Способ производства экструдированных зерновых палочек

Способ производства экструдированных зерновых палочек

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ приготовления экструзионных продуктов (Патент №1829916, МКИ³ А 23 Р 1/08, опубл. 23.07.1993 г., Б.И. №27), заключающийся в смешивании продуктов с последующим экструдированием смеси.

Недостатками известного способа являются ограниченность его применения в плане переработки зернового сырья, а также жесткие режимы процесса - высокие давления и температуры, что нежелательно при экструдировании термолабильных пищевых смесей.

Техническая задача изобретения - получение комбинированного экструдированного продукта высокого качества, повышение его пищевой ценности и расширение ассортимента выпускаемых экструдированных изделий.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства экструдированных зерновых палочек, включающем измельчение исходных продуктов, смешивание и экструдирование полученной смеси, новым является то, что в качестве продуктов используют гречневую крупу и сою, культуры измельчают до размера частиц от 0,32 до 0,63 мм, смешивают в пропорции 6:1, увлажняют до 14...18% и осуществляют обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 450...455К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,5...7,0 МПа, полученный экструдат дражируют сахаровитаминной добавкой.

Технический результат изобретения заключается в получении качественного экструдированного продукта с высокой пищевой ценностью при соблюдении рациональных параметров процесса (температуры и давления перед матрицей и др.), а также в расширении ассортимента выпускаемых экструдированных изделий.

На фиг.1 изображена сравнительная характеристика аминокислотного состава экструдированных зерновых палочек и эталонного белка по шкале ФАО/ВОЗ палочек; на фиг.2 - диаграмма пищевой ценности экструдированных палочек в сравнении с формулой сбалансированного питания.

При выборе рецептурного состава зерновой смеси гречихи и сои учитывали ряд факторов. Во-первых, необходимость максимального обогащения экструдированного продукта, в основном содержащем углеводы, белками и минеральными веществами 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 необходимо наряду с развитой структурой экструдатов стремиться к получению сбалансированных по пищевой ценности продуктов. Включение растительных белков в пищевые продукты с целью повышения их содержания в рационах, замены традиционных белков или создания новых видов продовольственных товаров и кулинарных изделий должно удовлетворять определенным требованиям с точки зрения гигиены и питательности.

Способ осуществляется следующим образом. В качестве исходного сырья использовали: гречневую крупу (ГОСТ 5550-74) и сою (ГОСТ 17109-88). Исходное сырье измельчали в дробилке и отсеивали через сито №2 с целью выравнивания гранулометрического состава от 0,32 до 0,63 мм, затем загружали в смеситель и тщательно смешивали в пропорции 6:1, увлажняют до 14...18%. Далее осуществляли обработку смеси на двушнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 450...455К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,5...7,0 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 частиц продукта в расплав за счет трения между частицами продукта и витками шнека. Затем происходит дальнейшее сжатие продукта. Далее в зоне гомогенизации происходит превращение размягченных частиц 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. 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, что приводит к образованию пористой структуры и увеличению объема экструдата (вспучиванию), при этом происходят глубокие преобразования его структуры: разрыв клеточных стенок, деструкция, гидролиз [Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование// Под. ред. А.Н. Богатырева, В.П. Юрьева. - М.: Ступень, 1994. - 200 с.].

При этом получают хрустящие зерновые палочки хорошего качества, степень вспучивания которых составляет около 400% при диаметре матрицы 3·10^-3 м (степень вспучивания определяется как отношение площади поперечного сечения экструдата к площади выходного отверстия матрицы экструдера).

Полученные экструдированные зерновые палочки загружали в дражировочный барабан и дражировали сахаровитаминной добавкой в течение 5 мин. В состав добавки входят: сахар с размером частиц не более 0,1 мм - 5 г/ 100 г продукта, витамин С - 200 мг/ 100 г продукта, кальций - 150 мг/ 100 г продукта.

Способ поясняется следующими примером.

Гречневую крупу и сою измельчают до размера частиц от 0,32 до 0,63 мм, тщательно смешивают в пропорции 6:1, увлажняют до 14...18% и осуществляют обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 450...455 К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,5...7,0 МПа. При этом степень вспучивания экструдированных зерновых палочек составляет 400%.

Необходимость увлажнения смеси (до 14...18%) обусловлена следующими соображениями. Доказано, что расширение продукта на выходе из отверстий матрицы непосредственно является следствием физических свойств воды [Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование. /Под. ред. А.Н. Богатырева, В.П. Юрьева. - М.: Ступень, 1994. - 200 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 14%, то ее оказывалось недостаточно и продукт на выходе из экструдера не вспучивался. И наоборот, если влаги в продукте было более 18%, 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 [Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование./ Под. ред. А.Н.Богатырева, В.П.Юрьева. - М.: Ступень, 1994. - 200 с.], 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 [Рудометкин А.С. Исследование реологических свойств смеси гречихи и сои как объекта экструзии./ А.С.Рудометкин, А.Н.Остриков, О.В.Абрамов// Хранение и переработка сельхозсырья. - 2001. - №12. С.32-34] показал, что для качественного проведения экструзионной обработки необходимо плавное повышение температуры продукта с последующей стабилизацией. Экспериментально установлено, что для данного продукта температура перед матрицей Т=450...455К позволяет достичь давления в предматричной зоне экструдера Р=6,5...7,0 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 экструдированные зерновые палочки были исследованы по комплексу показателей, характеризующих потребительские свойства, пищевую и энергетическую ценность готового изделия. Их измельчали, просеивали через металлическую сетку №025 (ГОСТ 4601-73) и подвергали анализам. Экструдированные зерновые палочки анализировали по органолептическим показателям по ГОСТ 15113.3-77, влажности - по ГОСТ 15113.4-77, кислотности - по ГОСТ 15113.5-77.

Органолептические показатели: получен продукт в виде прямых или изогнутых коротких палочек округлого поперечного сечения, с шероховатой поверхностью и развитой пористостью. По цвету (кремовому с коричневатым оттенком), вкусу и аромату (соответствующему исходному сырью) экструдат имеет удовлетворительные потребительские данные, характерные для такой группы пищевых продуктов, как «сухие завтраки».

Для оценки качественных характеристик экструдированных гороховых палочек были исследованы следующие их физико-химические свойства: набухаемость - 3,1 г/г, растворимость - 41,2% и водоудерживающая способность измельченного экструдата - 4,55 г/г. Установлено, что данные показатели зерновых палочек соответствуют аналогичным, свойственным традиционным сухим завтракам.

Другие физико-химические характеристики (табл.) также соответствовали нормам для этой категории изделий. Энергетическая ценность полученного продукта составляет 1544,1 кДж/100 г.

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.

Внесение в рецептурную смесь сои, характеризующейся высоким содержанием белков, обуславливает почти двукратное увеличение калорийности экструдированных зерновых палочек.

Количество аминокислот в экструдате превышает их содержание в гречневой крупе, это обусловлено уменьшением конечной влажности экструдата и частично его обогащением белковыми веществами сои, что является подтверждением высокой биологической ценности продукта и целесообразности переработки смеси гречневой крупы и сои экструзией.

ТаблицаФизико-химические показатели экструдата
Наименование показателей	Размерность	Экструдат
Влажность	%	5,9
Кислотность	град	8,1
Насыпная масса	кг/м3	246
Механическая прочность	Н	1,41
Массовая доля общего сахара, в пересчете на СВ	%	3,19
Массовая доля жира, в пересчете на СВ	%	3,7

Анализ пищевой ценности разработанного экструдированного продукта. 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.2. За счет потребления 100 г экструдированных зерновых палочек можно удовлетворить суточную потребность в белке на 29,7%, углеводах - 69,2%, минеральных веществах - 36%.

При достаточно высоком содержании белков, углеводов, витаминов и минеральных веществ готовый продукт беден жирами, минеральными веществами и витаминами. Невысокое содержание жиров и минеральных веществ обусловлено небольшим их содержанием в исходной смеси. В экструдате были обнаружены следы водорастворимых витаминов (группы B₁, В₂, С), жирорастворимые витамины (группы A, D, Е, РР) лучше сохраняются в экструдате, но также в незначительном количестве.

Поэтому применяется дражирование экструдированных зерновых палочек сахаровитаминной добавкой с целью повышения витаминной ценности готового продукта.

Как видно из примера и вышеизложенного, в способе производства экструдированных зерновых палочек наиболее эффективным является то, что в качестве продуктов используют гречневую крупу и сою, культуры измельчают до размера частиц от 0,32 до 0,63 мм, смешивают в пропорции 6:1, увлажняют до 14...18% и осуществляют обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 450...455К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,5...7,0 МПа, полученный экструдат дражируют сахаровитаминной добавкой.

Предлагаемый способ по сравнению с базовым позволит:

- получать экструдированные зерновые палочки 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 при переработке различного сырья с нестабильными свойствами.

Способ производства экструдированных зерновых палочек, включающий измельчение исходных продуктов, смешивание и экструдирование полученной смеси, отличающийся тем, что в качестве продуктов используют гречневую крупу и сою, культуру измельчают до размера частиц от 0,32 до 0,63 мм, смешивают в пропорции 6:1, увлажняют до 14...18% и осуществляют обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 450...455 К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,5...7,0 МПа, полученный экструдат дражируют сахаровитаминной добавкой.