Побочные продукты пищевых производств как источник сырья для производства экструдированных продуктов

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ / TECHNOLOGY OF FOOD PRODUCTS Оригинальная статья / Original article УДК 664.76

DOI:10.21285/2227-2925-2017-7-3-137-144

ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ КАК ИСТОЧНИК СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРУДИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ

© В.В. Ваншин, Е.А. Ваншина, А.В. Еркаев

Оренбургский государственный университет,

Российская Федерация, 460018, г. Оренбург, пр. Победы, д.13.

Целью исследования является изучение возможности переработки побочных продуктов хлебопекарных и крупяных производств. Объекты исследования - некондиционный хлеб и просяная мучка; из которых были получены продукты для быстрого перекуса с помощью экструзии. Исследования проведены с использованием шнекового экструдера при различных технологических режимах. При проведении исследований была определена наиболее оптимальные рецептура экструдированных продуктов и параметры ведения технологического процесса их производства. В ходе исследований было установлено, что при производстве экструдированных продуктов на основе хлебной крошки оптимальным уровнем включения в их состав просяной мучки следует считать 30%. Включение такого количества добавки позволило получить экструдаты с наилучшими органо-лептическими и физическими показателями. Экструзионная обработка обеспечивает высокие санитарно-гигиенические показатели продукта, так как полностью устраняются бактерии группы кишечной палочки, плесневые грибы и сальмонеллы, что значительно продлевает сроки хранения готового продукта. Внедрение предложенной технологии позволит повысить рентабельность производства и решить проблему переработки побочных продуктов хлебопекарного и крупяного производств.

Ключевые слова: хлебная крошка, просяная мучка, экструдирование, шнековый экструдер, безотходные технологии.

Формат цитирования: Ваншин В.В., Ваншина Е.А., Еркаев А.В. Побочные продукты пищевых производств как источник сырья для производства экструдированных продуктов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7, N 3. С. 137-144. DOI:10.21285/2227-2925-2017-7-3-137-144

FOOD BY-PRODUCTS AS A SOURCE OF RAW MATERIALS FOR THE PRODUC-TION OF EXTRUDED PRODUCTS

© V.V. Vanshin*, E.A. Vanshina**, A.V. Erkaev***

Orenburg State University,

13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russian Federation

The aim of the study is to investigate the possibility of processing bakery and grain industry by-products. The objects of the research are substandard bread and millet flour, from which products for quick snacks were obtained using extrusion. The investigations were carried out using an auger extruder under various technological modes. During the research, the optimal formula-tions of extruded products and the parameters of the technological process for their production were determined. In the course of the research, it was found that when manufacturing extruded products based on breadcrumbs, the optimal level of millet included in their composition should be considered to be 30%. The inclusion of such a proportion of additive allowed extru-dates with the best or-ganoleptic and physical characteristics to be obtained. Extrusion processing provides high sanitary-hygienic parameters of the product, since bacteria of the Escherichia coli group, mould fungi and Salmonella are completely eliminated, thus considerably pro-longing the shelf life of the finished product. The introduction of the proposed technology will increase the production profitability and solve the problem of processing bakery and grain production by-products.

Keywords: bread crumbs, millet shorts, extrusion, screw extruder, non-waste technology

For citation: Vanshin V.V., Vanshina E.A., Erkaev A.V. Food by-products as a source of raw materials for the produc-tion of extruded products. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2017, vol. 7, no. 3, pp. 137-144. (in Russian). DOI:10.21285/2227-2925-2017-7-3-137-144

ВВЕДЕНИЕ

Одним из наиболее перспективных путей повышения рентабельности производства в настоящее время является разработка и внедрение безотходных технологий. В пищевой промышленности, где при переработке растительного сырья получают большой ассортимент побочных продуктов, изучение возможности их переработки является весьма актуальным. Это подтверждается тем, что в последнее время все больше внимания уделяют натуральности компонентов, используемых для повышения пищевых достоинств продуктов.

Известно, что побочные продукты, получаемые при переработке зерна в крупу, такие как мучка, лузга, дробленое ядро, обладают высокой пищевой и биологической ценностью. Они богаты, в разной степени, белком, жиром, крахмалом, пищевыми волокнами, витаминами и микроэлементами. Все эти компоненты можно использовать для обогащения пищевых продуктов, повышая их функциональные и пищевые достоинства. А учитывая какой объем крупы перерабатывается на крупяных предприятиях нашей страны, можно представить какими невостребованными ресурсами мы обладаем [1, 2].

Немаловажным фактором при производстве комбинированных пищевых продуктов является способ их обогащения, который должен обеспечить максимальное сохранение свойств вносимого компонента и тем самым позволить создать продукт с заданными пищевыми характеристиками.

По мнению многих ученых, одним из наиболее перспективных методов, позволяющих создавать комбинированные продукты с максимальным сохранением их биологических и функциональных свойств, на сегодняшний день является экструдирование. Достоинством экструзионной обработки пищевого сырья является возможность проведения в одном агрегате процессов дозирования, смешивания, измельчения, структурирования, варки и формования, что неоспоримо снизит себестоимость получаемых изделий. Экструзионная обработка обеспечивает высокие санитарно-гигиенические показатели продукта: полностью устраняются бактерии группы кишечной палочки, плесневые грибы и сальмонеллы, что значительно продлевает сроки хранения готового продукта.

Так Robin Frederik, Schuchman Heike P., Palzer Stefan предлагают использовать экструдирование для введения пищевых волокон в состав зерновых экструдатов. В результате экструзионной обработки, по их мнению, увеличится количество нерастворимой клетчатки, что улучшит технологические и органические свойства экструдатов. [3]

Используя различные режимы экструзии, можно добиться максимального сохранения термонестабильных компонентов. Изучая обработку экструдатов из кукурузной муки методом холодной экструзии при различных режимах, ученые установили возможность регулирования в их составе тиамина и рибофлавина. [4]

Kumar K., Jindal N., Sharma S. и Nanda предложили использовать экструзию для обогащения экструдатов из ячменя медом. [5]

Результаты исследований, полученные в нашей стране и за рубежом, говорят об эффективности использования экструдирования при переработке побочных продуктов пищевых производств и при повышении пищевых и функциональных свойств получаемых продуктов [6-10].

Изучив химический состав побочных продуктов, получаемых при переработке проса в пшено, мы пришли к выводу, что наиболее перспективным и наиболее питательным сырьем является просяная мучка, выход которой зависит от режимов обработки зерна и составляет в среднем 7,5%. (табл. 1). Также было изучено содержание витаминов в просяной мучке (табл. 2). Как показали исследования, отдельные потоки просяной мучки содержат витамина В1 более чем в 1,5 раза больше, чем в просе, витамина В2 - в 5 раз больше, чем в просе, и витамина Е - в 6 раз больше, чем в просе.

Высокая питательная ценность просяной мучки позволяет рекомендовать ее для обогащения продуктов питания [11].

В связи с выше изложенным целью нашего исследования являлось изучение возможности использования просяной мучки для производства экструдированных продуктов, получаемых на основе хлебной крошки. Хлебная крошка, используемая в опыте, также является побочным продуктом хлебопекарного производства, получаемая при переработке некондиционного хлеба и черствого хлеба, возвращенного из торговой сети.

Таблица 1

Химический состав побочных продуктов крупяных предприятий

Table 1

Chemical composition of cereal by-products

Продукт В % на сухое вещество

Белок Жир Крахмал Клетчатка Зольность

Просяная мучка 12,6-13,2 6,3-21,0 41,0-43,2 14,0-30,1 8,6-9,0

Таблица 2

Содержание витаминов в просяной мучке, мг/%

Table 2

Vitamins content in millet shorts

Продукт Витамин В1 Витамин В2 Витамин РР Витамин Е Каротиноиды

Просяная мучка 0,66-0,70 0,35-0,41 1,49-1,60 3,75-4,75 0,26-0,88

Для достижения поставленной цели нами были определены следующие задачи:

- определить оптимальную рецептуру получения экструдированных продуктов на базе хлебной крошки, обогащенной просяной мучкой;

- установить оптимальные параметры ведения технологического процесса производства экструдированных продуктов - разработать принципиальную технологическую схему производства экструдированных продуктов из хлебной крошки с добавлением просяной мучки.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе для производства экструдиро-ванных продуктов использовался малогабаритный шнековый пресс-экструдер ПЭШ-30/4. Применяемые в работе компоненты предварительно были измельчены до крупности частиц размером не более 2 мм.

Для определения оптимальной влажности ведения технологического процесса была проведена серия опытов по экструдированию хлебной крошки различной влажности от 10 до 16%. В ходе проведения исследований было установлено, что оптимальная влажность теста для получения продуктов с наилучшими качественными показателями должна составлять 14%.

Было установлено, что при влажности 12% продукт в процессе экструзии начинает завариваться и гореть, что не позволяло получить экструдированный продукт. При влажности теста 1б% продукт был более пластичен, что, в свою очередь, препятствовало выходу

на заданный температурный режим обработки сырья и вело к снижению вспучивания продукта на выходе и снижению производительности пресс-экструдера.

Для проведения исследований была составлена схема опыта, представленная в табл. 3. Подготовленные образцы были увлажнены до 14% и проэкструдированы с использованием горячей варочной экструзии при температуре от 120 до 145 °С. Диаметр фильеры, использовавшийся для формования, составляет 4,2 мм, скорость вращения шнека -98 об/мин. Температура экструдирования контролировалась с помощью термопары мульти-метра DT-838, которая была установлена на корпусе экструдера.

Получаемые хлебные палочки на выходе из экструдера нарезались размером от 3 до 5 см, затем охлаждались и направлялись на оценку. Экструдированные продукты оценивались по органолептическим и физико-химическим показателям: влажность, пористость, насыпная масса, степень вспучивания, набу-хаемость, влагоудерживающая способность.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Органолептическая оценка хлебных палочек, обогащенных просяной мучкой, проводилась по методу ранжирования. Эксперты оценивали вкус, цвет, запах, консистенцию экс-трудатов. На основании полученных результатов органолептической оценки был построен график экспертной оценки, который показал, что наиболее оптимальным уровнем включения просяной мучки следует считать 30% (рис. 1).

Схема проведения опытов по экструдированию сухарной крошки с добавлением просяной мучки

Scheme of joint extruding of crumb and millet shorts

Таблица 3

Table 3

Содержание, % Наименование группы

Контрольная 1 опытная 2 опытная 3 опытная 4 опытная 5 опытная

Сухарная крошка Просяная мучка 100 0 90 10 2 8 о 0 70 30 60 40 50 50

в о

н

ra

р

я

м

м у

С

sc 7c sc sc 4c 3c 2c ic c

ic 2c 3c 4c sc

Процент внесения просяной мучки

Рис. 1. Изменение суммы рангов при органолептической оценке хлебных палочек в зависимости от обогащения их просяной мучкой

Fig. 1. Sensory evaluation of bread sticks enriched with millet shorts

icc

9c

sc

7c

sc

.0

т с sc

о

т с 4c

и

р о 3c

П 2c

ic

c

ic 2c 3c 4c sc

Процент внесения просяной мучки

sc

Рис. 2. Изменение пористости образцов хлебных палочек, обогащенных

просяной мучкой

c

c

Fig. 2. Porosity of bread sticks enriched with millet shorts ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ

Рис. 3. Изменение насыпной массы образцов хлебных палочек, обогащенных просяной мучкой

Fig. 3. Bulk weight of bread sticks enriched with millet shorts

18

16

§ 14

S 12

и

> 10 о

в 8

ь

н

<u 6

О)

¿3 4

2

0

0 10 20 30 40 50 60

Процент внесения просяной лузги

Рис. 4. Изменение степени вспучивания образцов хлебных палочек, обогащенных просяной мучкой

Fig. 4. Swelling degree of bread sticks enriched with millet shorts

При оценке пористости экструдатов было установлено, что она практически была на одном уровне у всех образцов, но лучшими результатами обладали образцы 3 опытной группы, о чем свидетельствуют данные графика, представленные на рис. 2.

При оценке насыпной массы экструдиро-

ванных хлебных палочек была выявлена та же тенденция, что и при оценке предыдущих показателей. Наименьшей насыпной массой обладали образцы с 30%-м включением просяной мучки, о чем свидетельствуют данные, представленные на рис. 3.

Оценивая структуру полученных экструда-

1

Таблица 4

Экспериментальные данные получения хлебных палочек, обогащенных просяной мучкой

Table 4

Characteristics of bread sticks enriched with millet shorts

Показатель Образцы*

Контроль 1 2 3 4 5

Внесенная добавка, в % 0 10 20 30 40 50

Влажность теста, % 14 14 14 14 14 14

Пористость, % 87,8 86,9 89,0 89,2 88,6 71,0

Насыпная масса, г/дм3 119 104,4 99,1 76,8 99,1 96,4

Степень вспучивания 6,9 13,8 15,1 15,3 14,0 13,1

Набухаемость, см3/г 5,4 6,3 6,4 6,8 6,8 7,0

Влагоудерживающая спо-

собность^ 155,5 214,0 213,0 210,7 207,6 204,3

Температура, оС 120 132 140 145 139 128

Сумма рангов 19 24 58 71 58 44

* см таблицу 3

тов и степень их вспучивания, мы установили, что наилучшими показателями обладали хлебные палочки из 3 опытной группы (рис. 4). Они имели наибольший коэффициент расширения, хорошо развитую тонкостенную пористость.

В ходе исследований мы оценивали набу-хаемость и влагоудерживающую способность экструдированных продуктов - это показатели, демонстрирующие способность экструдата связывать воду и растворятся в ней. Увеличение набухаемости хлебных палочек свидетельствует о повышении количества водорастворимых веществ и, как следствие, о повышении усвояемости продукта.

При сравнении результатов исследований, представленных в табл. 4, можно отметить, что по мере увеличения уровня включения просяной мучки в состав экструдатов происходило увеличение набухаемости и влагоудерживаю-щей способности. Температура экструдирова-ния сначала увеличивалась, а затем снижалась и была максимальной при 30%-м включе-

1. Никифорова Т.А., Никифоров А.Е. Эффективность использования побочных продуктов крупяных предприятий: монография. Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2006. 139 с.

2. Никифорова Т.А., Хон И.А., Ваншин В.В.

Новый подход в использовании вторичного сырья крупяного производства: сб. ст. по материалам XXVI-XXVII междунар. заочной науч.-практ. конф «Научная дискуссия: вопросы технических наук». № 9-10 (21). М.: Изд-во «Международный центр науки и образования», 2014. С.70-73.

нии мучки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на основании анализа полученных данных мы пришли к выводу, что просяную мучку можно использовать для производства экструдированных продуктов, получаемых из некондиционного хлеба. При этом следует отметить, что наиболее оптимальным уровнем включения просяной мучки в состав экструдированных продуктов на основе хлебной крошки следует считать 30%, так как экс-трудированные продукты этой группы обладали наилучшими физическими и органолептиче-скими показателями. Экструдаты этой группы обладали хорошо развитой тонкостенной нежной пористостью, приятным хлебным запахом и вкусом, что также было решающим при определении рецептурного состава.

Внедрение данной технологии позволит повысить пищевую ценность экструдирован-ных продуктов и увеличить рентабельность крупяных и хлебопекарных производств.

КИЙ СПИСОК

3. Robin Frederik, Schuchmann Heike P., Palzer Stefan. Dietary fiber in extruded cereals: Limitations and opportunities // Trends Food Sci. and Technol. 2012. V. 28, N 1, P. 23-32.

4. Boyaci Berna Bilgi, Han Jae-Yoon, Macatcioglu M. Tugrul, Yalcin Erkan, Celik Sueda, Ryu Gi-Hyung, Koksel Hamit. Effects of cold extrusion process on thiamine and riboflavin contents of fortified corn extrudates // Food Chem. 2012. 132, N 4, P. 2165-2170.

5. Kumar K., Jindal N., Sharma S., Nanda V. Physico-chemical and antioxidant properties of

extrudates developed from honey and barley // Int. J. Food Sci. and Technol. 2013. V. 48, N 8. P. 1750-1761.

6. Suksomboon Anocha, Limroongreungrat Kullaya, Sangnark Arpathsra, Thititumjariya Korntip, Noomhorm Athapol. Effect of extrusion conditions on the physicochemical properties of a snack made from purple rice (Hom Nil) and soybean flour blend // Int. J. Food Sci. and Technol.

2011. V. 46, N 1, P. 201-208.

7. Delgado-Nieblas C., Aguilar-Palazuelos E., Gallegos-Infante A., Pocha-Guzman N., Zazueta-Morales J., Caro-Corrales J. Characterization and optimization of extrusion cooking for the manufacture of third-generation snacks with winter squash (Cucurbita moschata D.) flour // Cereal Chem.

2012. V. 89, N 1, P. 65-72

8. Ваншин В.В., Туктамышева А.Р., Новикова Л.В., Халитова Э.Ш., Зинюхина А.Г. Экс-трудирование поликомпонентной смеси крах-малосодержащего сырья и мезги плодоовощ-

ных культур // Вестник Оренбургского государственного университета. 2014. N 1 (162). С. 156-160.

9. Ваншина Е.А., Ваншин В.В., Новикова Л.В. Использование пшеничного зародыша для обогащения экструдированных продуктов, полученных на основе некондиционного хлеба: материалы Всерос. науч.-метод. конф. с меж-дунар. участием «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры». Оренбург: Участок оперативной полиграфии ОГУ, 2015. С. 893-896. CD-R. [Электронный ресурс].

10. Ваншин В.В., Ваншина Е.А. Повышение белковой питательности экструдирован-ных продуктов // Хлебопродукты. 2016. N 7. С.64-65.

11. Никифорова Т.А. Вторичное сырье крупяных производств: монография. Оренбург: Университет, 2014. 164 с.

REFERENCES

1. Nikiforova T.A., Nikiforov A.E. Effektivnost' ispol'zovaniya pobochnykh produktov krupyanykh predpriyatii [Efficiency of cereal by-products use]. Orenburg: IPK GOU OGU Publ., 2006, 139 p.

2. Nikiforova T.A., Khon I.A., Vanshin V.V. Novyi podkhod v ispol'zovanii vtorichnogo syr'ya krupyanogo proizvodstva [Novel approach to se-real secondary raw materials use]. In: Nauchnaya diskussiya: voprosy tekhnicheskikh nauk. Sbornik statei po materialam XXVI-XXVII mezhdunarodnoi zaochnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Scientific discussion: Engineering sciences. Proc. XXVI-XXVII Int. Sci.-Pract. Conf.]. Moscow: Mezhdunarodnyi tsentr nauki i obrazovaniya Publ., 2014, no. 9-10 (21), pp. 70-73.

3. Robin F., Schuchmann H. P., Palzer S. Dietary fiber in extruded cereals: Limitations and opportunities. Trends Food Sci. and Technol. 2012, vol. 28, no. 1, pp. 23-32.

4. Boyaci B. B., Han J.-Y., Macatcioglu M.T., Yalcin E., Celik S., Ryu G.-H., Koksel H. Effects of cold extrusion process on thiamine and riboflavin contents of fortified corn extrudates. Food Chem. 2012, vol.132, no. 4, pp. 2165-2170.

5. Kumar K., Jindal N., Sharma S., Nanda V. Physico-chemical and antioxidant properties of extrudates developed from honey and barley. Int. J. Food Sci. and Technol. 2013, vol. 48, no. 8, pp. 1750-1761.

6. Suksomboon A., Limroongreungrat K., Sangnark A., Thititumjariya K., Noomhorm A. Effect of extrusion conditions on the physicochemi-cal properties of a snack made from purple rice (Hom Nil) and soybean flour blend. Int. J. Food

Sci. and Technol. 2011, vol. 46, no. 1, pp. 201208.

7. Delgado-Nieblas C., Aguilar-Palazuelos E., Gallegos-Infante A., Pocha-Guzman N., Zazueta-Morales J., Caro-Corrales J. Characterization and optimization of extrusion cooking for the manufacture of third-generation snacks with winter squash (Cucurbita moschata D.) flour. Cereal Chem. 2012, vol. 89, no. 1, pp. 65-72.

8. Vanshin V.V., Tuktamysheva A.R., Novikova L.V., Khalitova E.Sh., Zinyukhina A.G. Multiconponent mixture extruding of stsrchcon-taining raw material and fruit and vegetable crops pulp. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta [Vestnik og the Orenburg State University]. 2014, no. 1

9. Vanshina E.A., Vanshin V.V., Novikova L.V. Ispol'zovanie pshenichnogo zarodysha dlya obogashcheniya ekstrudirovannykh produktov, poluchennykh na osnove nekonditsionnogo khle-ba [Using of wheat germ to enrich the substandard bread based extruded products]. Materialy Vserossiiskoi nauchno-metodicheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem «Universitetskii kompleks kak regional'nyi tsentr obrazovaniya, nauki i kul'tury» [Proc. All Russ. Conf. Int. Part. «University as regional center of education, science and culture»]. Orenburg: OGU Publ., 2015, pp. 893-896. CD-R. [Elektronnyi resurs].

10. Vanshin V.V., Vanshina E.A. Increase of protein nutritional value of extruded products. Khleboprodukty [Khleboprodukty]. 2016, no. 7, pp. 64-65.

11. Nikiforova T.A. Vtorichnoe syr'e krupyanykh proizvodstv [Secondary raw ma-

Критерии авторства

Ваншин В.В., Ваншина Е.А., Еркаев А.В. выполнили экспериментальную работу, на основании полученных результатов провели обобщение и написали рукопись. Ваншин В.В., Ваншина Е.А., Еркаев А.В. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Владимир В. Ваншин

Оренбургский государственный университет,

К.с.-х.н., доцент

vanshin.v@mail.ru

Екатерина А. Ваншина

Оренбургский государственный университет, К.п.н., доцент

sadovs-ekaterina@yandex.ru Александр В. Еркаев

Оренбургский государственный университет, Магистрант

badwlf316657@gmail.ru

Поступила 27.12.2016

teralsof cereals]. Orenburg: Universitet Publ., 2014, 164 p.

Contribution

Vanshin V.V., Vanshina E.A., Erkaev A.V. carried out the experimental work, on the basis of the results summarized the material and wrote the manuscript. Vanshin V.V., Vanshina E.A., Erkaev A.V. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

AUTHORS' INDEX Affiliations

Vladimir V. Vanshin

Orenburg State University,

Ph.D. (Agriculture), Associate Professor

vanshin.v@mail.ru

Ekaterina A. Vanshina

Orenburg State University,

Ph.D. (Pedagogics), Associate Professor

sadovs-ekaterina@yandex.ru

Alexander V. Erkaev

Orenburg State University, Master Student badwlf316657@gmail.ru

Received 27.12.2016