CC BY
49
УДК 664.696.9
Обогащение экструзионных продуктов инулином
В.В. Мартиросян, канд. техн. наук, Р.Н. Саленко, Е.В. Жиркова, канд. техн. наук Пятигорский государственный гуманитарно-технологический университет В.Д. Малкина, д-р техн. наук
Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского
Анализ рациона питания населения в современных условиях показывает, что в настоящее время нарушена степень обеспеченности организма основными пищевыми веществами, особенно выражен дефицит пищевых волокон. Данная проблема может быть частично решена за счет использования натуральных пищевых добавок в производстве продуктов питания. Для эффективной коррекции микробиоценоза организма применяют вещества, обладающие пребиотическими свойствами - оли-
Ключевые слова: экструзия; инулин; пищевая ценность; модификация; крахмал; структура; полисахариды.
Key words: extrusion; inulin; nutritional value; modification; starch; structure; polysaccharides.
На основании проведенных исследований разработана технология обогащения экструзионных продуктов инулином.
го- и полисахариды растительного происхождения, в частности инулин. Клубни топинамбура и корни скорцонеры богаты инулином, они и продукты их переработки могут быть использованы в качестве пребиоти-ческих добавок.
Инулин положительно влияет на обмен веществ организма человека. Соляная кислота желудка и ферменты кишечника расщепляют инулин на отдельные молекулы фруктозы и другие мелкие фрагменты, которые проникают в кровеносное русло. Не-расщепленная часть инулина выводится из организма, увлекая за собой массу ненужных организму веществ - от тяжелых металлов и холестерина до различных токсинов. При этом инулин способствует усвоению витаминов и минеральных веществ в организме.
Инулин улучшает обмен липидных соединений - холестерина, триацил-глицеринов и фосфолипидов в крови. В связи с чем снижается риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, укрепляется иммунная система организма. Кроме этого,
инулин способствует развитию би-фидо- и лактобактерий, содержащихся в микрофлоре кишечника, содействуя таким образом нормальному функционированию желудочно-кишечного тракта.
Цель работы - разработка технологии обогащения экструзионных продуктов инулином с использованием инулинсодержащего сырья - топинамбура и скорцонеры как источников водорастворимых полисахаридов.
Изучали возможность обогащения инулином экструзионных продуктов - кукурузных палочек. Для проведения исследований выбраны корни скорцонеры сорта «Солнечная премьера», возделываемые на территории РФ в качестве овощной культуры. Полисахариды корня скорцонеры представлены инулином (11,8 %), пектином (3,7 %) и клетчаткой (1,8 %). Данные позволяют предположить, что сочетание углеводов разнонаправленного действия окажет положительное влияние на обменные процессы в организме.
Биологическая ценность белка корня скорцонеры обусловлена высоким содержанием аргинина (1497 мг/100 г) и суммой пролина, алани-на и треонина (1031 мг/100 г). Минеральный состав корня скорцонеры характеризуется содержанием основных макроэлементов (мг/100 г): фосфор - 84; калий - 140; натрий -148; магний - 81; кальций - 153; и микроэлементов (мкг/100 г): медь -42; цинк- 28; марганец- 250; никель - 0,7; железо - 420.
Использовали клубни топинамбура сорта Интерес, районированного
в Ставропольском крае. Клубни содержат 19-30 % сухих веществ, из которых до 80 % составляют потенциально доступные углеводы (полимерный гомолог фруктозы - инулин, инулиды, олигосахариды); до 12 % -структурные полисахариды (протопектина, растворимого пектина, целлюлозы и гемицеллюлозы); до 3,2 % - белок, который представлен 18 аминокислотами; макро- и микроэлементы; витамины (С и группы В), комплекс активных ферментов, гидролизующих инулин.
Технология подготовки инулинсо-держащих добавок одинакова. Очищенные корни скорцонеры или клубни топинамбура нарезали на части не более 5 мм, подвергали бланшированию паром в течение 1-2 мин. Затем проводили инфракрасную сушку при температуре 60...70 °С. Продолжительность процесса доведения влажности полуфабриката до 5-6 % составляла 60-70 мин. После завершения процесса сушки продукт измельчали на лабораторной мельнице до достижения размера частиц 0,3-0,5 мм.
Получали порошок корня скорцонеры - коричневого цвета, без запаха, слегка сладковатого вкуса, с содержанием полисахаридов (%): крахмал - 4; инулин - 39,5; пектин -15,9; клетчатка - 6,5; и порошок топинамбура - светло-коричневого цвета, без запаха, с содержанием полисахаридов инулиновой природы -74,5 %; белков - 7,1; клетчатки - 9,5; пектиновых веществ - 1,1 %.
В технологии продуктов питания с помощью термопластической экструзии перерабатываются в основном природные смеси биополимеров. Крахмал - главный компонент растительного сырья, оказывающий превалирующее влияние на протекание технологического процесса и качество экструдата. На коэффициент расширения экструдата, один из основных показателей его качества, влияет, прежде всего, количество амилозы в крахмале [1]. В связи с
INNOVATIVE ALIMENTARY PRODUCTS
Уравнение регрессии Z - 42,Î491+5,6-H7*Ï-0.6958*V 0,175*ï*ï
Рис. 1. Зависимость коэффициента расширения экструдата от влажности исходного сырья и дозировки топинамбура
Уравнение регрессии I - M,455i+3^833*ï+1,1%7*у-0,Ш7*х*1-
Рис. 2. Зависимость коэффициента расширения экструдата от влажности исходного сырья и дозировки скорцонеры
этим, в качестве основного компонента для выработки экструзионных продуктов - палочек - выбрана кукурузная крупа, крахмал которой содержит в среднем 28-30 % амилозы.
Экструзию осуществляли на одно-шнековом лабораторном экструдере (длина шнека - 40 см, диаметр шнека - 38 мм, скорость вращения - 160 мин-1, диаметр матрицы - 5 мм, температура 150...160 0С), оснащенном системой управления и контроля параметров технологического процесса, установленного на кафедре «Технология пищевых производств» Пятигорского государственного гуманитарно-технологического университета [2].
Для определения дозы порошка топинамбура или скорцонеры его вносили в количестве 5, 7 и 10 % к массе кукурузной крупы. Для осуществления экструзии смесь предварительно увлажняли до 14; 16 и 18 %. Необходимость увлажнения смеси (до 14-18 %) обусловлена физическими свойствами расплава биополимеров. В момент выхода пластифицированного материала из матрицы 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 разрушаются. Если влаги в смеси оказывалось недостаточно, то продукт на выходе из экструдера имел низкий коэффициент расширения. Однако
увеличение количества влаги в смеси также приводило к снижению коэффициента расширения, так как при этом формируется более плотная структура продукта с грубой консистенцией. Причина этих изменений заключается в том, что при увеличении влажности эк-струдируемой смеси повышается пластичность массы, что обусловливает снижение механических напряжений в экструдате.
Для характеристики качества экструзионных продуктов применяют следующие показатели: жесткость, хрупкость, пористость, толщина стенок пор, коэффициент расширения, насыпную (объемную) массу, растворимость, вкус, запах. Однако при разработке новых рецептур экструзионных продуктов основные показатели качества: коэффициент расширения и объемная масса экструдата. Именно по этим двум параметрам проводится оптимизация процесса получения экструзионных продуктов, так как они являются ключевыми характеристиками, отражающими потребительские свойства экструдатов [3].
Изучали зависимость коэффициента расширения экструдата от влажности исходного сырья -кукурузной крупы и дозировки инулинсодер-жащих компонентов (рис. 1, 2).
В технологии продуктов питания с помощью термопластической экструзии перерабатываются в основном природные смеси биополимеров.
Как видно из рисунка 1, максимальный коэффициент расширения - 3,8 имел экструдат с добавлением 5 % топинамбура и влажностью экструдируемой смеси 16 %. По данным В.П. Юрьева [3], для экструдатов с пористой макроструктурой хорошего качества коэффициент расширения должен быть более 3. Максимальный коэффициент расширения экструдата с добавлением скорцонеры - 3,4 отмечен при вне-
ООО
Торговый немещмю
«IC.T.K. »>
представитель ^jjL шщфш
EMSLAND-STÀRKE GMBH
ПРЕДЛАГАЕТ следующие пищевые добавки:
J^p^^J^^JJ JjJ* ■ картофельный модифицированный
ДЛЯ
кукурузный модифицированный •соусов, кетчупов и майонеза •детского питания и молочных продуктов прлмчполгтнл- 'Консервов и мясной гастрономии пгигмвиди/ВА. •безалкогольных напитков
•кондитерских и хлебобулочных изделий
СУХОЕ КАРТОФЕЛЬНОЕ ПЮРЕ И КАРТОФЕЛЬНЫЙ ГРАНУ Л ЯТ
мешки по 25 кг
Спшбилгмые поставки. Вся продукция сертифицировав x«n.î (49» 575-6471, 575 6570 х/ф, <49S> 573 -4083 (495) 508-85-72, 508-85-73
14И00 Россия, Московская область, г. Химки, ул. Энгельса, д. 10/19
Физико-химические показатели экструзионных продуктов
Контроль (без добавлений) С добавлением,%
Показатель качества топинамбура скорцонеры
5 7 10 5 7 10
Влажность, % 5,7 5,9 6,0 5,8 6,2 6,5 6,8
Кислотность, град 3,8 4,0 4,2 4,2 4,0 4,2 4,4
Объемная масса, г/л 76,0 75,0 78,0 82,0 73,0 75,0 83,0
Набухаемость, мг/г 6,0 8,7 8,9 9,0 8,6 9,1 8,5
Влагоудерживающая способность, % 464 482 493 487 479 495 482
Жироудерживающая способность, % 208 289 298 290 285 282 271
сении 7 % порошка скорцонеры и влажностью экструдируемой смеси 16 %. Меньший коэффициент расширения экструдата, содержащего порошок скорцонеры, видимо, обусловлен более прочными связями между структурами пищевых волокон корня скорцонеры.
Пробы экструдата измельчали, просеивали и исследовали по орга-нолептическим и физико-химическим показателям. Определение указанных показателей позволяет выявить структурные изменения исходной смеси, происходящие в процессе ее экструзионной обработки, и оценить качество получаемых продуктов.
Для оценки качества экструдатов определяли следующие физико-химические показатели: влажность, кислотность, объемную массу, способность абсорбции масла, набухае-
Крахмал - главный компонент растительного сырья, оказывающий превалирующее влияние на протекание технологического процесса и качество экструдата.
мость (водопоглотительная способность), водоудерживающую способность. Данные показатели, демонстрирующие возможность экструдата связывать воду и растворяться в ней, характеризуют потребительские свойства и частично усвояемость продукта. Физико-химические показатели приведены в таблице.
По показателю объемной массы пробы экструдатов с добавлением 5 % топинамбура и 7 % скорцонеры характеризовались лучшими значениями по сравнению с экструдатом без добавок. Максимальную набуха-емость и влагоудерживающую способность имела проба с добавлением скорцонеры в количестве 7%. Изменения свойств экструдатов возможно, связаны с тем, что за счет внесения инулинсодержащего сырья образуются белково-полисахарид-ные комплексы, обладающие повышенной гидратационной способностью, что приводило к увеличению на-бухаемости и влагоудерживающей способности экструдатов. Изменения физико-химических свойств экстру-дата также обусловлены тем, что при экструзионной обработке смеси, содержащей инулин, образуются низкомолекулярные соединения, способствующие формированию центров адсорбции влаги и повышению набухаемости. Повышенная жиро-удерживающая способность (298 %) экструдатов с добавлением 5 % топинамбура обусловлена уменьшением гидрофобности функциональных групп полисахаридов.
Для оценки функциональных свойств экструдатов определяли содержание инулина в готовых изделиях с добавлением 5 % топинамбура или 7 % скорцонеры (рис. 3).
Расчетная физиологическая потребность взрослого человека в пищевых волокнах на основании данных методических рекомендаций 2.3.1.2432-08 составляет 20 г в сутки. В соответствии с требованиями, указанными в ГОСТ Р 52349-2005 (из-
менения № 1, введены в действие 01.03.2011 г.), функциональные продукты должны содержать не менее 15 % суточной дозы биологически активных веществ в расчете на одну порцию продукта. Экструдаты с содержанием продуктов переработки скорцонеры или топинамбура можно отнести к группе функциональных продуктов питания, так как они обеспечивают 15 % суточной потребности в пищевых волокнах при использовании 100 г экструдатов с добавлением 5 % топинамбура или 7 % скорцонеры в сутки.
На основании проведенных исследований разработана технология обогащения экструзионных продуктов инулином. Определены оптимальная влажность экструдируемой смеси (15-16%), количество ину-линсодержащих компонентов (57 % от массы кукурузной крупы). Установлено улучшение органолепти-ческих и физико-химических показателей экструзионных изделий, в частности, набухаемость увеличивается на 31-33 %, влагоудерживаю-щая способность - на 4-6 % по сравнению с изделиями без добавок. Определено содержание инулина в готовых изделиях - количество составило от 3,3 до 4,1 % в экструда-тах с добавлением 5 % топинамбура или 7 % скорцонеры соответственно.
В связи с тем, что экструзионные продукты имеют пористую структуру, низкую влажность и небольшую кислотность, легко транспортируются и длительное время сохраняют первоначальные свойства, они могут служить благоприятной средой, практически нейтральной, для введения в них обогащающих добавок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Остриков, А.Н. Экструзия в пищевой технологии/А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, А.С. Рудометкин. -С-Пб:. ГИОРД, 2004. - 288 с.
2. Микропроцессорная система управления и контроля параметров лабораторного экструдера/В.В. Мартиросян [и др.]//Новые технологии. -2010. - Вып. 4. - С. 14-17.
3. Функциональные свойства базовых экструзионных продуктов. Использование системно-аналитического подхода и модельных представлений о механизме процесса термопластической экструзии при разработке новых рецептур/В.П. Юрьев [и др.]//Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование. - М.: Ступень, 1994.-С. 44-55.
