Термопластическая экструзия растительного сырья

Совершенствование технологии экструдатов

Для получения экструдатов высокого качества на основе изучения характера изменения физико-химических свойств основных компонентов сырья разработаны различные способы и режимы гидротермомеханической обработки экструдируемых смесей.

Наиболее распространенное направление совершенствования технологии экструзионных продуктов связано с обогащением рецептурного состава физиологически необходимыми нутриентами пищи.

Новые воздушные зерновые продукты с обогащенным аминокислотным, минеральным и витаминным составом получены за счет добавления к кукурузной крупке 5-20% сырья пшеничных зародышей. При хороших органолептических показателях в продукте повышено содержание лизина и серосодержащих аминокислот, железа и цинка (5).

Представления о механизме формирования экструдатов различной структуры, полученных термопластической экструзией, открывают широкие регулирования их функциональных свойств. Эти возможности определяются в основном гетерофазной природой экструдатов, когда их функциональные свойства зависят от свойств не только непрерывной, но и дисперсной фаз.

Рис.10. Зависимость индекса расширения экструдатов изолята белков бобов сои от содержания в них картофельного крахмала (экструзию проводили в условиях «взрывного» испарения воды с использованием структурирующей фильеры диаметром 3 мм)

Исследования индекса расширения экструдатов пористой макростуктуры, полученных на основе смесей биополимеров различной структуры, показывают, что существенное влияние на его величину, помимо взрывного испарения воды, оказывает состав экструдируемой смеси. Как видно из рис. 10, индекс расширения экструдатов, полученных на основе смесей биополимеров, всегда больше индекса расширения экструдатов, полученных на основе индивидуальных компонентов экструдируемой смеси. Такое поведение, при прочих равных условиях, обусловлено увеличение вклада эластических свойств дисперсных частиц гетерофазного расплава биополимеров.

Аналогичные результаты были получены при исследовании экструлатов рисовой крупки с казеинатом натрия. В отличие от последних, индекс расширения экструдатов, полученных на основе рисовой крупки с сухим обезжиренным молоком и концентратом сывороточных белков, падает при увеличении их содержания в экструдируемой смеси. Различия в поведении индекса расширения экструдатов могут быть обусловлены двумя причинами: во-первых, отличием в соотношении вязкостей фаз и, во-вторых, отличием в эластических свойствах дисперсной фазы.

Анализ работ, посвященных изучению функциональных свойств экструдатов, полученных на основе смесей изолята белков сои с различными полисахаридами и желатиной, показывает, что эти свойства зависят от природы и содержания последних в экструдируемой смеси. Так, например в зависимости от состава экструдируемой смеси и природы её отдельных компонентов общее содержание воды в подвергнутых гидротермической обработке экструдатах может быть как больше, так и меньше содержания воды в вареной мышечной ткани коровы, свиньи, трески. Эти результаты дают возможность подобрать состав экструдируемой смеси таким образом, чтобы общее содержание воды в экструдатах и мышечной ткани было одинаковым. Аналогичный вывод получен при анализе характера распределения воды в мышечной ткани и экструдерах, а также их водо - и жиросвязывающей способности (1).

В работе (3) Касьянова Н. И. были проведены исследования по обработке смесей для рецептур экструдированных продуктов на зерновой, мясной и рыбоовощной основах, было отдано предпочтение оборудованию английской фирмы APV Baker.

Была разработана схема производства подушечек с начинкой:

- смешивание основного сырья с добавками;

- приготовление жидких компонентов;

- изготовление продуктов методом экструзии;

- глазирование;

- фасование;

- упаковывание.

Табл. 3. Рецептурный состав «Подушечки с начинкой»

Экструзионной обработке можно подвергать не только многокомпонентное сырье, но и моносырье, например, сорго, соевые бобы, из которых затем можно получать растительное «молоко» и другие продукты.

Также в работе Касьянова Н. И. была рассмотрена оригинальная технология производства рыборастительных крипсов. Рецептурный состав этой продукции включает, %: измельченное зерно сорго 65, картофельное пюре 10, сухое соевое молоко 3, морковь 5, лук 3, сушеный фарш прудовых рыб 8, соль и СО2 – экстракты горького черного перца, душистого перца и лаврового листа.

Рыборастительные крипсы получали при параметрах: частота вращения шнеков 4 с, диаметр фильеры 4мм, начальная температура экструзии 160 С, влажность смеси 18-20%.

Соотношение белков, жиров и углеводов в крипсах было близким к оптимальному; минеральный состав: кальций-магний 1:1,06, кальций-фосфор 1:2,35, содержание эссенциальных жирных кислот 5,5% (3).

В работе 5 предложены способы производства снеков с высоким содержанием белка из крахмала тапиоки, мяса рыбы и частично обезжиренной муки арахиса.

Рыбный фарш (в исследованиях использовали свежую мелкую канальную рыбу) герметизируется в пластиковых морозильных мешках и хранится при - 18 С, а перед использованием размораживается при 7С в течении 12 часов. Крахмал тапиоки и рыбный фарш смешивается в массовом соотношении 60:40. Содержание влаги в смеси доводится до 40% (влажная основа) добавлением воды при перемешивании ленточным смесителем в течении 30 мин. Далее смесь упаковывается в полиэтиленовые пакеты и хранится при – 18 С до использования. Перед использованием смесь размораживается при 7 С в течение 12 часов.

В Испании разработана технология производства муки для детского питания, получаемая экструдированием смеси рисовой и соевой муки (70:30) с влажностью 18%. Скорость подачи смеси в двухшнековый экструдер составляет 20,8 кг/ч, частота вращения шнека – 100 мин, диаметр выходных отверстий – 5мм. Наилучшее качество продукта достигается при температурах в 1-4-й зонах экструдера 30-80-80-160 и 30-80-100-120 С. Пробы муки после экструдирования не содержат активного ингибитора трипсина.

Фирмой «Nestle» предлагался способ производства термообработанных и экструдированных рисовых гранул, восстанавливаемых в холодной и теплой воде. В состав гранулированного продукта входит рисовая мука со степенью клейстеризации 50…95% (предпочтительно 75…85%), 5…30% воды, 3…9% жиров и 0,1…3,0% полипропиленгликольальгината. Дополнительно в состав продукта включают 0,1…1,0% эмульгатора или эмульсионной смеси. Степень полимеризации полипропиленгликольальгината соответствует вязкости 0,01…0,10 Па*с, предпочтительно 0,01…0,05 Па*с, при температуре 20…30С в 0,5…1,5% растворе. Смесь рисовой муки, воды, жиров и полипропиленгликольальгината подвергают тепловой обработке в варочном экструдере при температуре 70…150 С с целью частичной клейстеризации крахмала, получая гранулированный экструдат, который затем подсушивают с целью доведения содержания влаги в нем до 5…7%.

В Японии разработана лапша, содержащая 20…50% пюре тофу (соевый творог), отличающаяся улучшенной текстурой и хорошими вкусовыми свойствами. Средний диаметр частиц пюре 35 мкм. Экструдат нарезают в виде элементов длиной 25 см и подвергают сушке в течение 12 мин при 105С, после чего продукт охлаждают до 20С, получая 5 кг спагетти с содержанием влаги 8%.

Французской фирмой «Clextral» предложен способ непрерывного производства закусочного пищевого продукта в виде шариков с увеличиваемым объемом из натурального крахмалосодержащего сырья. Содержание влаги в готовом продукте составляет 9…14%. Сырье предварительно кондиционируют путем добавления воды или водяного пара с целью доведения содержания влаги до 15…40%; непрерывно подают материал в экструдер, где он подвергается тепловой обработке до достижения температуры 70…150С. На выходе масса дегазируется и охлаждается до 50…95С. Экструдированный жгут, ориентированный в вертикальном направлении, вводится в камеру разделения, нарезается на полосы с целью изготовления из них шариков (5).

В работе Бурцева А. В. (2) усовершенствована технология производства экструдированных продуктов на основе растительного и животного сырья. Разработаны рецептурные композиции экструдатов, сбалансированные по аминокислотному составу, имеющие высокую пищевую ценность.

Исходными данными для выполнения первого этапа моделирования явилась совокупность ингридиентов, выбранных автором в качестве наиболее соответствующих требованиям экструзионной технологии в целом, а также аминокислотный состав эталонного белка. Для расчета рецептур использовали программный пакет расчета рецептур пищевых продуктов GENERIC 2.1., разработанную канд. техн. Наук А. А. Запорожским и В. А. Запорожским. В качестве определяющего выбрали белковый модуль этой программы, как наиболее важный для моделирования высокобелковых экструдированных продуктов. В резуальтате моделирования аминокислотного состава получили четыре базовые рецептурные композиции, приведенные в таблице 4. Выбор рецептур производили из пятидесяти вариантов, распределенных по значению обобщенного показателя функции желательности Харрингтона. В дальнейшем состав этих рецептур отрабатывали на экструзионной установке.

Табл. 4. Рецептурный состав по белковым ингредиентам базовых композиций, полученных при моделировании белкового модуля

Табл. 5. Общий химический состав рецептурных смесей до экструдирования

Табл.6. Химический состав экструдатов после проведения процесса экструзии.

В таблице 7 приведен компонентный состав рецептурных композиций, обработкой которых в лабораторной экструзионной установке были получены исследуемые образцы экструдированных продуктов.

Табл.7. Компонентный состав рецептурных композиций

Использование в модельных рецептурах СО2-экстракты представляли собой растворы в растительном масле, соотношение масла и экстракта 5:1.

Комплексную оценку экструдированных образцов проводили по следующим показателям: общий химический состав, характеризуемый массовыми долями влаги, белков, липидов, и углеводов, аминокислотный состав белков, относительная биологическая ценность, показатели безопасности, органолептическая оценка.

Экспериментальные данные, полученные при изучении химического состава опытно-промышленных образцов экструдированных продуктов с повышенным содержанием протеинов приведены в таблице 8.

Табл. 8. Пищевая и энергетическая ценность экструдированных продуктов с повышенным содержанием протеинов.

Усвояемость экструдированных продуктов с повышенным содержанием протеинов составила 96,5%, что близко к эталонному значению, намного превосходящую усвояемость аналогичных экструдированных продуктов, например зерновых «Сухих завтраков» (2).

Обработка растительного сырья термопластической экструзией обеспечивает большой объем и разнообразие производимой продукции и высокий экономический эффект, обусловленный прежде всего тем, что один экструдер может заменить целый комплекс машин и механизмов, необходимых для производства продуктов. Его использование позволяет сделать процесс непрерывным, легко контролируемым, универсальным по видам перерабатываемого сырья и готовых продуктов.

Экструзионная обработка растительного сырья – универсальный, экологически безопасный и ресурсосберегающий процесс, позволяющий получать легкоусвояемые стерилизованные продукты с улучшенными вкусовыми свойствами.

Экструзия – идеальный технологический процесс для обогащения продуктов белками, волокнами, витаминами и другими веществами. Возможность регулирования состава продуктов в сторону увеличения содержания белков, витаминов или минеральных веществ играет важную роль в профилактике многих заболевания человека.

Малый вес при большом объеме обуславливает два основных недостатка экструдатов: для их хранения требуются значительные площади, их транспортировка требует значительных расходов.