СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОЭКСТРУЗИОННЫХ ЗЕРНОВЫХ ПАЛОЧЕК Российский патент 2008 года по МПК A23L1/18 

Изобретение относится к пищеконцентратной промышленности, в частности к способам производства экструдированных продуктов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ производства кукурузных палочек (Кретов И.Т., Остриков А.Н., Кравченко В.М. Технологическое оборудование предприятий пищеконцентратной промышленности: Учебник. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1996. - 448 с.), согласно которому просеянную крупу смешивают в шнековом кондиционере с солью или солевым раствором до влажности 12...13%, при этом соль добавляют из расчета 1% от общей массы смеси, выдерживают крупу в темперирующем бункере в течение 3...4 часа и производят экструзионную обработку.

Недостатками известного способа являются низкая биологическая ценность получаемого продукта и невозможность регулирования его состава.

Техническая задача изобретения - получение комбинированных экструдированных продуктов питания с начинкой, обладающих высоким качеством, сбалансированных по составу, повышение их пищевой и биологической ценности, расширение ассортимента выпускаемых экструдированных изделий при использовании недорогого и широко распространенного сырья.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе производства коэкструзионных зерновых палочек, включающем просеивание исходных продуктов, увлажнение, выдерживание в бункере, экструдирование, новым является то, что в качестве исходных продуктов используют люпин узколистный, кукурузу и пшеницу, предварительно измельченные до размера частиц 0,16...0,63 мм, смешивают их в соотношении, мас.%: люпин - 27...31%, кукуруза - 36...40%, пшеница - 31...35%, увлажняют полученную смесь до 20...30% и производят обработку на шнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 378...403 К, частоте вращения шнека 1...2 с^-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 5...8 МПа, вводя в центральную зону экструзионного жгута жировую, белковую или витаминную начинку.

Технический результат изобретения заключается в получении качественных экструдированных продуктов питания с начинкой, сбалансированных по составу, с высокой пищевой и биологической ценностью при соблюдении рациональных параметров процесса (температуры перед матрицей, частоты вращения шнека и др.).

На фиг.1 изображена сравнительная характеристика аминокислотного состава кукурузных палочек и коэкструзионных зерновых палочек; на фиг.2 - сравнительная характеристика аминокислотного скора (АКС) кукурузных палочек и коэкструзионных зерновых палочек; на фиг.3 - сравнительная характеристика биологической ценности и коэффициента различия аминокислотного скора (КРАС) кукурузных палочек (а) и коэкструзионных зерновых палочек (б); на фиг.4 - диаграмма пищевой ценности коэкструзионных зерновых палочек в сравнении с формулой сбалансированного питания.

Получение экструдированных продуктов из крахмалсодержащих круп, богатых белком - одно из перспективных направлений производства взорванных продуктов. Однако производство нового пищевого продукта на основе только одного компонента было бы нецелесообразно.

После анализа известных зерновых культур за основу был взят люпин узколистный сорта «Надежда», содержащий 34% белка, 6% жира, 16% воды. Белок люпина богат такими незаменимыми аминокислотами, как лейцин, изолейцин и фенилаланин.

Для повышения биологической ценности и сбалансированности состава продукта в качестве составляющих были внесены кукурузная и пшеничная крупа в количестве 36...40% и 31...35% от массы смеси соответственно. Внесение в исходную смесь кукурузной и пшеничной круп, богатых крахмалом (содержание крахмала 55,3% и 54,5% соответственно), компенсирует его пониженное содержание в люпиновой крупе (27,1%), поэтому соотношение углеводы - белки в полученном экструдате близко к рекомендованному 4:1, составляя 3,48:1.

Это позволяет получать качественные экструдированные продукты с хорошим для продуктов с начинкой коэффициентом расширения. В зависимости от дальнейшей целевой направленности продуктов внутрь их вводится начинка, богатая белком, жиром или витаминами.

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве исходного сырья используют: люпин узколистный сорта «Надежда» (ГОСТ 11321-89), кукурузную крупу (ГОСТ 13634-90) и пшеничную крупу (ГОСТ 9353-90).

Все компоненты измельчают до размера частиц 0,16...0,63 мм, просеивают и смешивают в следующем соотношении компонентов, мас.%: 27...31% люпина узколистного, 36...40% кукурузной крупы и 31...35% пшеничной крупы, увлажняют полученную смесь до 20...30%, выдерживают в темперирующем бункере для равномерного распределения температуры и влаги 3...4 часа.

Далее осуществляют обработку полученной смеси на шнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 378...403 К, частоте вращения шнека 1...2 с^-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 5...8 МПа.

Перерабатываемый материал через загрузочный патрубок поступает в рабочую камеру, где перемещается шнеком к матрице.

По мере продвижения продукт в зоне смешения частично перемешивается, в зоне сжатия происходит скачкообразное увеличение давления и уплотнение продукта вследствие резкого уменьшения размеров винтового канала. В зоне пластификации осуществляется частичное превращение гранул продукта в расплав за счет трения между частицами продукта и витками шнека.

Затем происходит дальнейшее сжатие продукта. Далее в зоне гомогенизации происходит превращение размягченных гранул в однородный расплав за счет возрастания давления. Давление расплава продукта в зоне дозирования достигает необходимого значения, обеспечивается окончательное расплавление мелких включений и образуется расплав однородный по структуре и температуре. Это позволяет для нормальной работы экструдера иметь заданную, однородную по сечению температуру расплава продукта.

В зоне стабилизации происходит выравнивание давления и температурных полей расплава продукта. Затем он попадает в предматричную зону и продавливается через выходное отверстие в матрице в виде полого жгута. В осевую часть жгута насосом для вязких сред подается жировая, белковая или витаминная начинка, увеличивающая массовое содержание определенного компонента в продукте.

После выхода продукта из матрицы в результате резкого перепада температуры и давления происходит мгновенное испарение влаги, аккумулированная продуктом энергия высвобождается со скоростью, примерно равной скорости взрыва, что приводит к образованию пористой структуры и увеличению объема экструдата (расширению). При этом в результате «взрыва» продукта (или «декомпрессионного шока») происходят глубокие преобразования его структуры: разрыв клеточных стенок, деструкция, гидролиз [Остриков А.Н. Экструзия в пищевых технологиях [Текст] / А.Н.Остриков, О.В.Абрамов, А.С.Рудометкин - СПб.: ГИОРД, 2004. - 288 с.]. В результате получают коэкструзионные зерновые продукты с начинкой хорошего качества.

Способ поясняется следующим примерами.

Пример 1. Люпин, кукурузу и пшеницу измельчают до размера частиц от 0,16 до 0,32 мм, просеивают и смешивают в шнековом кондиционере в следующем соотношении компонентов, мас.%: 29% крупы люпина узколистного, 38% крупы кукурузы и 33% пшеничной крупы, увлажняют полученную смесь до 22%. Затем выдерживают крупу в темперирующем бункере в течение 4 часов для равномерного распределения температуры и влаги. Далее осуществляют обработку полученной смеси на шнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 388 К, частоте вращения шнека 2 с^-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 7 МПа.

Данные по примеру 1 представлены на фиг.1-4.

В отношении обоснования выбора размера частиц 0,16...0,63 мм. Переработка смеси с размером частиц более 0,63 мм приводит к значительному перерасходу электроэнергии и получению продукта неоднородной консистенции из-за образования неоднородного по структуре расплава в зоне гомогенизации экструдера. И, наоборот, уменьшение размера частиц менее 0,16 мм приводит к увеличению порошкообразных фракций, которые запекаются и не способствуют образованию однородного расплава.

При обосновании выбора компонентов и их дозировки учитывали ряд факторов: необходимость получения качественных коэкструзионных продуктов питания, сбалансированных по составу; повышение их пищевой и биологической ценности; максимальное обогащение экструдированного продукта пищевыми компонентами, ориентированными на определенные слои населения (спортсмены, люди с недостатком белков, витаминов и т.д.); достижение приятного вкуса и аромата.

Необходимость увлажнения смеси до 20...30% обусловлена следующими соображениями. Доказано, что расширение продукта непосредственно на выходе из отверстий матрицы является следствием физических свойств воды [Остриков А.Н. Экструзия в пищевых технологиях [Текст] / А.Н.Остриков, О.В.Абрамов, А.С.Рудометкин - СПб.: ГИОРД, 2004. - 288 с.]. При таких термических условиях (изменение температуры в экструдере может быть в пределах 403...573 К) и под очень большим давлением (5...8 МПа) вода существует только в жидком состоянии. Когда пластифицированный материал выходит из матрицы и достигает атмосферного давления, вода из состояния перегретой жидкости мгновенно превращается в пар, выделяя значительное количество энергии. Под действием давления пара в продукте образуются поры, а оставшиеся целыми крахмальные зерна разрываются. Если влаги в смеси было менее 20%, то ее оказывалось недостаточно и продукт на выходе из экструдера не расширялся. И, наоборот, если влаги в продукте было более 30%, это также приводило к снижению степени расширения, так как при этом формируется более плотная структура продукта с грубой консистенцией. Причина этих изменений заключается в том, что при увеличении влажности повышается пластичность массы, а это обуславливает снижение механических напряжений в экструдате. Следовательно, количество теплоты, выделяемой в результате работы сил вязкого трения, оказывалось недостаточно для получения вспученной структуры.

Экструдер должен работать при давлении продукта в предматричной зоне, не превышающем оптимального значения (5...8 МПа). Это необходимо, так как величина давления однозначно определяет температуру обработки продукта, от которой в свою очередь зависит качество готового изделия. Установлено, что основные компоненты (углеводы, белки, жиры, витамины и др.) пищевых продуктов имеют различную оптимальную температуру, необходимую для протекания полных и качественных физико-химических изменений при экструзии [Остриков А.Н. Экструзия в пищевых технологиях [Текст] / А.Н.Остриков, О.В.Абрамов, А.С.Рудометкин - СПб.: ГИОРД, 2004. - 288 с.].

Для эффективного и качественного протекания экструзии необходимо подобрать такой характер изменения температуры, при котором основные компоненты продуктов подвергались бы, с одной стороны, полной гидротермической обработке, а с другой - на них оказывалось «мягкое» (щадящее) температурное воздействие, предотвращающее их термическое разложение.

Экспериментально установлено, именно частота вращения шнека n=1...2 с^-1 позволяет достичь давления в предматричной зоне экструдера Р=5...8 МПа, что как раз и обеспечивает достижение температуры продукта перед матрицей Т=378...403 К. В этом диапазоне температур происходят полные и глубокие физико-химические изменения белков, углеводов и других компонентов, придающие им свойства, наиболее приемлемые для полного усваивания человеческим организмом.

Полученные при рациональных параметрах процесса зерновые продукты с различными начинками были исследованы по комплексу показателей, характеризующих потребительские свойства, пищевую и энергетическую ценность готового изделия. Их зерновую оболочку измельчают, просеивают через металлическую сетку №025 (ГОСТ 4601-73) и подвергают анализам. Коэкструзионные зерновые палочки анализируют по органолептическим показателям по ГОСТ 15113.3-77, влажности - по ГОСТ 15113.4-77, кислотности - по ГОСТ 15113.5-77.

Органолептические показатели: получены продукты в виде прямых или изогнутых коротких изделий кольцевого поперечного сечения, с шероховатой поверхностью и развитой пористостью. По цвету (желтому с кремовым оттенком), вкусу и аромату (соответствующему исходному виду сырья) экструдаты имеет удовлетворительные потребительские данные, характерные для такой группы пищевых продуктов, как «подушечки» и «трубочки». В качестве начинки для продуктов используют ароматические жировые и белоксодержащие продукты, такие как сырная и шоколадная паста, а также фруктовые джемы, увеличивающие общее содержание витаминов в продукте.

Для оценки качественных характеристик зерновых продуктов с начинкой были исследованы следующие их физико-химические свойства: набухаемость (водопоглотительная способность), растворимость и водоудерживающая способность зерновой оболочки. Эти важные показатели, демонстрирующие возможность экструдата связывать воду и растворяться в ней, характеризуют его углеводный состав, а также потребительские свойства и частично усвояемость продукта. Получены следующие результаты: набухаемость - 2,2 г/г; растворимость соответственно 40,5%; водоудерживающая способность измельченной оболочки экструдатов - 3,15 г/г. Установлено, что данные показатели зерновых продуктов соответствуют аналогичным, свойственным традиционным подушечкам и трубочкам с начинкой.

Определение биологической ценности экструдатов. Оценку аминокислотной сбалансированности и биологической ценности продуктов проводили по следующим показателям: коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС) и биологическая ценность (БЦ) пищевого белка. Для сравнения и расчета биологической ценности зерновой оболочки продуктов параллельно приведены данные по аминокислотному составу кукурузных палочек (фиг.1).

Анализ данных показал, что количество незаменимых аминокислот в зерновых продуктах с начинкой на 143% превышает их содержание в широко распространенных кукурузных палочках. Это обусловлено тем, что входящие в состав смеси люпин узколистный и пшеница содержат больше белка, чем кукурузная крупа.

При этом наблюдается более сбалансированное содержание незаменимых аминокислот: изолейцин, лейцин, лизин, метионин + цистин, треонин, что показывает аминокислотный скор, стремящийся к 100% (фиг.2).

Рассчитанные значения биологической ценности и КРАС зерновых палочек в сравнении с традиционными кукурузными палочками приведены на фиг.3.

Анализ пищевой ценности разработанных экструдированных продуктов. Одним из основных требований к продуктам питания, помимо высоких потребительских свойств, является сбалансированность их состава.

Соотношение компонентов в «идеальном» продукте, обоснованное Институтом Питания Академии медицинских наук РФ, в сравнении с составом полученных экструдатов представлено на фиг.4. Как видно из диаграммы, за счет потребления 100 г зерновых палочек можно удовлетворить суточную потребность в белке на 20,6%, углеводах - 12,9%. Сравнительный анализ полученных результатов показал, что готовый продукт имеет достаточно близкое к оптимальному соотношение углеводов и белка, которое может изменяться в зависимости от подаваемой внутрь продукта начинки.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволит:

- получать экструдированные зерновые продукты с хорошими потребительскими свойствами и высокой биологической и пищевой ценностью;

- использовать в качестве исходных компонентов для зерновой оболочки продукта широко распространенные и недорогие виды сырья;

- расширить ассортимент выпускаемой продукции.

Изобретение относится к пищеконцентратной промышленности, в частности к способам производства экструдированных продуктов. Способ производства коэкструдированных зерновых палочек включает в себя просеивание исходных продуктов, увлажнение, выдерживание в бункере, экструдирование. В качестве исходных продуктов используют предварительно измельченные люпин узколистный, кукурузу и пшеницу, смешивают их в соотношении, мас.%: люпин - 27...31%, кукуруза - 36...40%, пшеница - 31...35%. Полученную смесь увлажняют до 20...30% и производят обработку на шнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 378...403 К, частоте вращения шнека 1...2 с^-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 5...8 МПа. В центральную зону экструзионного жгута вводят жировую, белковую или витаминную начинку. Изобретение позволяет получить комбинированный экструдированный продукт питания с начинкой, который обладает высоким качеством, сбалансированным составом, повышенной пищевой и биологической ценностью, а также позволяет расширить ассортимент выпускаемых экструдированных изделий при использовании недорогого и широко распространенного сырья. 4 ил.

Способ производства коэкструзионных зерновых палочек, включающий просеивание исходных продуктов, увлажнение, выдерживание в бункере, экструдирование, отличающийся тем, что в качестве исходных продуктов используют люпин узколистный, кукурузу и пшеницу, предварительно измельченные до размера частиц 0,16...0,63 мм, смешивают их в соотношении, мас.%: люпин 27...31%, кукуруза 36...40%, пшеница 31...35%, увлажняют полученную смесь до 20...30% и производят обработку на шнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 378...403 К, частоте вращения шнека 1...2 с^-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 5...8 МПа, вводя в центральную зону экструзионного жгута жировую, белковую или витаминную начинку.