СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРУДИРОВАННЫХ ТЕКСТУРАТОВ Российский патент 2010 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 экструдированного продукта [Пат. №2313953, МПК⁷ А23L 1/18, А23L 1/20, A23P 1/12. Остриков А.Н., Глухов М.А., Рудометкин А.С. №2006122890/13. Заявл. 27.06.2006, Опубл. 10.01.2008, БИ №1], заключающийся в том, что в качестве исходных продуктов используют пшеницу и фасоль, культуры измельчают до размера частиц от 0,32 до 0,63 мм, смешивают в пропорции 3:2, увлажняют до 14…18% и осуществляют обработку на двухшнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 420…435 К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,5…7,0 МПа.

Недостатками известного способа являются низкая биологическая ценность получаемого продукта и несбалансированность его состава, а также невысокое качество готового продукта вследствие использования целых зерен фасоли.

Техническая задача изобретения - разработка способа производства экструдированных текстуратов, позволяющего получить комбинированные экструдированные текстураты высокого качества, сбалансированные по белковому составу, повысить их пищевую и биологическую ценность, расширить ассортимент экструдированных текстуратов при использовании их в качестве полуфабрикатов, широко применяемых в мясной, молочной, хлебопекарной, макаронной и других отраслях пищевой промышленности.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ производства экструдированных текстуратов, характеризующийся тем, что зерновые культуры люпин, фасоль, чечевица и кукуруза измельчают от 0,6 до 0,7 мм, смешивают их в соотношении 12,1:11,7:65,0:11,2 по массе, увлажняют до 15…16% и осуществляют обработку на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 403…408 К и давлении в предматричной зоне экструдера 5,5…6,2 МПа.

Технический результат изобретения заключается в получении качественных экструдированных текстуратов с высокой пищевой и биологической ценностью при соблюдении рациональных параметров процесса (температуры и давления перед матрицей и др.).

На фиг.1 изображена сравнительная характеристика биологической ценности (БЦ) и коэффициента расхождения аминокислотного скора (КРАС): а - люпин (БЦ - 68%; КРАС - 32%); 6 - фасоли (БЦ - 45%; КРАС - 55%); б - чечевица (БЦ - 55%; КРАС - 45%); г - кукуруза (БЦ - 54%; КРАС - 46%); д - исходной смеси (БЦ - 59%; КРАС - 41%); е - экструдированного текстурата (БЦ - 62%; КРАС - 38%), на фиг.2 - полученный экструдированный текстурат.

Получение экструдированных текстуратов - одно из перспективных направлений комплексной переработки зернового сырья.

Большинство производимых в настоящее время экструдированных продуктов не сбалансированы по аминокислотному составу, поскольку их основу чаще всего составляет один компонент (рис, кукуруза и т.д.). Поэтому для повышения их биологической ценности и сбалансированности по аминокислотному составу необходимо научное обоснование выбора новых поликомпонентных смесей с повышенным содержанием белка.

При выборе рецептурного состава зерновой смеси (смешивание люпина, фасоли, чечевицы и кукурузы в пропорции 12,1:11,7:65,0:11,2) учитывали ряд факторов. Во-первых, необходимость максимального обогащения экструдированного текстурата, содержащего, в основном, углеводы, белковыми компонентами для достижения их лечебно-профилактической или физиологической дозы. Во-вторых, достижение приятного вкуса и привлекательной структуры, характерной для продуктов данного класса. Стоит отметить, что именно внешний вид является одним из основных факторов при выборе потребителем продуктов питания. Поэтому наряду с развитой структурой экструдированного текстурата необходимо стремиться к получению продуктов, сбалансированных по пищевой и биологической ценности.

Способ осуществляют следующим образом.

В качестве исходного сырья используют: люпин (ГОСТ 11321-89 Люпин кормовой. Требование при заготовках и поставках); фасоль (ГОСТ 7758-75 Фасоль продовольственная. Технические условия); чечевица (ГОСТ 10417-74 Чечевица мелкосеменная. Требование при заготовках и поставках); кукуруза (ГОСТ 13634-90 Кукуруза. Требование при заготовках и поставках). Исходное сырье измельчают в дробилке и отсеивают через сито №2 с целью выравнивания гранулометрического состава от 0,6 до 0,7 мм, затем загружают в смеситель и тщательно смешивают в соотношении компонентов 12,1:11,7:65,0:11,2 по массе, увлажняют до 15…16%. Далее осуществляют обработку подготовленной смеси на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 403…408 К и давлении в предматричной зоне экструдера 5,5…6,2 МПа.

Перерабатываемая смесь зерновых продуктов через загрузочный патрубок поступает в рабочую камеру экструдера, 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 шнеков. В зоне пластификации осуществляется 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.

После выхода продукта из матрицы в результате резкого перепада температуры и давления происходит мгновенное испарение влаги, аккумулированная продуктом энергия высвобождается с большой скоростью, что приводит к образованию пористой структуры и увеличению объема экструдата (вспучиванию), который выходит из матрицы в виде жгута. При этом в результате «взрыва» продукта (или «декомпрессионного шока») происходят глубокие преобразования его структуры: разрыв клеточных стенок, деструкция, гидролиз [Остриков А.Н. Экструзия в пищевой технологии / А.Н.Остриков, О.В.Абрамов, А.С.Рудометкин. - С-Пб:. ГИОРД - 2004. - 288 с.].

При этом получают экструдированный текстурат хорошего качества, степень вспучивания которых составляет около 300% при диаметре матрицы 6·10^-3 м (степень вспучивания определяется как отношение площади поперечного сечения экструдата к площади выходного отверстия матрицы экструдера). На выходе из экструдера установлен вращающийся нож, который в зависимости от скорости вращения разрезает экструдированный жгут, выходящий из матрицы, на палочки (фиг.2).

Способ поясняется следующим примером.

Пример. Люпин, фасоль, чечевицу и кукурузу измельчают до размера частиц от 0,6 до 0,7 мм, смешивают в соотношении компонентов 12,1:11,7:65,0:11,2 по массе, увлажняют до 16% и осуществляют обработку на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 405 К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,0 МПа. При этом степень вспучивания экструдированных продуктов составляет 300%.

Использование измельченного сырья с размером частиц до 0,6 мм, например 0,4 мм, приводит к неустойчивому процессу экструзии, забиванию продуктом выходного отверстия. В результате экструзии сырья с размером частиц более 0,6 мм, например 0,8 мм, вспучивание продукта осуществляется неравномерно, продукт обладает неравномерной по сечению пористостью. В сечении продукта можно было различить включение небольшого количества частиц, что можно объяснить неполным переходом частиц смеси в расплав.

Смешивание измельченного исходного сырья люпина, фасоли, чечевицы и кукурузы в соотношении компонентов 12,1:11,7:65,0:11,2 по массе позволило получить исходную рецептурную смесь, наиболее сбалансированную по содержанию белка (фиг.1). Оценка содержания аминокислот и биологической ценности отдельных компонентов смеси (люпина, фасоли, чечевицы и кукурузы) и экструдированного текстурата, приведенная на фиг.1, по коэффициенту различия аминокислотного скора (КРАС) и биологической ценности {БЦ) пищевого белка, доказывают сбалансированность экструдированного текстурата по белку.

Необходимость увлажнения смеси (до 15…16%) обусловлена следующими соображениями. Доказано, что расширение продукта на выходе из отверстий матрицы непосредственно является следствием физических свойств воды [Остриков А.Н. Экструзия в пищевой технологии / А.Н.Остриков, О.В.Абрамов, А.С.Рудометкин. - С-Пб:. ГИОРД - 2004. - 288 с.]. При таких термических условиях (изменение температуры в экструдере может быть в пределах от 130 до 200°С) и под очень большим давлением 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 15%, например 14%, то ее оказывалось недостаточно и продукт на выходе из экструдера не вспучивался. И, наоборот, если влаги в продукте было более 16%, например 19%, это также приводило к снижению степени вспучивания, 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. 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.

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.

Анализ теоретических и экспериментальных данных [Остриков А.Н. Экструзия в пищевой технологии / А.Н.Остриков, О.В.Абрамов, А.С.Рудометкин. - С-Пб:. ГИОРД - 2004. - 288 с.] показал, что для качественного проведения экструзионной обработки необходимо плавное повышение температуры продукта с последующей стабилизацией. Экспериментально установлено, что для данного экструдированного текстурата температура перед матрицей Т=403…408 К позволяет достичь давления в предматричной зоне экструдера Р=5,5…6,2 МПа. Именно в этом диапазоне температур в смеси 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 экструдированный текстурат был исследован по комплексу показателей, характеризующих потребительские свойства, пищевую и энергетическую ценность готового изделия. Его измельчали, просеивали через металлическую сетку №025 (ГОСТ 4601-73) и подвергали анализам. Экструдированный текстурат анализировали по органолептическим показателям по ГОСТ 15113.3-77, влажности - по ГОСТ 15113.4-77.

Органолептические показатели: получен экструдированный текстурат в виде палочек округлого поперечного сечения с шероховатой поверхностью и развитой пористостью. По цвету (светло серый), вкусу и аромату (соответствующему исходному виду сырья) экструдат имеет удовлетворительные потребительские данные.

Для оценки качественных характеристик экструдированного текстурата были исследованы их физико-химические свойства: набухаемость (водопоглотительная способность) и влажность. Эти физико-химические характеристики соответствовали нормам для этой категории изделий: набухаемость экструдированного текстурата составляла 39 г/г, влажность - 7,5%. Эти важные показатели, демонстрирующие возможность текстурата связывать воду и растворяться в ней, характеризуют его углеводный и белковый состав, а также потребительские свойства и частично усвояемость продукта.

Определение биологической ценности экструдатов. Оценку аминокислотной сбалансированности и биологической ценности экструдированного текстурата проводили по следующим показателям: коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС) и биологическая ценность (БЦ) пищевого белка. Для сравнения приводим данные по БЦ и КРАС люпина, фасоли, чечевицы и кукурузы (фиг.1).

Предложенный способ производства экструдированных текстуратов позволяет:

- получить экструдированный текстурат высокого качества за счет соблюдения рациональных параметров процесса;

- получать экструдированные текстураты с хорошими потребительскими свойствами и достаточно высокой биологической и пищевой ценностью; они более сбалансированы по составу незаменимых аминокислот, а также оптимизированы по критерию «коэффициент различия аминокислотного скора» (КРАС);

- использовать в качестве исходных компонентов смеси широко распространенные и недорогие виды сырья, расширить ассортимент выпускаемой продукции.

Изобретение относится к пищеконцентратной промышленности, в частности к способам производства экструдированных продуктов. Зерновые культуры люпин, фасоль, чечевица и кукуруза измельчают от 0,6 до 0,7 мм, смешивают их в соотношении 12,1:11,7:65,0:11,2 по массе, увлажняют до 15…16% и осуществляют обработку на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 403…408 К и давлении в предматричной зоне экструдера 5,5…6,2 МПа. Изобретение позволяет получить комбинированные экструдированные текстураты высокого качества, сбалансированные по белковому составу, повысить их пищевую и биологическую ценность, расширить ассортимент экструдированных текстуратов при использовании их в качестве полуфабрикатов, широко применяемых в мясной, молочной, хлебопекарной, макаронной и других отраслях пищевой промышленности. 2 ил.

Способ производства экструдированных текстуратов, характеризующийся тем, что зерновые культуры люпин, фасоль, чечевицу и кукурузу измельчают от 0,6 до 0,7 мм, смешивают их в соотношении 12,1:11,7:65,0:11,2 по массе, увлажняют до 15…16% и осуществляют обработку на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 403…408 К и давлении в предматричной зоне экструдера 5,5…6,2 МПа.