CC BY
56ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК: 664.6/.7:678.027.3:633(045)
Возможности использования сублимированных растительных порошков при производстве зерновых экструдированных продуктов
Бакуменко Олеся Евгеньевна
ФГБОУВО «Московский государственный университет пищевых производств» Адрес: 125080, город Москва, Волоколамское шоссе, д. 11
E-mail: bacumenko@rambler.ru
Алексеенко Елена Викторовна
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств» Адрес: 125080, город Москва, Волоколамское шоссе, д. 11
E-mail: elealekseenk@rambler.ru
Рубан Наталья Викторовна
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств» Адрес: 125080, город Москва, Волоколамское шоссе, д. 11
E-mail: nataligato@mail.ru
Одним из эффективных технологических приемов переработки растительного сырья является экструзия. Традиционно экструзионной обработке подвергают зерновое сырье, но оно не содержит ценных антиоксидантов - витамина С, биофлавоноидов, пектина, которые являются дефицитными в рационе человека. Поиск перспективных источников растительного сырья и введение их в рецептуры традиционно выпускаемых зерновых экструдированных продуктов позволит расширить ассортимент и получить продукцию с высокими медико-биологическими показателями. Оптимизация режимов экструзии позволит сохранить качество готовой продукции, повысить пищевую ценность и придать продуктам профилактические свойства. Авторами изучен химический состав и научно обоснован выбор растительных порошков сублимационной сушки - яблочного, морковного, тыквенного и свекольного в качестве обогащающего ингредиента в рецептурах зерновых экструдированных продуктов. Определены оптимальные режимы экструзии: влажность экструдируемой смеси, температура экструзии и продолжительность процесса. Отмечены хорошие формовочные свойства и максимальный коэффициент расширения пеллет в образцах с 20%-ным содержанием свекольного порошка в рецептуре. Формование смеси протекало без нарушения технологического процесса - ленты не склеивались, не требовалось повторного экструдирования; коэффициент расширения составил 1,6-1,7 (у контроля 1,8); пеллеты имели глянцевую поверхность, прочную структуру, вкус соответствующий вносимой добавке. Правильность выбранных режимов экструзии было подтверждено математической обработкой экспериментальных данных.
Ключевые слова: экструзия, пеллеты, растительные порошки, температура экструзии, влажность смеси, коэффициент расширения, параметры процесса
Приоритетным направлением распоряжения правительства Российской Федерации «Об основах государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2020 года» является расширение производства основных видов продовольственного сырья, отвечающего современным требованиям безопасности. Второй задачей стоит развитие производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми веществами для питания различных возрастных групп населения с целью
укрепления и сохранения их здоровья.
Регулярно проводимый мониторинг состояния здоровья и пищевых рационов различных возрастныхгруппнаселенияРоссиисвидетельствует о наличии дефицитов белков, полиненасыщенных жирных кислот, пищевых волокон (ПВ), витаминов, минеральных веществ и других биологически активных соединений (Бакуменко, 2013, с. 43100). Это приводит к возникновению различных алиментарных заболеваний - онкологических,
болезней сердца, ожирения, сахарного диабета, желудочно-кишечного тракта и других (Будкевич, 2014, с. 17-24). Кроме того, большинству людей характерны пониженная физическая активность, повышенные нервно-эмоциональные нагрузки, наличие стрессов, вредные привычки и нерациональное питание (Величко, 2014, с. 3638). В этой связи сопротивляемость организма воздействию вредных факторов внешней среды снижается (Коденцова, 2018, с. 62-68).
Наиболее эффективным путем ликвидации выявленных дефицитов незаменимых пищевых веществ в рационах питания и повышения сопротивляемости организма вредным факторам является разработка рецептур, технологий и массовое внедрение в производство пищевой продукции на основе натурального, высококачественного и безопасного сырья с целью укрепления здоровья и снижения риска возникновения заболеваний (Спиричев В.Б., 2004, с. 34-38, Неповинных, 2018, с. 94-102).
Литературный обзор
Научные и практические основы инноваций в сфере пищевых технологий, направленные на поиск новых способов и средств, обеспечивающих получение и гарантирующих безопасность и качество пищевой продукции, с учетом пользы для здоровья, заложены в трудах российских ученых А.А. Покровского, М.Н. Волгарева, В.А. Тутельяна, А.П. Нечаева, И.А. Рогова, В.Б. Спиричева, И.Я. Коня, Л.Н. Шатнюк, С.Е. Траубенберг, А.А. Кочетковой и других авторов.
Теоретическое обоснование
Важная роль в разработке продуктов для здорового питания принадлежит растительному сырью - зерновым культурам (Тырсин, 2015, с. 5-10), овощам, плодам, ягодам и др., которые, благодаря многообразию их макро - и микронутриентного состава являются ценной сырьевой базой для получения натуральной и высококачественной продукции (Черненко, 2015, с. 58-61).
Однако, некоторые виды высокотемпературной обработки, выбор неправильных способов и режимов хранения сырья приводят к снижению содержания в готовой продукции дефицитных пищевых веществ ^ЫгепсЫпа, 2016, р.р 23602370).
В этой связи, особое внимание при разработке новых видов продукции стоит уделить выбору
природных (натуральных) источников пищевых веществ (Кудряшова, 2014, с. 186-187).
Кроме того, необходимо учитывать современные тенденции развития отраслей пищевой промышленности, ориентированные на производство продукции массового потребления, не требующей приготовления, с длительным сроком годности, повышенной пищевой ценности (Кондратьев Н.В., 2014, с. 6-8). Следует также учитывать рецептурный состав продуктов с учетом их пользы для здоровья (Свиридов, 2013, с. 40-42).
К наиболее эффективным технологическим приемам относится термопластическая экструзия, совмещающая термо-, гидро- и механическое воздействие на компоненты растительного сырья, что позволяет получать продукты повышенной пищевой ценности, с регламентируемыми показателями безопасности и потребительскими свойствами.
Процесс экструзионной обработки зерновых культур достаточно изучен, однако, традиционное зерновое сырье не содержит таких ценных антиоксидантов как витамин С, биофлавоноиды, пектин, которые являются дефицитными в рационе современного человека и в достаточных количествах присутствуют в сочном растительном сырье - плодах, овощах, ягодах ^и Z, 2012, р.р 7-37).
Производство экструдированных продуктов развивается за счет использования сырья с низким содержанием белка, ПВ и витаминов. Однако, экструдированные продукты имеют хорошо развитую поверхность и пористую структуру, поэтому могут рассматриваться в качестве эффективных носителей пищевых веществ, вводимых в продукт (Мартиросян, 2016, с. 294).
Влияние процесса экструзии на различные фракции ПВ в литературе изучено слабо. В настоящее время опубликованы некоторые данные по экструзионной обработке зерновых культур и изменении содержания в них ПВ (Саленко, 2013, с. 24-26).
Известно, что при экструдировании зерновых культур в жестких условиях (высокая температура, низкая влажность) изменяются физико-химические свойства и физиологические качества ПВ. Например, увеличивается количество растворимых ПВ в готовом продукте по сравнению с сырьем, возрастает степень перевариваемости и усвояемости ПВ организмом ^епкта, 2015, р.р 752-755).
Таким образом, ПВ, как и содержащее их сырье, нельзя рассматривать как инертный материал. Они участвуют в биохимических процессах и структурообразовании продукта.
Поиск новых перспективных источников растительного сырья и введение их в рецептуры традиционных изделий, позволит расширить ассортимент экструзионных продуктов и получить изделия, отличающиеся высокими медико-биологическими показателями. При этом корректировка технологических параметров и оптимизация режимов технологического процесса позволит существенным образом повлиять не только на органолептические и физико-химические показатели сырья и готовой продукции, их пищевую и биологическую ценность, но и придать продукту направленные профилактические свойства.
Все вышеизложенное определяет актуальность представленной работы и имеет большое теоретическое и практическое значение.
Исходя из вышеизложенного, целью работы явилось получение зерновых экструдированных продуктов, обогащенных натуральными источниками биологически активных веществ -растительными порошками, путем оптимизации режимов технологического процесса производства.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
• научно обосновать выбор обогащающих ингредиентов для зерновых экструдированных продуктов;
• выявить влияние основных параметров экструзионной обработки на критерии качества пеллет;
• установить влияние дозировки растительных порошков на показатели качества пеллет;
• провести математическую обработку полученных экспериментальных данных.
Исследование
Материалы
Объектами исследований в работе служили растительные порошки сублимационной сушки - яблочный по ТУ 10-03-307, морковный, свекольный и тыквенный в соответствии с ТУ
9199-013003531158; полуфабрикаты зерновых экструдированных продуктов - пеллеты в сыром и высушенном виде.
Основным рецептурным ингредиентом являлась смесь из рисовой и гречневой муки.
Для исследований были приготовлены 20 экспериментальных образцов. Каждый образец содержал в качестве основного ингредиента зерновую смесь, состоящую из гречневой и рисовой муки в количестве 2:1. Растительные порошки (яблочный, тыквенный, морковный и свекольный) добавляли в количествах 10-50% взамен основного компонента.
Дополнительными компонентами служили картофельный крахмал - 10% от массы смеси для обеспечения требуемых потребительских качеств продукта; пищевая соль и/или сахарная пудра - 3 и 5% соответственно в зависимости от вида используемого растительного порошка. Так, при добавлении в рецептурную смесь яблочного порошка целесообразным являлось добавлении сахара, а при использовании овощных порошков -соли. Содержание дополнительных ингредиентов не изменяли.
Дополнительные рецептурные ингредиенты и материалы - картофельный крахмал, сахар-песок, пищевая соль, применяли в соответствии с действующими стандартами на сырье.
Контролем служила рецептурная смесь, не содержащая растительные порошки.
Оборудование
Экструзию проводили на одношнековом экструдере марки АМЛ 1 (длина шнека 330 мм, диаметр шнека 30 мм, частота вращения 0,60 -2,00 с-1, ширина отверстий матрицы 1 мм, длина 15 мм).
Методы исследования
В работе использовали общепринятые органолептические, физико-химические и биохимические методы исследования сырья, полуфабрикатов и готового продукта.
Влажность экструдируемой смеси и влажность сухого полуфабриката определяли ускоренным
методом в соответствии с ГОСТ 15113.4. Содержание водорастворимых веществ в пеллетах определяли путем экстрагирования водорастворимых веществ продукта в раствор, фильтровании, центрифугировании и высушивании фильтрата. Искомый показатель находили по оставшемуся сухому остатку весовым методом.
Коэффициент расширения пеллет определяли с помощью штангенциркуля как отношение диаметра пеллеты к диаметру формующего отверстия матрицы экструдера.
Содержание растворимой и нерастворимой фракций пищевых волокон в растительных порошкахопределяликаскаднымферментативным методом с использованием фильтровальной системы Fibertec system E1023 Filtration module и банишейка 1024 Shaking water bath (FOSS, Швеция). Метод основан на гидролизе белковых и крахмальных веществ в продуктах растительного происхождения ферментами при соответствующих условиях (температура, активная кислотность). Нерастворимые компоненты отделяли от ферментных гидролизатов фильтрованием. Растворимые ПВ определяли в фильтратах осаждением этиловым спиртом с последующим фильтрованием. Полученные остатки высушивали и взвешивали. Количественное содержание пищевых волокон в продукте рассчитывали по разности массы остатков и массы белка и золы в остатках.
Содержание витаминов в растительных порошках определяли: В1 - флуориметрическим методом; В2 - люмифлавиновым методом; РР
- колориметрическим методом; витамина С -титриметрическим методом; бета-каротина
- методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
Содержание макро- и микроэлементов (Fe, K, Ca, Mg, P) проводили на спектрофотометре «Hitachi 180-80» атомно-абсорбционным спектральным анализом.
Для достоверности результатов применяли статистический метод обработки
экспериментальных данных, в ходе которого определяли среднее значение искомой величины из 5 повторностей, среднеквадратичное отклонение и доверительный интервал (Грачев, 2005, с. 186-192). Математическое планирование проводили методом центрального униформ-ротатабельного плaнировaния с последующей
графической интерпретацией параметров оптимизации с помощью программ Biostat, Ехсе11, MatStat и Statistika (Шириков, 2008, с. 108-156).
Процедура исследования.
С целью лучшей сохранности биологически активных веществ сырья для получения экспериментальных образцов продукта нами был выбран щадящий способ - теплая экструзия. Преимуществом данного способа является то, что процесс идет при температуре не выше 120°С, что позволяет добиться глубокой переработки полуфабриката при энергосберегающем режиме ведения технологического процесса. Сухой полуфабрикат - пеллета имеет влажность 8-12%, небольшую плотность, незначительное увеличение в объеме (1,5) и может храниться в течение длительного времени (более 1 года) в нерегулируемых условиях. Для приготовления из пеллет готовых сухих завтраков с нежной, хрустящей, пенообразной структурой, проводят процесс обжаривания полуфабриката в нагретом до 180-185 °С растительном масле - фритюре. От качества полуфабрикатов - пеллет зависит качество готового продукта.
Изучено влияние основных параметров экструзионной обработки на качество полуфабрикатов экструдированных изделий -пеллет.
В качестве возмущающего параметра процесса экструзии был определен вид исходных ингредиентов - растительные порошки сублимационной сушки.
В качестве регулирующих параметров процесса экструзии были выбраны факторы, оказывающие наибольшее воздействие на эффективность процесса экструдирования - влажность экструдируемой смеси ^см), температура экструзии (Тэ) и продолжительность экструзионной обработки
Критерием оценки качества пеллет служило состояние их поверхности (оценивали визульно), массовая доля влаги сухого полуфабриката (^пф), коэффициент расширения (Красш) и содержание водорастворимых веществ (Х).
Выбор величин и пределов изменения основных параметров процесса проводили с учетом свойств сырья и качества полуфабриката, а также с учетом минимального температурного воздействия на сырьевую смесь.
Результаты исследования и их обсуждение
Разработка нового продукта связана с изменением рецептурного состава и/или способом его получения. Введение в рецептуру нетрадиционного ингредиента может привести к перебоям в работе технологического оборудования и получению продукта с неудовлетворительными потребительскими свойствами.
В производстве пищевых продуктов широко используют растительное сырье - плоды и овощи, такие как морковь, свекла, кабачки, тыква, яблоки и др. Их применяют не только как самостоятельный продукт, но и в виде различных пюре, которые идут в основном на производство начинок.
Перспективным направлением является применение сухих растительных порошков (Быстрова, 2018, с. 5-12). Они представляют собой комплексный продукт, в котором одним из компонентов являются пектиновые вещества. В зависимости от степени этерефикации и, следовательно, различных сорбционных свойств, содержание пектина в таких порошках колеблется от 2 до 10 г на 100 г продукта (Влащик, 2012, с. 86). Поэтому, как альтернатива чистому пектину, возможно использование пектинсодержащего сырья.
Среди используемых методов сушки, с точки зрения качества получаемых продуктов, сушка сублимацией является наиболее эффективным способом (Кутсакова, 2014, с. 33-37).
В сублимированных продуктах отмечена максимальная сохранность биологически активных веществ, они стабильны при длительном хранении, быстро восстанавливаются перед
употреблением ^етепо% 2016, р.р 8056-8061). Отличительной особенностью этих продуктов являются широкие возможности использования их в качестве полуфабрикатов для различных отраслей пищевой промышленности (Семенов, 2018, с. 140-154).
На наш взгляд, использование сублимированных растительных порошков в качестве обогащающих добавок позволит скорректировать химический состав продукта, снизить его калорийность и получить изделия с широким спектром профилактических свойств.
Нами изучен химический состав сублимированных растительных порошков - яблочного, свекольного, морковного и тыквенного (таблица 1).
Содержание ПВ в 100 г растительных порошков составило (% от физиологической нормы потребления - ФНП (МР 2.3.1.2432-08, 2008, с. 20-33)): яблочного - 75%, морковного - 89%, свекольного - 100% и тыквенного 30%.
Полученные данные позволили установить, что наибольшим содержанием ПВ, минеральных веществ - калия (70% от ФНП), кальция (22% от ФНП) и магния (33% от ФНП) отличается свекольный порошок. Источником железа может служить яблочный порошок (40% от ФНП); тыквенный порошок является источником витамина С (27% от ФНП), а морковный - бета-каротина. Выявлено, что в 100 г морковного порошка содержится 40 мг бета-каротина (ФНП каротина составляет 5 мг/ сутки).
Использование в рецептурах зерновых экструдированных продуктов сублимированных растительных порошков потребовало
оптимизации технологического процесса, подбора
Таблица 1
Химический состав растительных порошков (мг/100 г)
Название растительного порошка
Пищевые вещества
Витамины
Пищевые волокна
Минеральные вещества
Бета-каротин В1 В2 РР С Железо Калий Кальций Магний Фосфор
0,02+ 0,02+ 0,04+ 0,9+ 2,0+ 6,0+ 580,0+ 111,0+ 30,0+ 77,0+
0,01 0,012 0,01 0,01 0,10 0,21 5,20 1,12 0,12 0,20
40,0+ 0,1+ 0,3+ 2,6+ 10,0+ Сл. 967,0+ 105,0+ 56,0+ 294,0+
0,18 0,07 0,06 0,02 0,35 8,60 1,10 0,19 0,48
Сл. 0,04+ 0,2+ 2,7+ 10,0+ Сл. 1728,0+ 222,0+ 132,0+ 258,0+
0,01 0,06 0,18 0,35 124,09 2,17 0,24 0,44
0,8+ 0,15+ 0,18+ 2,2+ 24,7+ 1,2+ 629,0+ 77,1+ 43,2+ 77,1+
0,25 0,08 0,013 0,17 0,54 0,08 4,89 0,45 0,17 0,21
Яблочный Морковный Свекольный Тыквенный
14900+0,10 17800+0,20 20300+0,25 6000+0,16
рациональных параметров, способствующих сохранению природных свойств используемого сырья и получению качественного продукта, не отличающегося от традиционного по органолептическим и физико-химическим характеристикам.
На рис. 1 представлена параметрическая модель процесса экструзии.
Передначаломработыэкструдераего«разогревали» или «выводили на режим». Это необходимо для достижения устойчивого режима работы, когда корпус шнека, шнек, насадка и формующая головка прогреваются до необходимой температуры, и происходит равномерный выход продукта из матрицы. Только после этого осуществляли загрузку экспериментальной партии.
В связи с тем, что одной из задач исследования явилось изучение влияния ПВ, содержащихся в растительных порошках на процесс экструзии, то в работе представлены данные, полученные при эксперименте с образцами, содержащими свекольный порошок, так как этот ингредиент содержит больше ПВ (см. Таблицу 1).
На Рисунке 2 представлены данные по влиянию влажности экструдируемой смеси на влажность пеллет (А), коэффициент расширения (Б) и содержание водорастворимых веществ (В).
Влажность экструдируемой смеси варьировали в пределах 24-34%.
Анализ результатов эксперимента позволил сделать предварительное заключение, что существенное значение на качество пеллет оказывало количество свекольного порошка.
Так, влажность ниже 28% в образцах с количеством свекольного порошка 10-30% приводила к увеличению расхода электроэнергии и трению между неувлажненными частицами сырья, вызывая пригорание материала к рабочим органам экструдера. Влажность выше 32% в образцах с количеством свекольного порошка 10-20% способствовала ухудшению показателей качества сырого полуфабриката. При этом, увеличивалась текучесть лент полуфабриката, уменьшалась их вязкость, полуфабрикат становился влажным и требовал дополнительной сушки. При содержании свекольного порошка в количестве 50% невозможно было получить пеллеты с требуемой влажностью при различном увлажнении смеси (Рисунок 2-А).
Анализ поверхности полуфабриката показал, что при добавлении свекольного порошка в количестве 10-30% и влажности смеси 28-32% поверхность полуфабриката была глянцевая. При добавлении свекольного порошка в количестве 40-50% при любой влажности смеси поверхность полуфабриката была матовая, что свидетельствовало о его неудовлетворительном качестве.
Установлено, что с увеличением влажности смеси до 30% коэффициент расширения пеллет уменьшался незначительно в образцах с количеством свекольного порошка 10-30%. При влажности смеси 30-34% в тех же образцах наблюдалось более резкое его уменьшение, вследствие увеличения текучести смеси и уменьшения ее вязкости. В смесях с количеством свекольного порошка 40-50% коэффициент расширения резко снижался и сводился к нулю, вследствие низкого содержания крахмала и высокого пищевых волокон, содержащихся в сырьевой смеси (Рисунок 2-Б). Таким образом,
Рисунок 1. Параметрическая модель процесса экструзии.
Рисунок 2. Влияние влажности экструдируемой смеси на влажность пеллет (А), коэффициент расширения (Б) и содержание водорастворимых веществ (В).
чем выше коэффициент расширения пеллет, тем более глубоко прошла декстринизация, тем выше усвояемость продукта.
Содержание водорастворимых веществ характеризует готовность продукта к употреблению. С увеличением влажности смеси содержание водорастворимых веществ снижалось. По-видимому, это происходило вследствие образования труднорастворимых комплексов, меньшим содержанием крахмала, следовательно, меньшим количеством декстринов, образовавшегося из него в результате экструзионной обработки (Рисунок 2-В).
Следовательно, для получения пеллет хорошего качества, с требуемой влажностью (8-10%),
глянцевой поверхностью, с высоким содержанием водорастворимых веществ (38-40%), необходимо увлажнять смесь до 28-30%. При этом, количество свекольного порошка не должно превышать 30%.
На Рисунке 3 представлены данные по влиянию температуры экструзии на влажность пеллет (А), коэффициент расширения (Б) и содержание водорастворимых веществ (В).
Температуру экструзии изменяли в пределах от 70 до 110°С. Влажность экструдируемой смеси составляла 28-30%.
Анализ полученных результатов позволил сделать заключение, что с увеличением температуры влажность пеллет уменьшалась. При температуре
ниже 75°С в смесях с количеством свекольного порошка 10-20% ленты полуфабриката получались влажными, с низкой клейстеризацией крахмала. При температуре выше 100°С пеллеты отличались неудовлетворительным качеством, вследствие термического разложения крахмала и образования темноокрашенных соединений - меланоидинов. В смесях с количеством свекольного порошка 3040% при температуре 70-75°С пеллеты получались с требуемой влажностью (8-10%). В смеси с количеством свекольного порошка 50% при любых значениях температур невозможно было добиться требуемой влажности пеллет (Рисунок 3-А).
Поверхность пеллет была глянцевая при
температуре 80-100°С в смесях с содержанием
свекольного порошка 10-30%. Дальнейшее
увеличение дозировки этого ингредиента
приводило к ухудшению качества поверхности пеллет (шершавая, темная поверхность, с вкраплениями темного цвета).
С увеличением температуры экструзии коэффициент расширения пеллет увеличивался, вследствие биохимических изменений, происходящих в сырье в результате экструзионной обработки. Температуры от 70-80°С было недостаточно для получения продукта с требуемым коэффициентом расширения и хрустящей консистенцией. Температура выше 100°С приводила к получению полуфабриката, прилипающего к поверхности зубов, бугристого, что говорит о неудовлетворительных потребительских качествах продукта. Количество свекольного порошка в смеси значительно снижало коэффициент расширения, особенно с
Рисунок 3. Влияние температуры экструзии на влажность пеллет (А), коэффициент расширения (Б) и содержание водорастворимых веществ (В).
увеличением температуры, вследствие малого содержания крахмала и белка в сырьевой смеси (Рисунок 3-Б).
Чем выше была температура экструзии, тем более глубокие изменения происходили с белковым и углеводным комплексами сырья, поэтому содержание водорастворимых веществ увеличивалось. При добавлении свекольного порошка содержание водорастворимых веществ уменьшалось, вследствие высокого содержания нерастворимых пищевых волокон в исходной смеси (Рисунок 3-В).
Таким образом, рациональной температурой экструзии для получения пеллет с требуемой влажностью, глянцевой поверхностью, с высоким коэффициентом расширения и содержанием водорастворимых веществ необходимо считать 90-95°С. Количество свекольного порошка в смеси не должно превышать 30%.
На Рисунке 4 показано влияние
продолжительности процесса экструзии на влажность пеллет (А), коэффициент расширения (Б) и содержание водорастворимых веществ (В) пеллет.
Продолжительность нахождения полуфабриката в рабочей зоне экструдера изменяли от 6-16 с. Влажность экструдируемой смеси при этом поддерживали в пределах 28-30%, температура экструзии составляла 90-95°С.
Анализ зависимости влажности пеллет от продолжительности экструзионной обработки позволил сделать вывод, что с увеличением продолжительности экструзии их влажность уменьшалась, в связи с продолжительностью воздействия температуры на продукт.
Для каждого образца было выбрано рациональное время, при котором пеллеты имели требуемую влажность. Так, при добавлении свекольного порошка в количестве 10-30% это время составляло 8-12 с. При продолжительности экструзии 6-8 с полуфабрикат становился влажным и требовал дополнительной подсушки. При продолжительности экструзии 13-16 с, полуфабрикат получался слишком сухой, с матовой поверхностью. При содержании свекольного порошка в смеси в количестве 40-50% наиболее рациональной продолжительностью процесса было выбрано 6-10 с. Полуфабрикат при этом имел темный цвет и матовую поверхность (Рисунок 4-А).
Изменение коэффициента расширения пеллет от продолжительности экструзионной обработки позволило доказать прямую связь между продолжительностью экструзии и получением продукта с хорошими потребительскими свойствами. Дозировки свекольного порошка в рецептурной смеси оказывали существенное влияние на коэффициент расширения пеллет. При их содержании 30-50% коэффициент расширения был небольшим при любой продолжительности экструзионной обработки. При содержании свекольного порошка 10-20% рациональной продолжительностью экструзии было выбрано 12 с (Рисунок 4-Б).
С увеличением продолжительности экструзионной обработки содержание водорастворимых веществ увеличивалось во всех образцах. Это связано с биохимическими изменениями, происходящими в сырье в результате продолжительности температурного воздействия. Но с увеличением дозировок свекольного порошка содержание водорастворимых веществ увеличивалось незначительно, в связи с низким содержанием крахмала в сырьевой смеси и большим количеством нерастворимых пищевых волокон (Рисунок 4-В).
Следовательно, рациональной продолжительностью процесса экструзии для получения продукта с хорошей усвояемостью принято считать 12 с. При этом содержание свекольного порошка в смеси не должно превышать 30%.
Таким образом, нами было установлено, что дозировка растительных порошков в рецептурной смеси играет существенную роль для получения пеллет надлежащего качества. Показано, что их количество не должно превышать 30%.
Для уточнения содержания свекольного порошка в рецептурной смеси изучено влияние его дозировки на геометрические (коэффициент расширения), органолептические и структурно-механические (формовочные свойства) характеристики пеллет (Таблица 2).
При получении лабораторных образцов пеллет основные режимы экструзии не изменяли. Контролем служил образец, не содержащий свекольный порошок.
Показано, что наибольший улучшающий качество пеллет эффект получен при использовании свекольного порошка в рецептуре в количестве 20% к массе смеси. При - этом формование смеси
Рисунок 4. Влияние продолжительности процесса экструзии на влажность пеллет (А), коэффициент расширения (Б) и содержание водорастворимых веществ (В).
Таблица 2
Влияние дозировок свекольного порошка на показатели качества пеллет
Содержание порошка в рецептуре, %
Формовочные свойства
Коэффициент расширения, ед
10 20
30 40 50
Масса не рвется при формовании, не требует повторного экструдирования, ленты экструдата слегка слипаются
Масса не рвется при формовании, но требует повторного экструдирования, ленты экструдата слегка слипаются
Ленты экструдата слипаются, рвутся при формовании, требуется повторное экструдирование
1,7 1,6
1,3
0,9 0,5
протекало без нарушения технологического максимальным и составил 1,6-1,7; полуфабрикаты процесса (склеивания лент, повторного имели глянцевую поверхность, прочную структуру, экструдирования); коэффициент расширения был цвет, соответствующий вносимой добавке вкус.
Для достоверности экспериментальных данных влияния режимов экструзии на основные параметры процесса использован статистический метод корреляционно-регрессионного анализа.
С помощью пакета прикладных программ Ехсе11 показана связь между такими параметрами как:
• х1 - влажность экструдируемой смеси;
• х2 - температура экструзии;
• х3 - продолжительность экструзии;
• у1 - влажность пеллет;
• у2 - коэффициент расширения пеллет;
• у3 - содержание водорастворимых веществ в пеллетах.
Получены зависимости у1(х1, х2, х3), у2(х1, х2, х3), у3(х1, х2, х3).
Уравнения имеют следующий вид:
• у1(х1,х2,х3) = ((2,8578*1,0481х1)*(16,721*0,992х2)* (14,3176*0,9687х3))/9,11652
• у2(х1,х2,х3) = ((2,369*0,988х1)*(1,2213*1,103х2)* (1,217*1,016х3))/1,61372
• у3(х1,х2,х3)=((46,9827*0,9929х1)*(32,6218*1,0109х2)* (36,1693*1,006х3))/38,85452
Установлено, что на показатель массовой доли влаги пеллет большее влияние оказывала влажность экструдируемой смеси; на коэффициент расширения и содержание водорастворимых веществ пеллет - температура экструзии.
Полученные статистические данные подтвердили правильность выбора режимов экструдирования при производстве зерновых экструдированных продуктов.
Выводы
В результате проведенных исследований изучена возможность использования сублимированных растительных порошков как обогащающего ингредиента при производстве зерновых экструдированных продуктов.
Исследован химический состав растительных порошков сублимационной сушки - яблочного, морковного, тыквенного, свекольного.
Установлено, что наибольшим содержанием ПВ, минеральных веществ - калия, кальция и магния отличается свекольный порошок. Источником железа может служить яблочный порошок;
тыквенный порошок является источником витамина С, а морковный - бета-каротина.
Определены оптимальные режимы экструзии при производстве продуктов экструзионной технологии - пеллет, обогащенных свекольным порошком: влажность экструдируемой смеси - 28 - 30%, температура экструзии - 90 - 95°С и продолжительность процесса экструзии - 10-12 с. Оптимальным количеством добавляемого в рецептурную смесь свекольного порошка является 20 %.
Проведена математическая обработка
экспериментальных данных показавшая значимость выбранных режимов процесса экструзии. Установлено, что на влажность пеллет большее влияние оказывает влажность экструдируемой смеси; на коэффициент расширения и содержание водорастворимых веществ пеллет - температура экструзии.
Полученные статистические данные подтвердили правильность выбора режимов экструдирования при производстве зерновых экструдированных продуктов.
Показано, что сублимированные растительные порошки могут быть использованы в качестве обогащающего ингредиента при разработке зерновых продуктов экструзионной технологии.
Благодарности
Авторы выражают огромную благодарность за помощь в проведении исследований ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии».
Литература
Бакуменко О.Е. Технология обогащенных продуктов питания для целевых групп. Научные основы и технология. - М.: ДеЛи плюс. - 2013. -288 с.
Быстрова Е.А. Высокоэффективный способ переработки ягод брусники в технологиях порошкообразных полуфабрикатов.-// Пищевая промышленность. - 2018. - № 4. - С. 5-12. Будкевич Р.О., Бакуменко О.Е., Евдокимов И.А., Будкевич Е.В. Влияние ночного употребления пищи у студентов на некоторые их физиологические показателии.-// Вопросы
питания. - 2014. - Т. 83. - № 3. - С. 17-24.
Величко Д.С., Дубцов Г.Г. Анализ состояния питания спортсменов в период тренировок.-// Пищевая промышленность. - 2014. - № 2 - С. 36-38.
Влащик Л.Г. Технология пектина и пектинопродуктов из выжимок винограда различных сортов, произрастающих в Краснодарском Крае: монография. - Краснодар: Куб-ГАУ. - 2012. - 168 с.
Грачев Ю.П., Плаксин Ю.М. Математические методы планирования эксперимента.- М.: ДеЛи принт. - 2005. - 296 с.
Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Никитюк Д.В., Тутельян В.А. Витаминная обеспеченность взрослого населения Российской Федерации: 1987-2017.-// Вопросы питания. - 2018. - Т. 87. -№ 4. - С. 62-68.
Кондратьев Н.В., Руденко О.С., Осипов М.В., Белова И.А., Савенкова Т.В. Роль макроэлементов при определении пищевой ценности кондитерских изделий на фруктовой основе.-// Кондитерское производство. - 2014. - № 6. - С. 6-8.
Кудряшова О.В., Михеева Г.А., Шатнюк Л.Н. Повышение пищевой ценности мучных кондитерских изделий путем использования новых ингредиентов.-// Вопросы питания. -2014. - Т. 83. - № 3. - С. 186-187.
Кутсакова В.Е., Шкотова Т.В., Ефимова С.В., Фролов С.В. Расчет продолжительности термообработки и замораживания хлебобулочных изделий с начинкой.-// Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2014. - № 2 (60). - С. 33-37.
Мартиросян В.В., Жиркова Е.В., Малкина В.Д., Балуян Х.А. Экструзионные продукты профилактического назначения.-// Вопросы питания. - 2016. - Т. 85. - № 2. - С. 294.
Методические рекомендации МР 2.3.1.2432-08 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации». -Москва. - 2008. - 41 с.
Неповинных Н.В., Новокшанова А.Л., Могильный М.Р., Лямина Н.П., Семина А.И., Абабкова А.А., Ироков А.А., Гринев В.С., Птичкина Н.М. Разработка и оценка возможности применения нового кислородного коктейля с повышенным содержанием белка в диетотерапии пациентов кардиологического профиля.-// Вопросы питания. - 2018. - Т. 87. - № 2. - С. 94-102.
Саленко Р.Н., Мартиросян В.В., Жиркова Е.В.,
Малкина В.Д. Исследование профилактических свойств экструдированных продуктов, обогащенных инулином.-// Пищевая промышленность. - 2013. - № 3. - С. 24-26.
Свиридов Д.А., Оганесянц Л.А., Панасюк А.Л., Кузьмина Е.И., Трубников А.Н. Экстракция красных листьев винограда - природный источник биологически активных
соединений.-// Пищевая промышленность. -2013. - № 3. - С. 40-42.
Семенов Г.В., Касьянов Г.И., Краснова И.С., Петков И.И., Оселедцева И.В. Технологическая оценка сублимированного винограда как сырья для производства напитков брожения.-// Плодоводство и виноградарство Юга России. -2018. - № 54 (06). - С. 140-154.
Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н., Поздняковский В.М. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами. - Новосибирск.
- Сибирское Университетское издательство. -2004. - 348 с.
Тырсин Ю.А., Казанцева И.Л. Перспективы использования продуктов переработки нута в безглютеновой диете. - // Вопросы детской диетологии. - 2015. - Т. 13. - № 1. - С. 5-10.
Черненко (Свердличенко) А.В., Алтунян М.К. Разработка технологии функциональных продуктов питания на основе топинамбура и фейхуа. - //Известия Вузов. Пищевая технология.
- 2015. - № 1. - с. 58-61.
Шириков В.Ф., Царбалиев С.М. Прикладные методы и модели исследования операций в примерах и задачах. М.: ДеЛи принт. - 2008. - 326 с.
Genkina N.K., Kiseleva V.I., Martirosyan V.V. Different types of v amylose-lipid inclusion complexes in maize exrudates revealed by dsc analysis. Starch, 2015, vol. 67, no. 9-10, pp. 752-755.
Su. Z. Anthocyanins and flavonoids of Vaccinium L. Pharmaceutical Crops, 2012, vol. 3, pp. 7-37.
Semenov G.V., Tikhomirov A.A., Krasnova I.S. The choice of the parameters of vacuum freeze drying to thermolabile materials with desired quality level. International Journal of Applied Engineering Research, 2016, vol. 11, no. 13, pp. 8056-8061.
Zhirenchina Z.U., Kizatova M.Z., Donchenko L.V., Donchenko E.V., Kurasova L.A. Comparative characteristics of the chemical structure of apples for the elaboration of functional food products. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. - 2016, vol. 7, no. 3, pp.23602370.
The Possibility of Using Freeze-Dried Vegetable Powders in the Production of Extruded Cereal Products
Olesya E. Bakumenko
Moscow State University of Food Production 11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russian Federation
E-mail: bacumenko@rambler.ru
Elena V. Alekseenko
Moscow State University of Food Production 11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russian Federation
E-mail: elealekseenk@rambler.ru
Nataliya V. Ruban
Moscow State University of Food Production 11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russian Federation
E-mail: nataligato@mail.ru
One of the effective technological methods of processing plant materials is extrusion. Traditionally, the extrusion processing is subjected to grain raw materials, but it does not contain valuable antioxidants - vitamin C, bioflavonoids, pectin, which are deficient in the human diet. The search for promising sources of vegetable raw materials and their introduction into the recipes of traditionally produced grain extruded products will expand the range and obtain products with high medical and biological indicators. Optimization of extrusion modes will allow you to maintain the quality of the finished product, increase the nutritional value and give the products preventive properties. The authors studied the chemical composition and scientifically grounded selection of vegetable freeze-drying powders - apple, carrot, pumpkin and beetroot as an enriching ingredient in recipes of extruded cereal products. The optimal modes of extrusion were determined: the humidity of the extruded mixture, the extrusion temperature and the duration of the process. Good molding properties and the maximum coefficient of expansion of pellets in samples with 20% content of beet powder in the recipe are noted. The molding of the mixture proceeded without disrupting the process - the tapes were not glued together, no re-extrusion was required; the expansion coefficient was 1.6-1.7 (for control 1.8); the pellets had a glossy surface, a solid structure, the taste corresponding to the supplement. The correctness of the chosen modes of extrusion was confirmed by mathematical processing of experimental data.
Keywords: extrusion, pellets, vegetable powders, extrusion temperature, moisture mixture, coefficient of expansion, process parameters
Acknowledgments
Authors express their deep gratitude for the assistance in conducting research Research Insitute of Food Concentrates Industry and Special Food Technology - branch of the Federal Research Center for Nutrition and Biotechnology.
References
Bakumenko O.E. Tekhnologiya obogashchennyh produktov pitaniya dlya celevyh grupp. Nauchnye osnovy i tekhnologiya. - M.: DeLi plyus. - 2013. -288 s.
Bystrova E.A. Vysokoehffektivnyj sposob pererabotki yagod brusniki v tekhnologiyah poroshkoobraznyh polufabrikatov.-// Pishchevaya promyshlennost'. -
2018. - № 4. - S. 5-12.
Budkevich R.O., Bakumenko O.E., Evdokimov I.A., Budkevich E.V. Vliyanie nochnogo upotrebleniya pishchi u studentov na nekotorye ih fiziologicheskie pokazatelii.-// Voprosy pitaniya. - 2014. - T. 83. - № 3. - S. 17-24.
Velichko D.S., Dubcov G.G. Analiz sostoyaniya pitaniya sportsmenov v period trenirovok.-// Pishchevaya promyshlennost'. - 2014. - № 2 - S. 36-38.
VlashchikL.G.Tekhnologiyapektinaipektinoproduktov iz vyzhimok vinograda razlichnyh sortov, proizrastayushchih v Krasnodarskom Krae: monografiya. - Krasnodar: Kub-GAU. - 2012. - 168 s.
Grachev YU.P., Plaksin YU.M. Matematicheskie metody planirovaniya ehksperimenta.- M.: DeLi print. - 2005. - 296 s.
Kodencova V.M., Vrzhesinskaya O.A., Nikityuk D.V., Tutel'yan V.A. Vitaminnaya obespechennost' vzroslogo naseleniya Rossijskoj Federacii: 19872017.-// Voprosy pitaniya. - 2018. - T. 87. - № 4. - S. 62-68.
Kondrat'ev N.V., Rudenko O.S., Osipov M.V., Belova I.A., Savenkova T.V. Rol' makroehlementov pri opredelenii pishchevoj cennosti konditerskih izdelij na fruktovoj osnove.-// Konditerskoe proizvodstvo.
- 2014. - № 6. - S. 6-8.
Kudryashova O.V., Miheeva G.A., SHatnyuk L.N. Povyshenie pishchevoj cennosti muchnyh konditerskih izdelij putem ispol'zovaniya novyh ingredientov.-// Voprosy pitaniya. - 2014. - T. 83. -№ 3. - S. 186-187.
Kutsakova V.E., SHkotova T.V., Efimova S.V., Frolov S.V. Raschet prodolzhitel'nosti termoobrabotki i zamorazhivaniya hlebobulochnyh izdelij s nachinkoj.-// Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij. - 2014. - № 2 (60). - S. 33-37.
Martirosyan V.V., ZHirkova E.V., Malkina V.D., Baluyan H.A. EHkstruzionnye produkty profilakticheskogo naznacheniya.-// Voprosy pitaniya. - 2016. - T. 85.
- № 2. - S. 294.
Metodicheskie rekomendacii MR 2.3.1.2432-08 «Normy fiziologicheskih potrebnostej v ehnergii i pishchevyh veshchestvah dlya razlichnyh grupp naseleniya Rossijskoj Federacii». - Moskva. - 2008.
- 41 s.
Nepovinnyh N.V., Novokshanova A.L., Mogil'nyj M.R., Lyamina N.P., Semina A.I., Ababkova A.A., Irokov A.A., Grinev V.S., Ptichkina N.M. Razrabotka i ocenka vozmozhnosti primeneniya novogo kislorodnogo koktejlya s povyshennym soderzhaniem belka v dietoterapii pacientov
kardiologicheskogo profilya.-// Voprosy pitaniya. -2018. - T. 87. - № 2. - S. 94-102.
Salenko R.N., Martirosyan V.V., ZHirkova E.V., Malkina V.D. Issledovanie profilakticheskih svojstv ehkstrudirovannyh produktov, obogashchennyh inulinom.-// Pishchevaya promyshlennost'. - 2013.
- № 3. - S. 24-26.
Sviridov D.A., Oganesyanc L.A., Panasyuk A.L., Kuz'mina E.I., Trubnikov A.N. EHkstrakciya krasnyh list'ev vinograda - prirodnyj istochnik biologicheski aktivnyh soedinenij.-// Pishchevaya promyshlennost'. - 2013. - № 3. - S. 40-42.
Semenov G.V., Kas'yanov G.I., Krasnova I.S., Petkov I.I., Oseledceva I.V. Tekhnologicheskaya ocenka sublimirovannogo vinograda kak syr'ya dlya proizvodstva napitkov brozheniya.-// Plodovodstvo i vinogradarstvo YUga Rossii. - 2018. - № 54 (06).
- S.140-154.
Spirichev V.B., SHatnyuk L.N., Pozdnyakovskij V.M. Obogashchenie pishchevyh produktov vitaminami i mineral'nymi veshchestvami. - Novosibirsk. -Sibirskoe Universitetskoe izdatel'stvo. - 2004. - 348 s.
Tyrsin YU.A., Kazanceva I.L. Perspektivy ispol'zovaniya produktov pererabotki nuta v bezglyutenovoj diete.
- // Voprosy detskoj dietologii. - 2015. - T. 13. - № 1. - S. 5-10.
Chernenko (Sverdlichenko) A.V., Altunyan M.K. Razrabotka tekhnologii funkcional'nyh produktov pitaniya na osnove topinambura i fejhua. - // Izvestiya Vuzov. Pishchevaya tekhnologiya. - 2015.
- № 1. - s. 58-61.
Shirikov V.F., Carbaliev S.M. Prikladnye metody i modeli issledovaniya operacij v primerah i zadachah. M.: DeLi print. - 2008. - 326 s.
Genkina N.K., Kiseleva V.I., Martirosyan V.V. Different types of v amylose-lipid inclusion complexes in maize exrudates revealed by dsc analysis. Starch, 2015, vol. 67, no. 9-10, pp. 752-755.
Su. Z. Anthocyanins and flavonoids of Vaccinium L. Pharmaceutical Crops, 2012, vol. 3, pp. 7-37.
Semenov G.V., Tikhomirov A.A., Krasnova I.S. The choice of the parameters of vacuum freeze drying to thermolabile materials with desired quality level. International Journal of Applied Engineering Research, 2016, vol. 11, no. 13, pp. 8056-8061.
Zhirenchina Z.U., Kizatova M.Z., Donchenko L.V., Donchenko E.V., Kurasova L.A. Comparative characteristics of the chemical structure of apples for the elaboration of functional food products. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. - 2016, vol. 7, no. 3, pp.23602370.
