Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор литературы по проблеме совершенствования технологии текстуратов и экструдатов из растительного сырья 6
1.1 Теоретические основы и практическая реализация технологии текстурированных продуктов 6
1.2 Объемы производства белковых текстуратов и тенденции развития рынка 14
1.3 Особенности технологии экструдированных продуктов питания 18
1.4 Подготовка сырья, виды оборудования и схемы производства экструдированных продуктов 32
1.5 Задачи исследования 39
2 Объекты и методы исследований 42
2.1 Объекты исследований 42
2.2 Методы исследований 43
2.3- Специальные методы исследования 47
2.4 Методы определения биологической ценности 52
2.5 Статистическая обработка результатов экспериментов 54
3 Экспериментальная часть. совершенствование технологических приемов производства пищевых текстуратов 56
3.1 Рекомендуемые виды сырья для производства текстуратов, их характеристика,химический состав, безопасность 56
3.2 Особенности конструирования рецептур текстуратов 64
3.3 Оборудование для подготовки сырья к экструзии 73
3.4 Регулирование функционально-технологических свойств текстуратов 82
4 Опытно-промышленная реализация результатов исследований 89
4.1 Аппаратурное оформление процесса получения пищевых текстуратов 89
4.2 Производство СОз-экстрактов из экструдированного сырья 91
4.3 Создание комбинированных рецептур продуктов, обогащенных текстуратами 103
4.4 Качественный состав продуктов питания на основе текстуратов 107
4.5 Применение пищевых текстуратов в мясных изделиях 110
Выводы 122
Литература 123
Приложение 140
- Объемы производства белковых текстуратов и тенденции развития рынка
- Специальные методы исследования
- Особенности конструирования рецептур текстуратов
- Производство СОз-экстрактов из экструдированного сырья
Введение к работе
1.1 Актуальность темы. Одним из перспективных способов создания новых видов пищевых продуктов, появившийся во второй половине прошлого века, является термопластическая экструзия, позволяющая получать пищевые и кормовые текстураты из крахмалсодержащего сырья.
К текстуратам относятся специализированные продукты термопластической экструзии, производимые из зернового и бобового сырья с целью частичной замены мясного сырья. Экструзионные технологии, позволяют создавать пищевые текстураты с заранее заданными свойствами, с наиболее предпочтительным для организма человека балансом питательных веществ и более высокой усвояемостью.
Отечественной промышленностью освоен выпуск только наиболее простых в изготовлении текстуратов, преимущественно из крахмалосодержащего сырья. Но наибольший спрос в мире и в России приходится на экструзионные продукты, которые могут изготавливаться на основе многокомпонентных смесей из сырья растительного и животного происхождения (детское питание, зерновые текстураты для мясоперерабатывающей промышленности, аналоги мясо и рыбопродуктов, пищевые добавки, корма для животных и т.п.). Что касается таких продуктов, то они либо вообще не выпускаются отечественными производителями, либо их качество оказывается неконкурентоспособным по сравнению с продукцией зарубежных фирм.
Большой вклад в разработку экструзионных технологий внесли известные ученые и специалисты: Абрамов О.В., Антипова Л.В., Доронин А.Ф., Жаринов А.И., Жушман А.И., Елисеева Л.Г., Комяков О.Г., Кудряшов Л.С., Липатов Н.Н., Нелепов Ю.Н., Остриков А.Н., Плаксин Ю.М., Рудась П.Г., Фатыхов Ю.А., Mizota T., Hannan R. S., Tamura Y. и другие.
Трудами этих ученых установлено, что проблема создания комбинированных пищевых текстуратов, обладающих совокупностью функционально-технологических свойств, для обогащения продуктов питания биологически активными веществами, весьма актуальна.
Диссертационная работа является составной частью научных исследований кафедры технологии мясных и рыбных продуктов КубГТУ по госбюджетной теме КубГТУ № 1.4.06-10 «Биохимические, физические, энергоинформационные способы обработки сырья животного и растительного происхождения (2006-2010 гг.). Работа выполнялась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках гранта РФФИ № 08-08-99088 «Теоретические основы и экспериментальное обоснование процессов биотрансформации вторичных ресурсов мясной отрасли на основе методов регулируемого биокатализа» (2008-2009 гг.).
1.2 Цель и задачи исследований. Целью работы явилось совершенствование технологии мясорастительных текстуратов, получаемых способом термопластической экструзии из растительного и животного сырья, и их использование в мясоперерабатывающей промышленности.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
–обосновать целесообразность изготовления мясорастительных пищевых текстуратов из растительного и животного сырья;
–обосновать выбор сырья растительного и животного происхождения для получения мясорастительных пищевых текстуратов;
– исследовать химический состав сырья, используемого для получения мясорастительных пищевых текстуратов;
– предложить новые технологические приемы для совершенствования производства текстуратов из зернового, бобового и мясного сырья;
– разработать технологию производства СО2-экстрактов из экструдированного пряного и лекарственного сырья, предназначенного для улучшения органолептических характеристик мясорастительных пищевых текстуратов;
– разработать технологию и рецептуры мясорастительных пищевых текстуратов;
– исследовать химический состав мясорастительных пищевых текстуратов;
– разработать ассортимент и рецептуры пищевой продукции, обогащенной мясорастительными пищевыми текстуратами;
– провести опытно-промышленную апробацию усовершенствованной технологии получения и применения мясорастительных пищевых текстуратов;
– разработать техническую документацию на мясорастительные пищевые текстураты и продуктов с текстуратами;
–рассчитать экономическую эффективность применения мясорастительных пищевых текстуратов в мясной промышленности.
1.3 Научная новизна. Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании перспектив создания высококачественных мясорастительных пищевых текстуратов, предназначенных для обогащения химического состава различных пищевых продуктов на основе комплексного использования растительного и животного сырья. Теоретически обоснована целесообразность применения новых технологических приемов для производства мясорастительных пищевых текстуратов с использованием щадящей экструзионной и СО2-обработки.
Предложен механизм образования белково-углеводных комплексов текстуратов за счет воздействия сил сдвига и растяжения в условиях кратковременной высокотемпературной обработки, а также воздействия резкого перепада давления, при котором вероятно происходит разрушение подавляющей части биологических полимеров при одновременной деструкции тканевых и клеточных структур нативной мясной части исходного сырья.
Новизна технологических и технических решений подтверждена патентом РФ на изобретение и свидетельством на программу для ЭВМ.
1.4 Практическая значимость. С использованием математического метода планирования эксперимента разработаны сбалансированные по химическому составу мясорастительные пищевые текстураты, предназначенные для регулирования органолептического, химического и аминокислотного составов, функционально-технологических и структурно-механических свойств мясопродуктов. Усовершенствована технология производства текстуратов, получаемых способом термопластической экструзии, которая апробирована на универсальной линии ООО «Сухие завтраки» с использованием двушнекового экструдера с СО2-подкачкой. Разработаны рациональные рецептуры и технологическая схема процесса производства вареных колбас и консервов, обогащенных мясорастительными текстуратами. Проведена опытно-про-мышленная апробация усовершенствованной технологии производства текстуратов, разработана техническая документация на пищевые композиционные текстураты и на мясорастительные продукты с их использованием.
1.5 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях Ученого совета факультета пищевой биотехнологии и ресторанного бизнеса КубГТУ (г.Краснодар, 2006-2009 гг., на международной научно-практической конференции «Продовольственная индустрия Юга России»(г.Краснодар, 2000 г.); международной научно-практической конференции «Экологически безопасные энергосберегающие технологии хранения и переработки сырья растительного и животного происхождения»(г.Краснодар, 2001 г.); международной научно-практи-ческой конференции «Перспективные нано и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (г.Краснодар, 2007 г.), международного Форума «Аналитика и аналитики» (г.Воронеж, 2008 г.), международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в области холодильного хранения и переработки пищевых продуктов» (Краснодар, 2008 г.), международной научно-практической конференции «Теория и практика суб- и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья» (г.Краснодар, 2009 г.).
1.6 Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе монография и две статьи в реферируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получены патент РФ на изобретение и свидетельство на программу для ЭВМ.
1.7 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 122 страницах компьютерного текста, содержит 30 таблиц и 29 рисунков. Список литературы включает 132 источника научно-технической и патентной литературы, в том числе 25–иностранных авторов.
Объемы производства белковых текстуратов и тенденции развития рынка
Текстурированные продукты существенно изменили технология производства мясных продуктов и сухих завтраков и стали одной из традиционных форм пищевых добавок во всем мире. Они широко используются населением многих стран в рецептурах продуктов оздоровительного питания [35,39,60,110].
Анализ информационных данных показывает, что в Европе и США рынок текстурированных продуктов и легких закусок ежегодно увеличивается на 3%.
Изобразим в графическом виде объемы производства и применения текстуратов в мировой технологической практике (рисунки 1.3 и 1.4).
В авторской монографии [4] обоснована возможность рационального использования малоценного животного сырья для приготовления пищевой продукции. При современном состоянии сырьевой базы это возможно путем освоения нетрадиционных способов переработки коллаген и кератинсодержащего сырья.
Известно, что при переработке птицы и скота возникают значительные объёмы побочного сырья, среди которого наибольший удельный вес имеют субпродукты и мясокостная фракция, образующаяся при ручной и механической обвалке мяса. Однако, несмотря на высокую питательную ценность, они не полностью используются в пищевых целях из-за низких потребительских свойств. Для вовлечения в сферу питания богатых белком природных продуктов, имеющих ограниченное применение из-за низких потребительских свойств, а также для выделения белков, обладающих требуемым комплексом функциональных свойств, применяют процессы экстракции и гидролиза.
В настоящее время пересматривается концепция переработки нетрадиционных видов сельскохозяйственного сырья. Разрабатываются новые методологические подходы моделирования и проектирования сбалансированных по составу рецептур продуктов общественного питания [97, 124, 133]. На рисунке 1.3 приведена круговая диаграмма, характеризующая объемы производства растительных текстуратов в Европейских странах.
Анализ тенденций развития технологии и техники получения и применения пищевых текстуратов показывает, что в ближайшем будущем они займут важное место в рационе питания человека.
Как видно из представленной диаграммы наибольший объем производства занимают текстураты и экструдаты из крахмале од ержащего сырья.
На рисунке 1.4 приведена круговая диаграмма, характеризующая объемы применения растительных текстуратов в Европейских странах. Рисунок 1.4 - Объемы применения текстуратов в Европейских странах Если анализировать приведенную диаграмму, то можно отметить, что наибольший объем применения занимают сухие завтраки из крахмал содержащего сырья.
В Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности разрабатываются технологии использования экструзии для получения продуктов с заданными свойствами [49,50,85].Санкт-Петербургская фирма «Время и К» имеет опыт по применению текстуратов и пищевых добавок для улучшения функционально-технологических свойств мясных продуктов [82-84].
Доля текстуратов на российском рынке составляет менее 2% от Европейского уровня и около 4% в денежном выражении.Ряд исследований по получению и применению пищевых текстуратов, выполнены сотрудниками КубГТУ, совместно со специалистами Калининградского государственного технического университета и Воронежской государственной технологической академии [7,8,98,100].
Российскими учеными теоретически и экспериментально обоснованы методологические основы создания продуктов питания с заданными потреби тельскими свойствами из малоценного животного сырья [16,17,51].
В частности, изучен химический состав, пищевая ценность и функционально-технологические свойства малоценного животного сырья. Определены основные характеристики сырья, ответственные за качество готовой продукции [54].
В связи с тем, что сырье, используемое для выработки текстуратов, имеет нестабильные качественные характеристики, существует большой разброс значений всех измеряемых показателей. Это вызывает необходимость разработки новых методологических подходов к созданию рецептур и технологий текстурированных мясорастительных продуктов.
Сконструированы рецептуры продуктов из малоценного сырья, образующегося при переработке КРС, свиней и птиц [54].Характерной тенденцией и перспективой рынка мясорастительных текстуратов является рациональное сочетание овощного и животного сырья.
Впервые при моделировании комплексных рецептур продуктов использован термодинамический подход к синтезу моделей рецептурных смесей, описывающих зависимость различных технологических характеристик от массовых долей компонентов [24,40,41].Важной особенностью последнего десятилетия является изменение приоритетов в области создания сбалансированных продуктов питания и стремление более полно использовать белковый потенциал вторичных ресурсов птицеперерабатывающих производств.
С целью снижения себестоимости продукции предприятия мясной промышленности стали активно использовать белки растительного и животного происхождения. Однако недостатки растительных белков связаны, главным образом, с наличием лимитирующих аминокислот и ограничениями по орга-нолептическим показателям. Последние разработки ученых в России и за рубежом связаны с получением препаратов глубокой переработки белков животного происхождения. Их ассортимент базируется на нетрадиционных источ никах. Это кровь промышленных животных, соединительная ткань и молочная сыворотка. Экономическая целесообразность и аминокислотный состав кера-тиновых белков позволяют положительно оценить перспективы использования этих малоценных вторичных продуктов мясной отрасли. Доля таких белков в рационах питания населения не превышает 5% от всех белков животного происхождения.
Таким образом, существующие объемы производства текстуратов и экс-трудатов из сырья растительного и животного происхождения не отвечают требованиям внутреннего и внешнего рынка, а сбалансированные по составу мясорастительные текстураты в стране вообще не производятся.
Вполне правомерно, что экструзионная технология считается одним из самых перспективных и высокоэффективных процессов переработки сельскохозяйственного сырья, который удачно совмещает термо-, гидро- и механическую обработку сырья. Это позволяет получать продукты и компоненты нового поколения с заданными свойствами и с измененной структурой [106].
При экструзионной обработке семена зерновых культур в течении 2-3 сек проходят зону высокой температуры и давления. При этом не наблюдается значительного разрушения витаминов, но происходит гидролиз крахмала, увеличивается содержание декстринов и общих Сахаров. При выходе массы обработанного сырья из фильеры аппарата тело зерен взрывается, разрушается структура стенок клетки, клетчатка распадается на вторичные сахара. При этом содержание растворимых веществ повышается в 5-8 раз, полученный продукт становится более доступным для действия пищеварительных, соков и ферментов, улучшается перевариваемость и вкусовые качества, уничтожается патогенная микрофлора и гарантируется микробиологическая чистота полученного продукта [1-3].
Специальные методы исследования
Микроструктурное исследование размера частиц мясорастительного тек-стурата и эккструдатов чечевичной и гороховой муки проводили на лабораторном световом тринокулярном микроскопе Leika ТМЕ, снабженном цветной цифровой фотокамерой EZ-3.
К специальным методам исследований относится также определение содержания экстрактивных веществ в пряно-ароматическом и лекарственном растительном сырье. На рис. 2.2 представлен общий вид лабораторной установки для исчерпывающей экстракции растительного сырья жидким диоксидом углерода. Конструктивные особенности установки позволяют извлекать экстрактивные вещества практически полностью. Она рассчитана на долговременную работу с многократным использованием рабочего объема растворителя.
Корпус установки выполнен из цилиндрической обечайки, рассчитанной на внутреннее давление до 10 МПа. В верхней части аппарата имеется люк 1 с быстро снимающейся крышкой. Внутри корпуса размещен аппарат типа Со-кслет, состоящий из экстрактора 4 и приемной колбы 8. В крышке люка 1 установлен конденсатор 2 змеевикового типа и воронка 3. Подвод газообразной и жидкой фазы в газгольдер через штуцер 5. Сосуд снабжен электроподогревателем 9, а также необходимыми приборами для контроля и регулирования тем Давление в аппарате контролируется пружинным образцовым манометром 11. Поддержание на требуемом уровне термодинамических параметров растворителя в установке регулируется двухпозиционным электроподогревателем. Датчиком в схеме регулирования служит электроконтактный манометр. Для визуального наблюдения за процессом экстракции установка оборудована внутренним электроосвещением, а также смотровыми окнами 10. Подготовка сырья к исчерпывающей экстракции заключается в том, что из партии сырья отбирают среднюю пробу массой около 60 г, которая тщательно измельчается на измельчителе ударного действия. Измельченный растительный материал навеской по 8 -10 г помещают в экстракционные патроны. Установку к работе подготавливают в следующей последовательности: патроны, с навеской анали зируемого растительного сырья помещают внутрь экстрактора 4. Аппарат Со-кслета размещают в корпус установки и экстрактор 4 гибким шлангом соединяют со штуцером и, который предназначен для подачи жидкого СОг- После герметизации в установку - подают газообразный диоксид СОг через штуцер 12 и после выравнивания давления в установке с давлением в сборной емкости жидкого СОг (на рисунке не показана) через штуцер 13 заливают жидкий диоксид углерода в экстрактор 4.
Когда уровень растворителя в экстракторе превысит высоту сифонной трубки, происходит слив экстрагента с растворенным в нем экстрагированным веществом в приемную колбу 8. В этот момент подача свежего растворителя через штуцер 13 прекращается. Дальнейшая работа установки идет в автоматическом режиме. Жидкий диоксид углерода с растворенным в ней веществом, попадая в обогреваемую колбу 8, испаряется и в виде насыщенной газообразной фазы, поднимаясь вверх, контактируется с поверхностью конденсатора 2, через который прокачивается охлаждающий агент. Газообразный диоксид углерода конденсируется и в жидком виде стекает через воронку 3 в экстрактор 4. Таким образом, в экстракторе 4,осуществляется экстракция регенерируемым растворителем, а в колбе 8 — накопление практически чистого экстракта.
По окончании экстракции растворитель в газообразной фазе через штуцер 5 отводится в газгольдер, давление в аппарате уравновешивается с окружающей средой и установка разгерметизируется. Аппарат Сокслета извлекают из установки, и полученные экстракт и шрот количественно и качественно анализируют.
Экстракция на этой установке длится 15 — 20 ч, и за это время происходит практически полное извлечение экстрактивных веществ, которые способен извлечь применяемый растворитель. Режим регулируется с помощью электроконтактного манометра 7. Эта установка пригодна для исчерпывающей экстракции растительного сырья, которое не содержит жирных масел. Метод исчерпывающей экстракции позволяет оценить целесообразность переработки пряно-ароматического сырья, особенно применяемого впервые. Данные исчерпывающей экстракции являются также основополагающими при определении эффективности работы лабораторных и опытно-промышленных установок.
На рисунке 2.3 представлены следующие виды оценки качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. 1 - массовая доля влаги; 2 - массовая доля белка; 3 - массовая доля жира; 4 - массовая доля золы; 5 - соли тяжелых металлов; 6 - микроструктура; 7 - переваримость; 8 - аминокислотный состав; 9 -касательное напряжение; 10 - вязкость: 11 - плотность; 12 - насыпная масса; 13 - коэффициент взрыва; 14 - коэффициент расширения; 15 - коэффициент растяжения; 16 - индекс расширения; 17 - напряжение среза; 18 - методы математической статистики; 19 - микробиологические показатели, 20 - токсичные элементы; 21 - радионуклиды: 22 - пестициды и нитрозамины; 23 - антибиотики; 24 - биологическая ценность; 25 - органолептические показатели, 26 - экономическая эффективность.
В работе изучались свойства ферментного препарата коллагеназы из ге-патопанкреаса камчатского краба Paralithodes camtschatica, ТУ 9158-002-11734126-94 выпускаемого ЗАО «Биопрогресс» (г. Щелково, Московской обл.). Стандартная активность: 70 ед. ПА.
Анализ источников научно-технической и патентной литературы позволил выявить, что специальные требования по созданию мясорастительных тек-стуратов отсутствуют. Медико-биологические требования, предъявляемые к текстуратам общие и зависят от их формы и назначения. Специалистами Научно-исследовательского института питания РАМН осуществлена формализация специальных медико-биологических требований, которым должен соответствовать разрабатываемый продукт для питания людей работоспособного возраста. Ее проводили с учетом современных представлений о диететике, вытекающих из принципов сбалансированного питания, развитых применительно к метаболизму у людей работоспособного возраста.
Определение общего количества вегетативных форм микроорганизмов в 1 см3 образцов проводили при культивировании на мясо-пептонном агаре при температуре 37С в течение 24 ч с десятичным разведением стерильной водой и подсчетом выросших колоний (от 30 до 300 штук) на чашках Петри Отбор проб осуществляли по ГОСТ 21237-75 и ГОСТ Р 51447-99.На рисунке 2.3 приведена структурная схема исследований по применению пищевых текстуратов в мясоперерабатывающей промышленности.
Особенности конструирования рецептур текстуратов
Для проведения опытов использовали районированное в Краснодарском крае сырье: горох, гречиха, кукуруза, овес, просо, рис, сорго, тритикале, чечевица.
Конструирование рецептурного состава текстуратов по рецептурам №3-8 проводили с использованием метода математического планирования экспери мента. На рисунке 3.1 изображена схема алгоритма рецептур пищевых мясорас-тительных текстуратов. Представленная на рисунке схема представляет собой блочную декомпозицию прототипа программы моделирования продуктов питания следующего поколения которая позволяет производить расчеты по оптимизации химического состава продуктов питания с возможностью генерирования прототипа ТУ и ТИ, базы данных позволяют хранить данные о химическом составе со ссылками на источник сведений, с неограниченным (программой) количеством версий.
Модули программы включают в себя оформленные в виде классов модуль ввода данных и подготовки численного описания рецептуры с заданием граничных условий, модуль математической оптимизации состава, а также служебные модули и функции выбора компонентов, поиска в базе данных, генерации отчетов и документации.
Подобная компоновка существенно упрощает работу программиста и дальнейшее совершенствование программы. Выделенная база данных позволяет осуществлять контроль нарушения неявных ограничений.
Планируемые ограничения пробной версии близки к ограничениям пробной версии программы Generic 2. Они включают в себя ограничение количества вносимых в базы данных о химическом составе продуктов питания до 10 параметров, количество компонентов 4-мя и т.д. В полной версии программы все ограничения были сняты.
В процессе работы исследовали возможность внесения в фарш растительных белков как индивидуально, так и в виде смеси. Смесь текстурата и концентрата при разных соотношениях ингредиентов вносили в количестве от 4 до 10% к массе фарша. Перед внесением в фарш смесь предварительно гид-ратировали. Результаты опытов по использованию добавок в виде смеси текстурата и концентрата показали, что оптимальным является соотношение компонентов смеси 1:1. При внесении этой смеси в мясной фарш в различном количестве во всех случаях наблюдалось повышение ВУС, причем наиболее зна Аналогичная закономерность отмечена и при использовании фарша, в который добавляли такое же количество (40%) смеси концентрат: текстурат 1:1.
По полученным данным, в результате внесения гидратированных растительных белков, независимо от их вида, в количестве 40% к массе фарша, повышается формующая способность фаршей. Технологическим тестом установлено, что фрикадельки из комбинированных фаршей, хорошо сохраняют форму при кипячении в воде в течение 10 мин. Кроме того, введение в рецептуры бобовых и зерновых ингредиентов повышает содержание белка в фаршах на 2,0-2,5%.
Другим этапом исследований явилась разработка рецептур полуфабрикатов на основе фарша, содержащего 40% гидратированных бобовых белков и смесь текстурат по рец. № 1: текстурат по рец. №3 - 1/1. В рецептуры вводили мясо, сыр, грибы, различные овощи. В итоге экспериментальных работ разработаны полуфабрикаты 8 наименований.
Изготовленные в лабораторных условиях экструдированные изделия имеют большое разнообразие форм и могут быть обжарены или подсушены или начинены наполнителем. Они предлагаются в качестве готовых завтраков.
При взаимодействии рисовой муки с водой при температуре 20С отмечается выделение отдельных зерен крахмала из основной массы крупных частиц. Гидратации крахмала в заданных условиях не происходит. Белковый компонент нативной муки представляет собой мелкие частицы, окрашиваемые ме-тиленовым синим. Нагревание нативной муки в воде при 40С вызывает умеренное набухание зерен крахмала без каких-либо проявлений клейстеризации. Вто же время после выдержки в течение 1 ч при температуре 70С наблюдается частичное набухание зерен крахмала с весьма умеренными проявлениями клейстеризации. В то же время и при таких повышенных температурах зерна крахмала сохраняют сродство к йоду. На рисунке 3.1 приведена классифика ция текстурированных продуктов, изготовленных в зависимости от состава исходного сырья. Кроме того, была проведена серия опытов, целью которых являлось определение размеров, а также способности к гидратированию содержащегося в муке из чечевицы и тритикале крахмала. Для этого рассматривали изменение в качественном и количественном составе общего содержания крахмальных частиц в измельченной муке при ее гидратации в условиях разных температур. Процесс гидратации проводили в течение 1 ч.
Установлено, что образцы чечевичной муки в условиях гидратирования при 20С и выдержанной при данной температуре в течение 1 ч не имели больших отклонений по размеру крахмальных частиц, а средний размер зерна крахмала составил 17 мкм, минимальный размер - 7, а максимальный -30 мкм. При этом зерна крахмала не обнаружили видимых изменений при набухании, сохранив свои линейные размеры. Большая часть зерен имеет размеры в диапазоне 15-20 мкм, тогда как частиц с размерами меньше 10 и более 20 мкм сравнительно мало.
При набухании частиц крахмала при 40С наиболее часто встречались частицы с размерами 15-20 мкм, несколько реже 20-25 мкм. Средний размер частиц составлял 20 мкм, минимальный - 6 и максимальный -41 мкм.
Набухание частиц крахмала при 70С, дали следующую картину - средний размер частиц составляет 34 мкм, минимальный - 11 мкм, а максимальный - 66 мкм.
Строение некоторой части крупных чешуйчатых частиц четко обозначилось при использовании красителя метиленового синего. Часть из них представляет собой измельченные фрагменты покровных тканей чечевичного зерна. Физиологические особенности расположения подобных тканей предусматривают их более плотное строение, отличное по составу, что придает им специфические свойства, позволяющие иметь более устойчивые показатели в процессе термической обработки.
Микроструктурное исследование экструдированной чечевичной муки показало, что основная масса частиц в экструдате имеет пластинчатое гофрированное строение и струйчатую структуру. При окраске йодсодержащим красителем крахмал более не выявляется, наряду с этим метиленовый краситель четко определяет линейное расположение белкового компонента в объеме исследуемых частиц.
Основную массу частиц представляет модифицированный крахмал. В экструдате он имеет развернутое линейное строение и представляет собой пластинчатые структуры, в которых равномерно распределен по всему объему. Чешуи крахмального компонента являются плоскими частицами с неправильной формой края и имеют гофрированный характер.
Даже при кратковременном взаимодействии экструдата с водой комнатной температуры происходит заметное набухание бесцветных частиц с преимущественным содержанием крахмального компонента, а при окрашивании метиленовым синим — в них выявляется линейное строение белковых структур.
Термогидратационная обработка модифицированной муки при 40 и 70С приводит к дальнейшему набуханию, не изменяя структуру белкового и углеводного компонентов частицы. Как было отмечено выше, окрашивание йодом крахмала не выявляет. Следует отметить, что даже после прекращения воздействия высокой температуры (70 С), через несколько часов при комнатной температуре продолжается явление дальнейшего набухания вещества, сопровож
Производство СОз-экстрактов из экструдированного сырья
Одной из задач настоящего исследования было получение комплексного ароматизатора в форме ССЬ-экстракта, предназначенного для улучшения вкуса и аромата пищевых текстуратов. Отличительной особенностью технологии получения СОг-экстрактов является способ предварительной подготовки сырья к экстракции с использованием одношнекового экструдера.
Известный в настоящее время способ экструзионной обработки сырья за счет парообразования находящейся в сырье влаги, нельзя использовать для подготовки пряно-ароматического сырья к экстракции из-за возможности разрушения части термолабильных веществ. Использование экструзионной обработки смеси растительного сырья и диоксида углерода при подготовке к ССЬ-экстракции является перспективным.
Экструзионная обработка смеси растительного материала с гранулированным твердым диоксидом углерода обеспечивает (без перегрева) вскрытие клеточной структуры подготовленного к экстракции растительного материала. Этот способ был нами модернизирован и вместо добавления к смеси сырья гранулированного твердого С02, мы предложили подавать в корпус экструдера (во II зону) жидкий СОг под давлением до 4 МПа в количестве 2% от массы экструдируемого сырья.
Это позволило обеспечить более полное вскрытие клеточной структуры сырья, повысить степень «взрывного» измельчения сырья и более полно сохранить термолабильные вещества сырья в процессе экструзии.
На рисунке 4.6 приведена схема производства ССЬ-экстрактов из экстру дированного сырья.1-газгольдер, 2-конденсатор, 3-накопитель СОг, 4-экстракторы, 5-ресивер, 6-баллоны с СОг,7-сборник СОг-экстракта, 8-испаритель. Рисунок 4.6 —Схема получения СОг-экстрактов из экструдированного сырья
Разработана рецептура комплексного ССЬ-экстракта из смеси амаранта, имбиря, кориандра, кубебы, куркумы, перца черного и облепихи, для включения в состав пищевого текстурата, приведенная в таблице 4.1.
Заслуживает особого внимание включение в состав рецептуры экстракта из мицелия микробиологического гриба Blaceslea trispora, содержащего до 90% каротиноидов. Особенности состава комплексного С02-экстракта позволяют регулировать цвет, вкус и аромат пищевых текстуратов.
В таблице 4.2 представлена характеристика смеси пряно-ароматического и лекарственного растительного сырья, подвергнутого С02-экструзии. Таблица 4.2 -Органолептические показатели смеси пряно-ароматического и лекарственного растительного сырья казатели смеси растительного сырья.
Продукция упаковывается в различные виды потребительской тары из материалов, разрешенные органами и учреждениями Роспотребнадзора для контакта с пищевыми продуктами, вместимостью от 0,1 до 20 кг. Таблица 4.3 Физико-химические и санитарно-гигиенические показатели смеси пряно-ароматического и лекарственного растительного сырьяОрганолептические и физико-химические показатели комплексного СО2-экстракта приведены в таблице 4.4.Гранулометрический анализ смеси растительного сырья, подвергнутого С02-экструзионной подготовке, показал эффективность нового способа. Частицы сырья на выходе из матрицы имели следующие размеры: d=10 мкм-10%; сН20 мкм-15%; d=50 мкм-23%; d 100 мкм-42%.
В качестве объекта исследования использовали семена бобовых культур и белковый гидролизат. При проведении экспериментальных исследований производился нагрев матрицы и корпуса экструдера. Чечевицу, горох или сою измельчали в дробилке и просеивали. Затем сырье загружали в смеситель, смешивали с белковыми добавками и увлажняли полученную смесь до влажности 14... 18%.
Установлено, что во многом характер изменений обрабатываемого материала в экструдере во многом зависит от режима процесса экструдирования и его длительности. В продукте подвергаемом экструзии интенсивно протекают взаимосвязанные процессы тепло- и массопереноса и происходят физико-химические изменения. В каналах экструдера формируется поток реологического расплава, который поступает в предматричную зону и выдавливается через отверстия в матрице.
Получаемый в процессе экструзии мясорастительной смеси поток расплава можно рассматривать как течение жидкости в ступенчатом цилиндрическом канале, который на длине /у будет иметь диаметр di, а на длине U - диаметр d2 (dj di). Если предположить, что поток расплава при подходе к пред-матричной зоне уже установился, то течение расплава можно считать стационарным.В соответствии с теорией Абрамова О.В., Василенко В.Н. и Острикова А.Н. для каждого к — го канала можно записать систему дифференциальных уравнений неизотермического течения сплошной среды. По их данным должно наблюдаться асимметричное течение среды, что нашло подтверждение в наших экспериментах на качественно другом экструдируемом сырье, когда тангенциальная составляющая скорости равна нулю. При этом следует принять, что течение расплава стационарно, а сплошная среда становится аномально вязкой, несжимаемой и можно пренебречь достаточно малыми массовыми силами.
Дифференциальные уравнения, характеризующие течение расплава внутри экструдера, можно записать в цилиндрической системе координат в виде уравнений несжимаемости, уравнений движения массы внутри экструдера и уравнений прилагаемой энергии.
