CC BY
155
ДДИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Вд [тема номера ■
Экструзионная технология
пищевых текстуратов
А.Н. Остриков, М.А. Глухов, А.С. Рудометкин, Е.Г. Окулич-Казарин
Воронежская государственная технологическая академия
Проблема дефицита белка и создания продуктов питания с заданными функциональными свойствами является сегодня актуальнейшей задачей [1]. Современные разработки в питании и многогранность мирового продовольственного рынка привели к возрастанию интереса к текстурированным растительным белкам [2]. Текстура представляет собой вместе с внешним видом, вкусом и запахом составляющую часть органолептического качества продукта питания. Ее значимость варьирует в зависимости от пищевого продукта и, как правило, служит критерием выбора и предопределяет цену продукта. Поэтому проблема текстуриро-вания растительных белков и выбор соответствующей технологии — важная задача для производителей пищевых текстуратов.
Процесс текстурирования преследует цель придать волокнистую или сет-чато-пластинчатую (пористую) структуру белковому материалу, не имеющему желаемой естественной структуры. В общем, процесс текстурирования состоит из следующих операций. Во-первых, денатурация, которая заключается в разрушении молекулярных структур посредством разрыва энергетически слабых связей без изменения пептидных связей белка. Затем следует стадия ориентирования, или организация белковых макромолекул, которая может происходить на уровне молекул либо касаться только агрегатов молекул. Далее необходима фиксация организованной структуры благодаря перераспределению совокупности внутри-или межмолекулярных связей, которые были разорваны на первом этапе.
Разработаны различные технологии, использующие различные технические приемы для выполнения каждого из указанных этапов [3, 4]. Промышленное производство текстуратов основано в основном на применении двух широко распространенных методов -филирование (прядение волокон) и термопластическая экструзия.
Филирование сопровождается протеканием большого числа малоизученных физико-химических процессов и требует контроля множества различных параметров, влияющих на качество готового продукта. Процесс требует больших трудозатрат и расходных материалов, высокой степени очистки исходного сырья.
Также разработаны и многие другие методы, которые можно разделить на три большие группы.
1. Технологические процессы на основе термообработки. В эту группу входит текстурирование с паром и тек-стурирование под давлением.
2. Технологии на основе способов обработки сои в странах Востока. Сюда относятся текстурирование посредством уплотнения, замораживания и образование пленок.
Текстурирование уплотнением заключается в осаждении белков соевого молока, полученного из цельных бобов сои, в виде солей кальция.
Текстурирование замораживанием -это замораживание створоженного соевого молока.
В основе текстурирования посредством образования пленок лежит испарение воды и денатурация белков при нагреве.
3. Технологии на основе механической обработки. Эти процессы позволяют добиться макроскопического структурирования однородной белковой пасты посредством интенсивных механических воздействий.
Названным методам текстурирования присущи следующие недостатки: периодичность, зависимость от качества исходного сырья, сложность автоматизации, трудности контроля качества готового продукта на многочисленных промежуточных стадиях производства.
В связи с этим процесс термопластической экструзии представляется наиболее привлекательным как с точки зрения универсальности, технологичности, так и экономичности и производительности.
Экструзия - достаточно распространенный технологический процесс по выработке текстурированных растительных белков. Получаемые продукты не обладают строгой волокнистой структурой, как филированые, а характеризуются сетчато-пластинчатой структурой. Метод экструзии характеризуется непрерывностью, а также высокой производительностью и включает комбинированные воздействия давления, температуры и интенсивной механической обработки на пищевое сырье, а затем формование путем принудительного пропускания через матрицу с фильерами [5]. Процесс ведут, как правило, при давлении до 20 МПа и
температуре более 100 °С, обрабатывая различные белковые системы с влажностью 20—40 %.
Прогрев продукта при его продвижении в экструдере частично обусловлен рассеиванием и превращением в тепло механической энергии при вязкой текучести продукта, которая зависит от реологических свойств продукта и интенсивности сдвига и сжатия. Дополнительный подогрев может быть обеспечен прямым введением водяного пара в продукт и разогревом рабочей камеры с помощью газообразного или жидкого теплоносителя, за счет электрического сопротивления или магнитной индукции. Некоторые зоны экстру-дера можно охлаждать термостатическими рубашками или путем прямого введения воды. Средняя продолжительность нахождения продукта в экструдере в зависимости от условий может составлять от 30 до 120 с. Однако зону экструдера, где давление и температура наиболее высоки, он проходит всего за несколько секунд, что положительно отражается на качественных характеристиках готового продукта.
Вращаемый приводом шнек обеспечивает перемещение продукта из зоны загрузки до матрицы. Геометрические параметры и скорость вращения шнека предопределяют интенсивность механической обработки продукта. Используют различные профили винта с целью постепенного увеличения промешивания продукта и достижения в компрессионной камере высоких давлений и разрывающих усилий. Зазор между шнеком и корпусом постепенно уменьшается за счет увеличения диаметра шнека и укорочения шага винтовой спирали. Наоборот, винт с постоянным профилем должен быть сопряжен с корпусом, оказывающим сопротивление потоку продукта за счет неровной внутренней поверхности.
Введение в состав системы кондиционера для предварительной обработки сырья водой или паром во многом определяет качество продукта. Без использования кондиционера трудно получить хороший, ламинарный по структуре, текстурированный растительный белок. Некондиционирован-ные растительные белки имеют сильную тенденцию скорее увеличиваться в объеме, чем образовывать слои из-за неоднородного проникновения влаги, что не позволяет белковым молекулам выстраивать однородную структуру.
Однородное и полное проникновение влаги в ингредиенты сырья значительно повышает стабильность работы экструдера и качество конечного продукта. Кроме того, так как частицы сырья становятся более пластичными перед попаданием в цилиндр экструдера, его износ значительно уменьшается. Также ароматизаторы, красители и
INNOVATIVE TECHNOLOGIES
другие жидкие добавки могут быть введены на этой стадии процесса, обеспечивая тщательное и непрерывное смешивание всех ингредиентов, поступающих в цилиндр экструдера.
Исследование структуры формуемой массы [4] показало, что под воздействием сдвига, давления и нагрева макромолекулы белковых компонентов теряют свою естественную, организованную структуру и формируют непрерывную, вязкоэластичную массу. Шнеки и формующая матрица выравнивают молекулы в направлении потока. В результате образуется непрерывная белковая фаза, в которой затем появляются отдельные волокна. Этот процесс открывает связывающие участки, что приводит к формированию поперечных связей и образованию расширенной структуры.
Итак, в процессе экструдирования отдельные белковые тела перемещаются вместе в виде ручейков или прядей белка, денатурируются и затем растягиваются и скручиваются один с другим в упругую структуру, которая обеспечивает жевательные свойства текстурата.
Помимо текстурирования пищевых растительных белков, процесс экстру-дирования выполняет ряд других важных функций, выгодно выделяющих его перед другими методами текстурирования [2]. Белки эффективно денатурируются в течение термического процесса экструдирования. Денатурация понижает растворимость белков, делает их усвояемыми, снижает биологическую активность ферментов и токсичных белков [4].
Инактивируются остаточные термолабильные ингибиторы роста, присущие многим растительным белкам в сыром или частично обработанном виде и оказывающие вредный физиологический эффект на организм человека.
В результате экструдирования и декомпрессии в матрице экструдера происходит удаление нежелательных летучих компонентов, придающих неприятный привкус и запах, обычно ассоциируемые с растительными белковыми источниками.
Таким образом, термопластическая экструзия имеет экономические и технологические преимущества перед другими способами получения пищевых текстуратов. Это непрерывный процесс, который позволяет осуществлять несколько технологических операций (приготовление смеси, перемешивание, варка, экструзия, формование) при невысоких затратах. Кроме того, он дает возможность проводить технологическую обработку различных продуктов (муки, концентратов) с высокой производительностью и низкой себестоимостью. Высокая степень автоматизации процесса позволяет ис-
пользовать менее квалифицированный персонал.
Одной из важнейших качественных характеристик пищевых текстуратов, определяющей их технологические свойства, является водопоглотительная способность. На способность растительного белка связывать и удерживать воду значительно влияет тепловая и механическая обработка [3, 7]. В пищевой экструзии для оценки степени воздействия на перерабатываемый материал используется специфическое понятие - SME (specific mechanical energy) [8, 9]. Значение SME характеризует количество удельной механической энергии, отдаваемой экструди-руемому материалу, и может определяться как удельная энергия поглощения или диссипации:
SME =
n бРкЗ
раб з
П m 100 '
max
определяет, по-видимому, характер структуры формирующегося экструда-та, которая влияет на способность экст-рудата поглощать влагу. Следовательно, именно при установленном значении SME образуется такая внутренняя структура пшеничного текстурата, которая позволяет ему обладать наибольшей водоудерживающей способностью.
Благодаря проведенным исследованиям авторами на производственной базе компании United Bakers разработан промышленный пищевой полуфабрикат FUNTEX® BC, который представляет собой помол пшеничного экстру-дата белого цвета. Во Всероссийском
где 5МЕ - удельная энергия поглощения, кДж/кг; праб - скорость вращения шнеков, с-1; птах - максимальная скорость вращения шнеков, с-1; - мощность на валу привода экструдера, кВт; т - производительность, кг/ч; кЗ - коэффициент загрузки, %.
Поглощенная экструдируемым материалом энергия сил сдвига и трения запасается в виде тепловой энергии, количество которой влияет на качественные показатели готового продукта.
В технологии пищевых текстуратов представляет интерес влияние БМЕ на взаимодействие экструдатов с водой при гидратации. Нами была изучена зависимость водоудерживающей способности пшеничного текстурата от количества приложенной энергии (см. рисунок).
Установлено, что для получения пшеничного текстурата с максимальным значением водоудерживающей способности (540 %) необходимо обеспечить приложение БМЕ в количестве около 550 кДж/кг. Данную зависимость возможно объяснить следующим. Известно, что при термопластической экструзии [5] происходит определенное упорядочивание макромолекул биополимеров белка и крахмала в экструдируемом расплаве. Интенсивность прикладываемых сдвиговых усилий (характеризуется уровнем БМЕ)
500 525 550 SME, кДж/кг
Зависимость водоудерживающей способности пшеничного текстурата от количества приложенной энергии
Таблица 1
Результаты исследований пшеничного текстурата
Показатель Фактическое значение
вода 2% р-р соли
Водоудерживающая способность, % 540
Жироудерживающая способность, % 170
Жироэмульгирующая способность, % 50,7 51,0
Стабильность эмульсии, % (термообработка: Т = 80 °С, 30 мин, центрифугирование: 20 °С, фактор разделения 280 д) 51,3 49,6
Время набухания, мин 6 -
Критическая концентрация структурированных систем, г/100 мл 14,0
рН 10% дисперсии 6,25 -
Таблица 2
Сравнительный анализ пищевых текстуратов
Показатель FUNTEX® BC Соевый тексту-рат Соевый изо-лят Обезжиренная соевая мука Текстури-рованная обезжиренная соевая мука Полножирная соевая мука Полу-обезжиренная соевая мука Текстуриро-ванная полуобезжиренная соевая мука
Водоудерживающая способность, % 540 280390 550600 225 300 175 350 390
Жироудерживающая спо-собость, % 170 100150 210260 82 70 80 72 138
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
IITEMA НОМЕРА I
научно-исследовательском институте жиров были изучены технологические свойства этого продукта. Результаты исследований представлены в табл. 1. В табл. 2 показан сравнительный анализ технологических свойств FUNTEX® ВС и ряда распространенных соевых полуфабрикатов, данные о которых представлены в литературе [6].
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы.
1. Продукт обладает высокой водо-удерживающей способностью, которая сохраняется при термообработке. Во-доудерживающая способность FUNTEX® ВС сопоставима с водоудер-живающей способностью функциональных соевых концентратов, определенной при аналогичных условиях.
2. Продукт отличается высокой жи-роудерживающей способностью, которая сохраняется при термообработке. Она сопоставима с жироудерживаю-щей способностью соевых изолятов.
3. Продукт обладает хорошей жиро-эмульгирующей способностью, сопоставимой со стандартными соевыми концентратами. Он образует стабильные жировые эмульсии в соотношении образец: вода: растительное масло = 1: 4: 44. Гелеобразующей способностью не обладает, но, начиная с концентрации 14,0 %, образует после термообработки слабоструктурированные системы.
Кроме того, FUNTEX® ВС имеет нейтральный вкус и запах как в сухом виде, так и в гидратированном, обладает хорошей смачиваемостью, не пылит, сохраняет функциональные свойства в присутствии поваренной соли.
Учитывая функциональные свойства FUNTEX® ВС может быть рекомендован для использования:
• в грубодисперсных пищевых системах, вырабатываемых как без термообработки, так и с термообработкой в качестве водо- и жироудерживающей добавки;
• в эмульсионных пищевых системах, вырабатываемых как без термообработки, так и с термообработкой в качестве стабилизирующей добавки для предотвращения отделения водной и жировой фаз.
• FUTEX® ВС по его характеристикам можно отнести к пищевым текстуратам нового поколения. Стоит отметить, что данный продукт вырабатывается из экологически чистого сырья. В его состав входит только пшеничная мука. Этот факт, а также отказ от использования соевых добавок, гарантирует отсутствие в готовом продукте каких-либо генетически модифицированных компонентов.
Дальнейшее развитие процессов эк-струзионного получения текстуратов идет в направлении совершенствования оборудования и контроля техноло-
гических параметров, придания текстуратам более выраженной волокнистой структуры, повышения анизотропии их механических свойств, повышения стабильности при нагревании, разработки приемов и режимов более полного отделения нежелательных вкусовых и ароматических веществ.
Также необходима разработка научно обоснованных рецептур пищевых текстуратов, которые должны, с одной стороны, быть сбалансированы по составу с целью достижения максимальной питательной ценности, а с другой -учитывать технологические особенности проведения процесса экструзии и предъявляемые к готовому текстурату требования с точки зрения его технологических и функциональных характеристик.
В связи с этим следует считать перспективным дальнейшее развитие научно-исследовательских работ в направлении экструзионного производства пищевых текстуратов на основе растительного сырья, в том числе и нетрадиционного.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сергеев В.Н. Потребительская корзина россиян и рациональные нормы потребления//Пищевая промышленность. 2005. № 8.
2. Описание процесса Wenger/Тек-стурированные растительные белки. Brad Strahm, Galen Rokey, Craig Thomas: http://www.wenger.com.
3. Растительный белок/Под. ред. Т.П. Микулович. - М.: Агропромиздат, 1991.
4. Толстогузо В.Б. Новые формы белковой пищи.- М.: Агропромиздат, 1987.
5. Остриков А.Н., Абрамов О.В., Ру-дометкин А.С. Экструзия в пищевых технологиях/А. Н. Остриков. - СПб.: ГИОРД, 2004.
6. Доморощенкова, М.Л., Демьян-ченко Т.Ф. Новые виды текстурирован-ных соевых белков для пищевой промышленности // Пищевая промышленность. 2002. № 1.
7. Нечаев А.П. Пищевая химия. -СПб.: Гиорд, 2001.
8. Kollengode A. N. R, Sokhey A. S, Hanna M. H. Physical and molecular properties of re-extruded starches as affected by extruder screw configuration. J. Food Sci. 1996, 61.
9. Gogoi B. K, Oswalt A. J., Choudhary G. S. Reverse screw element (s) and feed composition effects during twin-screw extrusion of rice flour and fish muscle blends. J. Food Sci. 1996, 61.
10. Sajid H. Alavi, Kwan-Han Chen and Syed S. H. Rizvi. Rheological characteristics of intermediate moisture blends of pregelatinized and raw wheat starch. J. Agric. Food Chem. 2002, 50.
НОВЫЙ МИРОВОЙ СТАНДАРТ ТОЧНОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСТОТЫ НА ВАШЕМ ПРОИЗВОДСТВЕ
LIGHTNING MVP
СИСТЕМА ГИГИЕНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
• Улучшение санитарных условий:
определяет количество биологических остатков и присутствие микроорганизмов
• Оперативность: время получения результата не более 10 секунд
• Простота и удобство в работе:
легкое управление, портативность, прочность и влагостойкость, возможность передачи данных на компьютер, память на 10 ООО результатов
• Высокая чувствительность:
10"12 грамм АТФ, 2-Ю"15 моль АТФ
СИСТЕМА ГИГИЕНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Lightning MVP Высокое качество продукции Защита вашего брэнда Пищевая безопасность Соответствие требованиям НАССР и GMP
BIOCONTROL
Эксклюзивный дистрибьютор в России -000 «ЗИП-И Диагностике» Телефоны/факсы: (495) 626-27-44, (499) 748-01-34 телефоны: (495) 626-27-45,268-06-21. E-mail: zip-i@aha.ru, www.zip-i.ru
