CC BY
10
Развитие экструзионной технологии в пивоварении
Е.М. Моргунова, Г.И. Косминский, Н.И. ТИтенкова
Могилевский государственный университет продовольствия А.А. Чулков
ООО «Соя-продукт» (Минск)
Экструзия представляет собой гидро-баротермическую обработку материала и заключается в непрерывном выдавливании размягченного продукта через отверстия определенного сечения. В основе экструдирования лежат два процесса — механохимическая деформация и «взрыв», или «декомпрес-сионный шок», происходящий на участке ударного разрежения. Эти процессы непрерывны, осуществляются под действием деформативных напряжений и теплоты при определенных скоростях подвода и отвода тепла и давления [1].
Под действием комплекса факторов: тепла, влажности, механических напряжений сдвига, сжатия, давления — биохимические свойства экст-рудатов меняются. Такая обработка приводит к преобразованию прежде всего белков и углеводов (рис. 1).
В частности, крахмал, содержащийся в сырье, полностью клейстеризует-
ся с разрушением крахмальных зерен. При экструзии происходят клейстери-зация, декстринизация и набухание крахмала в результате поглощения влаги [2].
Установлено, что ферментативная атакуемость крахмалов под влиянием экструзионной обработки повышается. Это связано с инактивацией эндогенного а-амилазного ингибитора, уменьшением размера зерен и увеличением поверхности крахмала, частичным отделением от отрубей и белка.
При термической обработке крахмала протекают и другие превращения — изменяются внешний вид зерен и степень упорядоченности их структуры (кристалличности) [2].
В белках протекает процесс денатурации, характеризующийся изменением физико-химических свойств в результате нарушения упорядоченности внутреннего строения белковых молекул. Это выражается в уменьшении ра-
створимости и ферментативной активности, в росте гидролизуемости белковых веществ протеолитическими ферментами [3].
В результате экструзии также происходят процессы стерилизации продукта, создание микропористой структуры продукта, что способствует повышению усвояемости питательных веществ экструдированного продукта.
Остальные компоненты, содержащиеся в зерновом сырье в небольшом количестве (клетчатка, жир, минеральные вещества, сахара), не являются определяющими в изменении биохимических свойств экструдатов [3].
В настоящее время для изучения структуры полимеров используются методы электронной микроскопии и малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (рис. 2).
Микроскопические исследовании показали, что декстринизация крахмала приводит к значительной деструкции его макромолекул с образованием частиц, легко переходящих в растворимое состояние. С увеличением продолжительности термической обработки степень растворимости крахмала повышается. При небольшом периоде декстринизации (^ = 15 с) зерна крахмала теряют четко очерченный контур, незначительно растворяясь при этом. С увеличением времени декстриниза-ции от 30 до 90 с степень разрушения зерен в воде увеличивается вследствие перехода части зерна в раствор. Разрушение поверхностного слоя сопровождается образованием трещин и полостей в местах разлома зерен. Они постепенно превращаются в бесформенные образования и наконец почти полностью растворяются в холодной воде [4].
Для проведения экструзии крахмал-содержащих масс применяется шнеко-вый экструдер [5].
В современной практике экстру-зионных технологий нашли применение два типа экструдеров — одношне-ковые и двухшнековые, которые имеют различные технические особенности и специфические рабочие параметры режимов переработки сырья.
На двухшнековых экструдерах можно перерабатывать большой ассортимент сырья — от муки до целого зерна, при этом значительно снижаются затраты на подготовку исходного сырья, исключается необходимость в подсушивании продукта после экструдирования [5].
Основной рабочий орган экструде-ра — шнек специальной конструкции, вращающийся в цилиндре, на одном конце которого имеется тангенциально или радиально расположенное отверстие для загрузки сырья, а на про-
Рис. 1. Функциональные характеристики экструзионного зерна
6•2005
24
Рис. 2. Влияние экструзионной обработки на структуру крахмального зерна: а — крахмальное зерно ячменя (увел. х 1000) до экструзионной обработки; б — крахмальное зерно ячменя (увел. х 1000) после экструзионной обработки
тивоположной стороне с торца крепится матрица. Вращающийся шнек захватывает загружаемый материал, продвигает его и выпрессовывает через отверстие.
В процессе экструдирования внешний вид изделия и его качество в значительной степени определяются размерами и формой отверстий матрицы.
Рабочая зона экструдера разделена на функциональные зоны: загрузки, транспортирования, пластикации, сжатия, дозирования и формования. Исходное сырье подается в зону загрузки, во время прохождения зоны транспортирования при необходимости удаляются захваченный воздух и другие газообразные включения, затем масса попадает в зону пластикации, где происходит ее интенсивная обработка путем деформации сдвига с одновременным повышением температуры до 80...120 °С. Плотность материала, коэффициент заполнения межвиткового пространства увеличиваются, повышается и давление, вследствие чего зернистая структура разрушается. В зоне сжатия продукт подвергается повторному сжатию до максимального давления (20 МПа), температура возрастает до 200 °С за счет подвода энергии извне, и материал продавливается через матрицу с фильерой.
Длительность пребывания материала в экструдере 30-90 с. Поэтому такой процесс получил название кратковременного высокотемпературного процесса (КВП) приготовления пищевых продуктов.
При КВП под влиянием тепла во влажной среде зерна крахмала, содержащиеся в материалах, гидратируют влагу, изменяя связи молекул, и клей-стеризуются.
Дополнительная механическая обработка, трение, сдвиг в экструдере интенсифицируют процесс клейсте-
Основные физико-химические показатели Сырье
Ячмень до экструзионной обработки Ячмень после экструзионной обработки
Влажность, % 13,51 8,22
Содержание экстракта, % на СВ 74,1 78,2
Содержание белка, % на СВ Содержание крахмала, % 11,2 58,2 10,2 50,1
Содержание золы, % 2,0 6,58 2,2
Содержание аминного азота, мг/100 г 39,6 47,5
ризации крахмала. Под влиянием высокой температуры и давления гель имеет значительную вязкость. Во время формования материал за доли секунды переходит из зоны высокого давления в атмосферное, вода мгновенно испаряется, а пар, включенный в вязкую массу, образует в ней пенистую структуру, застывающую при охлаждении.
В связи с вышеизложенным применение экструзионной технологии в пивоварении весьма актуально и имеет значение для получения качественного сырья, способного сократить дефицит отечественного солода.
Цель исследования состояла в проведении сравнительного анализа качественных характеристик пивоваренного ячменя и ячменя, прошедшего экст-рузионную обработку.
Полученные показатели качества ячменя и экструзионной муки представлены в таблице, данные которой свидетельствуют о том, что по всем показателям сырье соответствует стандарту и может быть использовано для приготовления нового сорта пива.
Показатели зерна, прошедшего эк-струзионную обработку, свидетельствуют о биохимических изменениях крахмала, способствующих снижению содержания нативного крахмала и повышению водорастворимых углеводов. При этом условия проведения экструзионной обработки — высокое
содержание воды и кратковременный прогрев (не более 30 с) — практически предотвращают изменения витаминного и минерального состава исходного сырья.
Наличие повышенной доли аминно-го азота в зерне позволяет предположить интенсификацию метаболизма дрожжей в процессе брожения при получении пивного сусла.
Таким образом, экструзия — это идеальный технологический процесс для получения продуктов с более сбалансированным аминокислотным и минеральным составом. Экструзионный ячмень обладает существенными технологическими достоинствами и является перспективным сырьем для пивоварения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецова Л.И., Афанасьева О.В.Влияние различных способов модификации муки на ее крахмальный комплекс//Хлебопечение России. 2003. № 5.
2. Магомедов Г.О, Брехов А.Ф., Черных В.Я., Юрьев В.П.. Экструзионная технология пищевых продуктов//Пищевая промышленность. 2003. № 12.
3. Линченко В., Шипулина Е. Экструзия пищевых продуктов//Мукомольно-элеваторная и комбикормовая промышленность. 1986. № 8.
4. Соломина Л.С., Вилутис И.Г. Об изменении структуры крахмальных зерен в процессе декстринизации//Сахарная промышленность. 1986. № 9.
5. Кретов И.Т. Технологическое оборудование предприятий пищеконцентратной промышленности. — Воронеж, 1990. (¡¡щ*
6•2005
25
