СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРУДАТОВ
EXTRUDATES PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству экструдатов из зерновых и крупяных культур с повышенным содержанием пищевых волокон и витаминов.
Известен способ получения муки из взорванных круп, включающий производство крупы (пшеничной, овсяной, гречневой, ячменной, кукурузной, рисовой, манной), ее просеивание, подачу крупы норией в приемную емкость, установленную над экструдером, экструдирование крупы при массовой доле влаги 12…15% и температуре 170°С, резку экструдата в регуляторе-грануляторе на гранулы диаметром 20…40 мм и длиной 20…100 мм, охлаждение в охладителе, а затем подачу самотеком на измельчение [1].
Недостатком известного способа является то, что для получения продукта экструдирования используют крупы, которые получают последовательным сепарированием, шелушением, шлифованием и дроблением. При осуществлении этих процессов снижается содержание белка, клетчатки, жира, витаминов и микроэлементов за счет удаления оболочек, алейронового слоя и зародыша. Таким образом, пищевая ценность круп при их производстве снижается.
Если крупа перед экструдированием имеет массовую долю влаги менее 12%, то ее подвергают предварительному увлажнению и отлежке в бункере-накопителе в течение 8…12 ч, что значительно удлиняет производственный цикл. Кроме того, стоимость круп гораздо выше, чем зерна.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является способ производства продуктов экструдирования, включающий очистку зерна, дробление, экструдирование, гранулирование, охлаждение и измельчение экструдата.
Согласно данному изобретению зерно (ржи, гречихи, ячменя, кукурузы, проса, сои) с массовой долей влаги 11…16% без предварительного шелушения поверхности дробят до частиц с размером не более 4 мм и экструдируют в течение 30…40 с при температуре 150…195°С, причем продукт экструдирования гранулируют и охлаждают одновременно в шнеке-охладителе в течение 30…40 с. При этом сохраняются все биологически активные вещества, которые теряются при традиционном способе производства круп, и пищевая ценность продуктов экструдирования повышается [2].
Недостатком этого способа является повышенная трудоемкость, связанная с дроблением зерна перед его экструдированием, а также необходимостью гранулирования и охлаждения полученного экструдата в шнеке-охладителе. Кроме этого, режимы обработки зерна, предусмотренные прототипом (температура и продолжительность процесса), не способствуют сохранению термолабильных витаминов, а также приводят к излишней денатурации белка в экструдате. Дробление неошелушенного зерна на молотковой мельнице до размера частиц 3…4 мм (как требуется по прототипу) неизбежно приводит к появлению мучной фракции, которая клейстеризуется и приобретает вязкотекучее состояние уже в зоне сжатия экструдера. В результате происходит спекание материала, а органолептические и физико-химические показатели экструдата значительно ухудшаются. В связи с этим, измельчение перед экструзией может привести не к положительному эффекту, а к отрицательному. При этом следует иметь ввиду, что некоторые культуры, например просо, вообще имеют размер меньше 4 мм.
Предлагаемым изобретением решается задача снижения трудоемкости производства продуктов экструдирования и повышения технологических свойств получаемого продукта за счет лучшей сохранности витаминов и белков в экструдате, а также более интенсивного воздействия на стенки полисахаридов.
Этот результат достигается тем, что экструдат получают путем очистки зерна, его экструдирования и измельчения полученного продукта.
В качестве обрабатываемых материалов используют зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса, риса, гречихи, проса, кукурузы, сои с массовой долей влаги 12…18% отдельно или в смеси без предварительного шелушения поверхности.
Целые зерна экструдируют в течение 15…25 с при температуре 110…140°C с последующим воздействием на выходящее из фильеры матрицы экструдера сырье пониженным давлением, равным 0,03…0,07 МПа, при этом содержание влаги в экструдированном продукте регулируют величиной вакуума на выходе из экструдера на уровне не более 8%. Экструдат при выходе из фильеры матрицы разрезают на частицы размером 1,0…4,0 мм.
Полученный продукт можно использовать в качестве сырья при производстве хлебобулочных изделий, для замены части несоложеных продуктов в пивоварении, а также в качестве наполнителей и стабилизаторов в процессе приготовления кондитерских изделий.
В общем случае задачами экструзионной обработки растительного крахмалсодержащего сырья являются воздействие на его белки и крахмал.
Экструзионная обработка повышает перевариваемость белков, делает более доступными аминокислоты вследствие разрушения в молекулах белка вторичных связей. В экструдатах повышается усвояемость крахмала за счет его расщепления в процессе экструзии на сахара и декстрины.
Перечисленные изменения зависят от температуры и времени экструзионной обработки, влажности обрабатываемого сырья, а также давления воздуха в зоне выхода экструдата из фильеры.
Разность давлений внутри экструдера и на его выходе существенным образом влияет на разрушение вторичных связей в молекулах белка. Благодаря относительно низким температурам и кратковременности тепловой обработки сами аминокислоты при этом не разрушаются.
Разрушение клеточных стенок крахмала значительно интенсифицируется при воздействии пониженного давления на экструдат и приводит к повышению атакуемости их зерен различными ферментами и активизации процесса гидролиза.
По существу, в предлагаемом изобретении часть эффекта от температурного и временного воздействия на сырье в процессе экструзии заменяется более бережным по отношению к его полезным составляющим воздействием пониженного давления. При этом, снижая температуру и длительность экструдирования зерна, можно увеличить пористость экструдата и улучшить его технологические свойства.
В заявляемом способе можно получать необходимую влажность экструдатов, обрабатывая разное по содержанию влаги сырье, не меняя при этом параметры экструзионного процесса и не прибегая к дополнительной сушке продукта. Достигается это путем изменения величины пониженного давления (вакуума) на выходе из фильеры.
При экструзионной обработке зернового сырья за время менее 10 с интенсивность разрушения клеточных структур стенок крахмала мала, а при превышении 25 с наблюдается эффект излишней с точки зрения питательной ценности денатурации белков и снижение активности ферментов.
Температура обработки ниже 110°С за короткий период времени не приводит к разрушению клеточных стенок крахмала, а температура выше 140°С приводит к денатурации белков, разрушению витаминов и повышенной клейстеризации крахмала.
Как показывают опыты, экструзионная обработка сырья в сочетании с воздействием пониженного давления (вакуума) на выходе экструдата из фильеры вызывает биохимические изменения, способствующие снижению содержания нативного крахмала и повышению водорастворимых углеводов.
Кратковременный прогрев (не более 25 с) в условиях экструзионной обработки предотвращает разрушение витаминов. Наличие витаминов и повышенной доли аминного азота в полученном экструдате позволяет достичь более интенсивного процесса спиртового брожения (в процессе производства теста, сбраживания сусла и т.д.).
Предлагаемый способ получения экструдатов осуществляется следующим образом.
Неошелушенное зерно подвергают очистке с помощью комбинированной зерноочистительной машины, например, ЗКМ-1,5. Из зерновой массы выделяют битые и щуплые зерна, различные примеси, а также очищают поверхность зерна от пыли.
Для получения продукта экструдирования используют одношнековый пресс-экструдер КМ3-2У, дополнительно снабженный ножевым устройством и вакуумной камерой.
Обрабатываемый продукт из приемного бункера пресс-экструдера дозатором подается в шнековую часть машины. Захваченный шнеком продукт последовательно проходит зоны прессования и дозирования и выводится через фильеру матрицы в вакуумную камеру.
В условиях быстрого перехода экструдата из области высоких давлений в условия пониженного давления, происходит декомпрессионный взрыв: вода, находящаяся в продукте, переходит в парообразное состояние с выделением значительного количества энергии, что приводит к деструкции клеточных структур и вспучиванию продукта. Линейные размеры вспученных продуктов возрастают более чем в 2…4 раза, а соответственно еще больше увеличивается объем и пористость экструдата. Экструдат при выходе из фильеры матрицы с помощью вращающихся ножей разрезают на частицы размером 1,0…4,0 мм.
Продолжительность обработки составляет 15…25 с при температуре 110…140°С. Содержание влаги в экструдированном продукте (не более 8%) регулируют пониженным давлением в камере, равным 0,03…0,07 МПа.
Пример конкретного выполнения.
Неошелушенное зерно проса очищают на зерноочистительной комбинированной машине от куколя, битого и щуплого зерна, минеральных примесей, пыли; пропускают через магнитную колонку для удаления металлических примесей.
Зерно с массовой долей влаги 15% подают норией в приемную емкость, установленную над экструдером. В бункер экструдера сырье поступает самотеком.
В пресс-экструдере просо обрабатывают в течение 20 с при температуре 130°С.
На выходе из фильеры матрицы диаметром 4 мм экструдат разрезается вращающимися ножами на частицы длиной 2 мм и поступает в вакуумную камеру, где вспучивается и теряет влагу до требуемого значения. Цвет экструдата светло-коричневый с серым оттенком.
В таблице представлены показатели экструдата, изготовленного по предлагаемому способу. В качестве контроля приведены данные экструдата проса, полученного с помощью способа, изложенного в прототипе. Основные параметры экструзии согласно прототипа: влажность сырья - 15%; размер частиц - 2 мм; диаметр фильеры матрицы - 4 мм; температура экструзии - 150°; время экструзии - 30 с.
Таблица
Показатели экструдата, полученного в соответствии с предлагаемым способом
Показатели экструдата
Контрольный образец
Опытный образец
Массовая доля влаги, %
7,7
6,2
Пористость, %
69,0
74,5
Коэффициент расширения (вспучивания)
2,5
2,6
Коэффициент расширения, приведенный к температуре
2,5
2,9
Влагоудерживающая способность, %
260
310
Использование предлагаемого способа производства экструдатов позволяет сократить время их выработки, снизить себестоимость, повысить технологические свойства. Полученный продукт можно использовать в качестве наполнителей и стабилизаторов при приготовлении кондитерских изделий, сырья при производстве хлебобулочных изделий, а также для замены части несоложеных продуктов в пивоварении.
Литература
1. Парфененко В.В., Эйнгор М.Б., Никифорова В.Н. Производство кондитерских изделий с использованием нетрадиционного сырья. - М.: Агропромиздат, 1986, с.175…176.
2. RU 2237419 С2, Опубликовано 10.10.2004.