer sus grupos funcionales, pero, ¿cómo logramos que se parezca a un músculo animal?

“El éxito de la textura depende de la re-estructuración; una vez que la proteína se despliega en el cañón del extrusor, el esfuerzo de corte o shear alinea esas cadenas en la dirección del flujo, creando una red tridimensional que atrapa agua y grasa”, explica el Dr. Alejandro Marangoni, investigador especializado en estructura de alimentos en la Universidad de Guelph y autor de diversas patentes en el sector plant-based.

Esta transición de fase es lo que diferencia a un producto de "primera generación" (como la soya texturizada seca) de los actuales análogos de carne de alta fidelidad.

Sin embargo, a diferencia de la miosina animal que se coagula fácilmente con el calor, las proteínas vegetales requieren de un control preciso de la Energía Mecánica Específica (SME). Si este parámetro no se calibra correctamente, la ciencia nos dice que el resultado será una masa amorfa en lugar de las fibras largas y resistentes que el consumidor asocia con una pechuga de pollo o un corte de res.

Desafíos de la extrusión de productos plant-based

Lograr la "mordida" perfecta no es solo cuestión de maquinaria, sino de un control milimétrico de la termodinámica. De acuerdo con el reporte técnico "State of the Industry: Plant-Based Meat" publicado por el Good Food Institute (GFI), uno de los mayores retos operativos reside en la transición de la extrusión de baja humedad hacia la de alta humedad (HMEC), la cual requiere un control de variables mucho más sensible para evitar que el producto pierda su estructura fibrosa. Pero, ¿cuáles son estas variables críticas?

El triángulo de control: temperatura, humedad y shear

En la práctica industrial, el éxito de la extrusión depende de mantener un equilibrio precario entre tres factores:

• Temperatura: Un exceso de calor en las últimas zonas del cañón puede degradar térmicamente las proteínas, resultando en un producto con sabor a "quemado" o con una textura gomosa.

• Humedad: En procesos HMEC, niveles de agua superiores al 50% son comunes; sin embargo, pequeñas variaciones en el flujo de inyección pueden causar que el extrusor pierda presión, deteniendo la línea de producción.

• Cizallamiento (Shear): Como bien señala el Dr. Jozef Kokini, especialista en reología de alimentos, en su investigación para el Journal of Food Engineering, el Esfuerzo Mecánico Específico (SME) es el indicador real de cuánto trabajo se le está aplicando a la masa. Si el shear es insuficiente, las fibras no se alinean; si es excesivo, las cadenas de proteína se rompen demasiado, perdiendo la capacidad de retener jugosidad.

La barrera de la escalabilidad y los costos

Pasar de una prueba de concepto en laboratorio a una producción de escala masiva es, quizás, el cuello de botella más pronunciado.

"El desafío no es solo hacer que el producto sepa bien, sino que sea económicamente viable en una línea que corra 24/7 sin variaciones en la textura", explican expertos de la firma tecnológica Bühler Group en su último white paper sobre optimización de procesos.

Este punto es neurálgico porque el escalado industrial enfrenta una problemática de transferencia de calor: a medida que el diámetro del tornillo aumenta, la relación superficie-volumen cambia, lo que dificulta enfriar la masa de manera uniforme antes de que salga por el troquel; esto, genera inconsistencias en el producto final y eleva los costos de energía, que pueden representar hasta el 25% de los costos operativos totales de una planta de proteínas alternativas.

Cuello de botella: materias primas y variabilidad agrícola

Para la industria de la extrusión, el equipo es solo la mitad de la ecuación; la otra parte es la química de la materia prima; a diferencia de la producción de carne animal, donde los estándares de calidad muscular son relativamente predecibles, las proteínas vegetales están sujetas a los caprichos de la agricultura.

De acuerdo con el reporte "Raw Materials for Plant-Based Meat", publicado por el Good Food Institute (GFI), pequeñas variaciones en el contenido de lípidos, carbohidratos o cenizas en un lote de harina de chícharo pueden desestabilizar por completo una línea de producción que ya estaba calibrada.

“No todas las soyas son iguales; el perfil de aminoácidos y la solubilidad de la proteína cambian según el suelo, el clima y el método de extracción”, señala Bratin Saha, especialista en ingredientes de la firma global ADM (Archer Daniels Midland).

Esta variabilidad agrícola se convierte en un cuello de botella operativo porque el extrusor es extremadamente sensible a la reología de la masa; entonces, si un lote de materia prima tiene un 2% más de almidón de lo habitual, la viscosidad dentro del cañón aumenta, elevando la presión de forma peligrosa y obligando a los técnicos a detener la producción para reajustar los parámetros.

Adicionalmente, el mercado enfrenta un reto de pureza; en este sentido, nuestra comprensión de la funcionalidad de los ingredientes continúa en desarrollo y, según un reciente análisis de la revista Food Hydrocolloids, la presencia de "antinutrientes" naturales o fibras residuales en aislados proteicos de baja calidad puede actuar como un interruptor de flujo, impidiendo que las fibras de proteína se alineen correctamente durante el cizallamiento.

Dicha dependencia de insumos ultraespecíficos ha generado una tensión en la cadena de suministro. Según datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) y la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) en sus Perspectivas Agrícolas 2024-2033, mientras la demanda de aislados de proteína de alta pureza crece a doble dígito, la infraestructura de procesamiento agrícola (molienda y fraccionamiento) no avanza a la misma velocidad.

Conjuntamente, estas variables elevan los costos y crean una vulnerabilidad: si el clima afecta la cosecha de una región clave, la producción de toda una categoría de productos plant-based podría verse comprometida, recordándonos que la eficiencia en la planta comienza, irremediablemente, en el campo.

Estrategias para minimizar costos

Ante los desafíos que enfrenta el actual ecosistema de proteínas plant-based, la eficiencia se ha convertido en un ingrediente fundamental para alcanzar la paridad de precios (con relación a las proteínas de origen animal), pues, como hemos visto, los costos operativos, principalmente en energía y mantenimiento, son una de las principales barreras para el escalamiento de la extrusión.

De acuerdo con el White Paper: "The Economics of Extrusion" de la firma suiza Bühler Group, la energía consumida para mover los tornillos y calentar el cañón puede constituir hasta el 25% de los gastos variables de producción. En este contexto, ¿cómo pueden las plantas optimizar este flujo?

• Innovación en formulaciones. El Good Food Institute (GFI) señala que la combinación de distintas fuentes proteicas puede mejorar la funcionalidad y reducir costos, al tiempo que estabiliza el proceso de extrusión. Asimismo, está permitiendo el uso de proteínas de "segunda generación", como las derivadas de subproductos de la industria aceitera (torta de girasol o canola); según un reporte de investigación del Retail Institute de la Universidad Leeds Beckett, el uso de estos ingredientes no solo mejora el perfil de sostenibilidad de la marca, sino que reduce la dependencia de aislados de soya ultraprocesados, cuyos precios han mostrado una volatilidad del 12% en los últimos dos años debido a tensiones logísticas globales.

• Digitalización y automatización. De acuerdo con el Institute of Food Technologists (IFT), el monitoreo en tiempo real de variables críticas permite ajustar el proceso de manera dinámica, reduciendo desperdicios y mejorando la consistencia del producto.

• Mantenimiento predictivo. Se ha consolidado como una herramienta para minimizar costos operativos. Empresas como Clextral destacan que el análisis de datos en extrusoras permite anticipar fallas y reducir tiempos de inactividad.

• Eficiencia energética. Es un factor cada vez más relevante, dado que consume gran parte de los costos operativos, por lo que optimizar perfiles térmicos y reducir pérdidas de calor puede generar ahorros significativos.

• Optimización del "Zero Waste". Otra estrategia clave reside en el aprovechamiento total de los insumos; según datos del World Resources Institute (WRI) 2025, las plantas que implementan sistemas de "circuito cerrado" —donde los recortes o el producto que no cumple con la forma exacta se reintegran al inicio del proceso de mezcla— logran reducir sus costos de materia prima en un 8% anual.

El futuro se teje en el extrusor

La paradoja es clara: para alimentar a casi 10,000 millones de personas en 2050 sin colapsar al planeta, debemos migrar hacia proteínas alternativas; pero, la tecnología para producirlas a escala masiva y bajo costo aún está en proceso de maduración.

Como hemos analizado, la extrusión no es una varita mágica, sino un reactor termodinámico de alta precisión donde la ciencia de polímeros vegetales choca con la realidad de la variabilidad agrícola.

Lograr la "mordida" perfecta de un análogo cárnico sin comprometer la rentabilidad exige un control milimétrico del triángulo de variables técnico (temperatura, humedad y shear) y el reto de pasar de una producción de nicho a una escala industrial económicamente competitiva frente a la proteína animal es el verdadero cuello de botella.

No basta con que el producto sea organolépticamente indistinguible de la carne, debe ser accesible para el consumidor promedio; para lograrlo, la industria debe mirar más allá de la máquina e implementar estrategias integrales que abarquen desde la innovación en formulaciones (usando proteínas de segunda generación) hasta la digitalización y el mantenimiento predictivo en la planta.

La eficiencia ya no es solo una métrica operativa, es el ingrediente fundamental para que la revolución plant-based cumpla su promesa de sostenibilidad y seguridad alimentaria global.