Особенности термопластической экструзии
(Голосов: 58, Рейтинг: 4.46) |
04.02.2019
Экструзия (от латинского extrudo - выталкивание, выдавливание) - одна из перспективных и высокоэффективных технологий, совмещающая термо-, гидро- и механическую обработку сырья и позволяющая получать продукты нового поколения с заданными свойствами через изменение исходного состава экструдируемой смеси и управление физико-химическими, механическими, биохимическиими и микро-биологическими процессами, протекающими при экструзии.
Экструзионный способ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами тепловой обработки сырья и позволяет значительно интенсифицировать производственный процесс, повысить степень использования сырья, удалить нежелательные летучие компоненты, придающие неприятный привкус и запах, получить готовые к применению пищевые продукты, повысить их усвояемость или создать для них компоненты с высокой водо- и жироудерживающей способностью, расширить ассортимент пищевых продуктов, снизить их микробиологическую обсемененность гнилостными бактериями за счет эффекта термостерилизации и повысить сроки хранения, снизить производственные и трудовые затраты, уменьшить загрязнение окружающей среды.
В зависимости от температуры перед матрицей различают три основных вида экструзии: холодную, теплую и горячую (варочную). При холодной экструзии температура формуемой массы не превышает 50 °С, при теплой составляет от 60 до 100 °С, при горячей может находиться в широком диапазоне от 120 до 200 °С. Процесс экструдирования протекает следующим образом: продукт захватывается шнеком, перемещается вдоль корпуса, проходит зоны сжатия, разогрева за счет сил трения продукта о поверхность вращающегося шнека и корпуса, гомогенизации, зону непосредственно экструзии и разгрузки. Продолжительность обработки составляет 1-2 мин.
Наиболее часто экструдированию подвергают зерновое сырье, основным компонентом которого является крахмал. Во время экструзии разрушаются слабые, нековалентные связи и крахмал теряет свою нативную структуру (кристалличность), частично отделяется от отрубей и белка, связывается с липидами обрабатываемой смеси. Уменьшается размер, но увеличивается площадь поверхности зерен крахмала. За счет высокой температуры инактивируется природный ингибитор амилазы, поэтому повышается ферментативная «атакуемость» крахмала в пищеварительной системе человека, что повышает степень его усвоения.
Зерна различных злаковых культур, особенно зерна амаранта, богаты пищевыми белками, которые при температурной обработке и механическом воздействии утрачивают нативную структуру за счет разрыва слабых, нековалентных связей ( преимущественно водородных и гидробобных ), стабилизирующих третичную и вторичную структуру белков. Денатурация приводит к разворачиванию молекулы белка до первичной структуры, т.е. до последовательности аминокислот, соединенных между собой очень прочными, ковалентными связями (пептидными связями). Даже при условиях горячей, термопластической экструзии гидролиз пептидных связей не идет и большая часть связей сохраняется. Механическое воздействие может приводить к разрыву связей, поэтому в готовом продукте могут присутствовать в небольшом количестве пептиды и аминокислоты. Денатурация способствует повышению перевариваемости белка путем ферментативного гидролиза, следовательно, и увеличению степени его усвоения организмом человека. За счет высокой температуры инактивируется и природный ингибитор трипсина, что также способствует более полному перевариванию под действием протеолитических ферментов.
Для экструзии выбирают зерновые продукты с низким содержанием липидов (6-7%), так как их высокий уровень усложняет технологический процесс. При нагревании смеси также происходит инактивация липазы и липоксигеназы, что предупреждает гидролиз и окисление во время хранения готового продукта. Пористость экструзионных продуктов способствует окислительной порче под действием внешних факторов, поэтому для таких продуктов устанавливается срок годности.
Во время экструзии происходит частичная, так как время экструзии 1-2 минуты, потеря термочувствительных (термолабильных) витаминов группы В и витамина С, достаточно устойчивы к нагреванию и экструзии каротиноиды. В целом, потери витаминов ниже, чем при длительной варке продуктов. Перспективным способом улучшения витаминного состава является напыление витаминов на готовые экструдаты.
Пищевые волокна вовремя экструзии за счет механической энергии способствуют большей молекулярной дезорганизации крахмала, в частности уменьшается размер зерен амилопектина. Присутствие пищевых волокон уменьшает когезионность и повышает растворимость зерен крахмала с небольшой молекулярной массой, что обеспечивает в готовом продукте наличие структуры с более мелкими порами. Соотношение растворимых и нерастворимых пищевых волокон в экструдатах существенно не меняется, но, в результате химической модификации матрицы пищевых волокон, повышается их перевариваемость под действием ферментов микрофлоры кишечника. Кроме того, при модификации матрицы пищевых волокон происходит высвобождение макрофибрилл целлюлозы, которые выстраиваются вдоль ламинарного потока в шнеке и фильере экструдера и сближаются с молекулами крахмала. Полисахариды пищевых волокон, имея большое количество активных центров (свободных функциональных групп), при повышенной температуре соединяются перекрестными, преимущественно нековалентными связями с молекулами крахмала, образуют новые агрегатные структуры и вызывают изменение физико-химических свойств биополимерной массы, т.е. пищевые волокна участвуют в конформационных изменениях сырья и структурообразовании экструдатов.
И еще одно преимущество экструзии - это идеальный технологический процесс для обогащения продуктов питания физиологически важными и биохимически активными пищевыми ингредиентами ( ГОСТ Р 52349-2005 ): пищевыми волокнами (в частности инулином), витаминами, полиненасыщенными жирными кислотами, минеральными веществами, пробиотиками, пребиотиками или синбиотиками для получения обогащенных или функциональных изделий с улучшенными показателями качества, обеспечивающих профилактику заболеваний, связанных с возникновением в организме человека дефицита тех или иных питательных веществ.
http://infram.ru/catalog/energetika_promyshlennost/teoreticheskoe_obosnovanie_primeneniya_ekstrudiro...
http://www.mgutm.ru/files/graduates-and-doctors/avtoreferat_martirosyan_vv.pdf
https://studfiles.net/preview/6381593/
http://www.dissercat.com/content/nauchnoe-obosnovanie-i-razrabotka-tekhnologii-termoplasticheskoi-ek...
http://pdf.knigi-x.ru/21raznoe/23170-1-obosnovanie-optimalnih-parametrov-ekstrudirovaniya-razlichnih...
https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3341
https://gugn.ru/work/3222708/povysenie-effektivnosti-prigotovlenia-ekstrudirovannogo-korma
В зависимости от температуры перед матрицей различают три основных вида экструзии: холодную, теплую и горячую (варочную). При холодной экструзии температура формуемой массы не превышает 50 °С, при теплой составляет от 60 до 100 °С, при горячей может находиться в широком диапазоне от 120 до 200 °С. Процесс экструдирования протекает следующим образом: продукт захватывается шнеком, перемещается вдоль корпуса, проходит зоны сжатия, разогрева за счет сил трения продукта о поверхность вращающегося шнека и корпуса, гомогенизации, зону непосредственно экструзии и разгрузки. Продолжительность обработки составляет 1-2 мин.
Наиболее часто экструдированию подвергают зерновое сырье, основным компонентом которого является крахмал. Во время экструзии разрушаются слабые, нековалентные связи и крахмал теряет свою нативную структуру (кристалличность), частично отделяется от отрубей и белка, связывается с липидами обрабатываемой смеси. Уменьшается размер, но увеличивается площадь поверхности зерен крахмала. За счет высокой температуры инактивируется природный ингибитор амилазы, поэтому повышается ферментативная «атакуемость» крахмала в пищеварительной системе человека, что повышает степень его усвоения.
Зерна различных злаковых культур, особенно зерна амаранта, богаты пищевыми белками, которые при температурной обработке и механическом воздействии утрачивают нативную структуру за счет разрыва слабых, нековалентных связей ( преимущественно водородных и гидробобных ), стабилизирующих третичную и вторичную структуру белков. Денатурация приводит к разворачиванию молекулы белка до первичной структуры, т.е. до последовательности аминокислот, соединенных между собой очень прочными, ковалентными связями (пептидными связями). Даже при условиях горячей, термопластической экструзии гидролиз пептидных связей не идет и большая часть связей сохраняется. Механическое воздействие может приводить к разрыву связей, поэтому в готовом продукте могут присутствовать в небольшом количестве пептиды и аминокислоты. Денатурация способствует повышению перевариваемости белка путем ферментативного гидролиза, следовательно, и увеличению степени его усвоения организмом человека. За счет высокой температуры инактивируется и природный ингибитор трипсина, что также способствует более полному перевариванию под действием протеолитических ферментов.
Для экструзии выбирают зерновые продукты с низким содержанием липидов (6-7%), так как их высокий уровень усложняет технологический процесс. При нагревании смеси также происходит инактивация липазы и липоксигеназы, что предупреждает гидролиз и окисление во время хранения готового продукта. Пористость экструзионных продуктов способствует окислительной порче под действием внешних факторов, поэтому для таких продуктов устанавливается срок годности.
Во время экструзии происходит частичная, так как время экструзии 1-2 минуты, потеря термочувствительных (термолабильных) витаминов группы В и витамина С, достаточно устойчивы к нагреванию и экструзии каротиноиды. В целом, потери витаминов ниже, чем при длительной варке продуктов. Перспективным способом улучшения витаминного состава является напыление витаминов на готовые экструдаты.
Пищевые волокна вовремя экструзии за счет механической энергии способствуют большей молекулярной дезорганизации крахмала, в частности уменьшается размер зерен амилопектина. Присутствие пищевых волокон уменьшает когезионность и повышает растворимость зерен крахмала с небольшой молекулярной массой, что обеспечивает в готовом продукте наличие структуры с более мелкими порами. Соотношение растворимых и нерастворимых пищевых волокон в экструдатах существенно не меняется, но, в результате химической модификации матрицы пищевых волокон, повышается их перевариваемость под действием ферментов микрофлоры кишечника. Кроме того, при модификации матрицы пищевых волокон происходит высвобождение макрофибрилл целлюлозы, которые выстраиваются вдоль ламинарного потока в шнеке и фильере экструдера и сближаются с молекулами крахмала. Полисахариды пищевых волокон, имея большое количество активных центров (свободных функциональных групп), при повышенной температуре соединяются перекрестными, преимущественно нековалентными связями с молекулами крахмала, образуют новые агрегатные структуры и вызывают изменение физико-химических свойств биополимерной массы, т.е. пищевые волокна участвуют в конформационных изменениях сырья и структурообразовании экструдатов.
И еще одно преимущество экструзии - это идеальный технологический процесс для обогащения продуктов питания физиологически важными и биохимически активными пищевыми ингредиентами ( ГОСТ Р 52349-2005 ): пищевыми волокнами (в частности инулином), витаминами, полиненасыщенными жирными кислотами, минеральными веществами, пробиотиками, пребиотиками или синбиотиками для получения обогащенных или функциональных изделий с улучшенными показателями качества, обеспечивающих профилактику заболеваний, связанных с возникновением в организме человека дефицита тех или иных питательных веществ.
http://infram.ru/catalog/energetika_promyshlennost/teoreticheskoe_obosnovanie_primeneniya_ekstrudiro...
http://www.mgutm.ru/files/graduates-and-doctors/avtoreferat_martirosyan_vv.pdf
https://studfiles.net/preview/6381593/
http://www.dissercat.com/content/nauchnoe-obosnovanie-i-razrabotka-tekhnologii-termoplasticheskoi-ek...
http://pdf.knigi-x.ru/21raznoe/23170-1-obosnovanie-optimalnih-parametrov-ekstrudirovaniya-razlichnih...
https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3341
https://gugn.ru/work/3222708/povysenie-effektivnosti-prigotovlenia-ekstrudirovannogo-korma
Врач-нутрициолог, специалист в области
клинической и лабораторной диагностики,
зав. лабораторией и научный консультант
ООО «Корпорации Di&Di» Иванова Л.В.