Пищевая экструзия
Экструзия в пищевой промышленности заключается в продавливании мягких смешанных ингредиентов через отверстие в перфорированной пластине или матрице, предназначенной для получения требуемой формы. Затем экструдированный продукт разрезается лезвиями до определенного размера. Машина, которая пропускает смесь через матрицу, представляет собой экструдер , а смесь называется экструдатом . Экструдер обычно представляет собой большой вращающийся шнек, плотно прилегающий к неподвижному цилиндру, на конце которого находится матрица.
Экструзия обеспечивает массовое производство продуктов питания с помощью непрерывной эффективной системы, обеспечивающей однородность конечного продукта. К ним относятся макароны , хлеб ( гренки , хлебные палочки и лепешки ), многие сухие завтраки и готовые к употреблению закуски , кондитерские изделия , готовое тесто для печенья , некоторые виды детского питания , жирная соя , текстурированный растительный белок , некоторые виды детского питания. напитки , а также сухие и полувлажные корма для домашних животных . Пищевые продукты, изготовленные методом экструзии, обычно имеют высокое содержание крахмала.
Процесс
[ редактировать ]
В процессе экструзии сырье сначала измельчается до нужного размера частиц, обычно до консистенции муки грубого помола. Сухая смесь пропускается через предварительный кондиционер, в который добавляются другие ингредиенты в зависимости от целевого продукта; это может быть жидкий сахар , жиры , красители , мясо или вода. Для запуска процесса приготовления вводится пар , а затем предварительно кондиционированная смесь (экструдат) проходит через экструдер. Экструдер представляет собой большой вращающийся шнек , плотно прилегающий к неподвижному цилиндру, на конце которого находится матрица. [1] Вращающийся шнек экструдера проталкивает экструдат по направлению к матрице и через нее. Экструдат находится в экструдере в течение времени пребывания . [ нужна ссылка ]
Многие экструдированные продукты вздуваются и меняют текстуру при экструдировании из-за уменьшения усилий и выделения влаги и тепла. [1] Степень, в которой это происходит, известна как коэффициент расширения . Экструдат разрезается на нужную длину с помощью лезвий на выходе экструдера, которые вращаются вокруг отверстий матрицы с определенной скоростью. Затем продукт охлаждают и сушат, становясь жестким, сохраняя при этом пористость. [ нужна ссылка ]
Приготовление происходит внутри экструдера, где продукт производит собственное трение и тепло за счет создаваемого давления (10–20 бар). этот процесс может вызывать как денатурацию белка , так и желатинизацию крахмала При некоторых условиях .
Многие процессы экструзии пищевых продуктов включают в себя высокую температуру в течение короткого времени. [1] Важными факторами процесса экструзии являются состав экструдата, длина шнека и скорость вращения, температура и влажность цилиндра, форма матрицы и скорость вращения лезвий. Они контролируются в зависимости от желаемого продукта, чтобы гарантировать однородность продукции. [ нужна ссылка ]
Влага является наиболее важным из этих факторов и влияет на вязкость смеси , пластифицируя экструдат. Увеличение влажности приведет к снижению вязкости, крутящего момента и температуры продукта, а также увеличению объемной плотности. Это также уменьшит давление на штампе. Большинство процессов экструзии в пищевой промышленности осуществляются при влажности от низкой до средней (уровень влажности ниже 40%). Экструзия с высокой влажностью известна как мокрая экструзия , но она не использовалась до появления двухшнековых экструдеров (TSE), которые обладают более эффективной способностью транспортировки. Наиболее важным реологическим фактором при мокрой экструзии экструдата с высоким содержанием крахмала является температура. [2]
Количество соли в экструдате может определять цвет и текстуру некоторых экструдированных продуктов. Степень расширения и воздушность продукта зависят от концентрации соли в экструдате, возможно, в результате химической реакции между солью и крахмалами в экструдате. Изменения цвета в результате концентрации соли могут быть вызваны «способностью соли изменять активность воды в экструдате и, таким образом, изменять скорость реакций потемнения». Соль также используется для распределения второстепенных ингредиентов, таких как пищевые красители и ароматизаторы , после экструзии; после смешивания с солью они более равномерно распределяются по поверхности продукта. [3]
История
[ редактировать ]
Первый экструдер был разработан для производства колбас в 1870-х годах. [4] Сухие макароны и сухие завтраки производятся методом экструзии с 1930-х годов. [2] и этот метод применялся к малышам (первый продукт из экструдированного картофеля: Ore-Ida в 1953 году) и производству кормов для домашних животных с 1950-х годов (первый экструдированный корм для собак: Purina Dog Chow в 1957 году и первый экструдированный корм для кошек: Purina Friskies в 1962 году). ). [4] В некоторых бытовых кухонных приборах, таких как мясорубки и некоторые виды макаронных изделий, используется экструзия. Кондитерские мешки (кондитерские мешки), отжимаемые вручную, работают методом экструзии. [ нужна ссылка ]
Эффекты
[ редактировать ]Экструзия обеспечивает массовое производство продуктов питания с помощью непрерывной эффективной системы, обеспечивающей однородность конечного продукта. Это достигается путем контроля различных аспектов процесса экструзии. Это также позволило производить новые обработанные пищевые продукты и «произвело революцию во многих традиционных процессах производства закусок». [5] Процесс экструзии приводит к «химическим реакциям, которые происходят внутри цилиндра экструдера и на головке». [6] Экструзия имеет следующие эффекты: [7] [8] [9]
- Уничтожение некоторых природных токсинов
- Снижение количества микроорганизмов в конечном продукте
- Незначительное увеличение железа – биодоступность
- Создание крахмалов , десенсибилизирующих инсулин (потенциальный фактор риска развития диабета ). [7] [8]
- Потеря лизина , незаменимой аминокислоты, необходимой для развития и управления азотом.
- Упрощение сложных крахмалов , увеличение скорости разрушения зубов
- Увеличение гликемического индекса обработанных пищевых продуктов , поскольку «процесс экструзии значительно увеличил доступность углеводов для переваривания». [10]
- Разрушение витамина А ( бета-каротина )
- Денатурация белков .
Материал, из которого изготовлена экструзионная матрица, может повлиять на конечный продукт. Грубые бронзовые матрицы на экструдерах для макаронных изделий создают более шероховатую поверхность, чем гладкие матрицы из нержавеющей стали , что, как считается, способствует лучшему прилипанию более жидких соусов для пасты; [11] макароны, изготовленные таким способом, имеют маркировку «паста с бронзовой матрицей», что указывает на продукт премиум-класса. [12]
- Паста умирает
Передняя часть матрицы для изготовления макарон по локоть
Задняя часть той же пластиковой матрицы
Старые металлические штампы для макарон с изображением нижней и верхней частей штампов.
Влияние «экструзионного приготовления на качество питания неоднозначно», [13] поскольку экструзия может изменить содержание углеводов, пищевых волокон, белкового и аминокислотного состава, витаминов и минеральных веществ в экструдате полезным или вредным образом. [13]
Высокотемпературная экструзия в течение короткого времени «сводит к минимуму потери витаминов и аминокислот». [1] Экструзия позволяет массово производить некоторые продукты питания и «денатурирует антипитательные факторы». [1] например, уничтожение токсинов или уничтожение микроорганизмов . Это также может улучшить «качество и усвояемость белка», [1] и влияет на форму, текстуру, цвет и вкус продукта. [1]
Это также может привести к фрагментации белков, крахмалов и некрахмальных полисахаридов с образованием «реактивных молекул, которые могут образовывать новые связи, не встречающиеся в природе». [6] Сюда входят реакции Майяра , которые снижают пищевую ценность белков. [13] Витамины, обладающие термолабильностью, могут разрушаться. [13] По состоянию на 1998 год [update]мало что известно о стабильности или биодоступности фитохимических веществ, участвующих в экструзии. [6] Установлено, что питательные качества улучшаются при умеренных условиях (непродолжительная продолжительность, высокая влажность, низкая температура), тогда как отрицательное влияние на питательные качества экструдата происходит при высокой температуре (не менее 200 °С), низкой влажности (менее 15°С). %) или неподходящие компоненты в смеси. [13]
В исследовательской статье 2012 года указывается, что использование нетрадиционной зерновой муки, такой как амарантовая , гречневая или пшенная , может быть использовано для снижения гликемического индекса сухих завтраков, произведенных путем экструзии. [14] Экструдат, в котором используется эта зерновая мука, имеет более высокую объемную плотность и плотность продукта, имеет аналогичный коэффициент расширения и имеет «значительное снижение содержания легкоусвояемых и медленно усвояемых углеводов». [14] В документе 2008 года говорится, что замена от 5% до 15% пшеничной и белой муки пищевыми волокнами в экструдированной смеси сухих завтраков значительно снижает «скорость и степень гидролиза углеводов в экструдированных продуктах». [10] что повышало уровень медленно перевариваемых углеводов и снижало уровень быстроусвояемых углеводов. [10]
Продукты
[ редактировать ]Экструзия позволила производить новые обработанные пищевые продукты и «произвела революцию во многих традиционных процессах производства закусок». [5]
Различные типы пищевых продуктов, производимых экструзией, обычно имеют высокое содержание крахмала. [1] прямого экспандирования К типам относятся сухие завтраки и кукурузные хлопья, которые производятся в условиях высокой температуры, низкой влажности и высоких сдвиговых усилий . К нерасширенной продукции относятся макаронные изделия , которые производятся при средней влажности (около 40%) и низкой температуре. Текстурированные продукты включают аналоги мяса , которые производятся с использованием растительных белков («текстурированный растительный белок») и длинной матрицы для «придания экструдату волокнистой, мясоподобной структуры». [4] и рыбный паштет . [15]
Сырные завитки, закуска прямого расширения.
Макаронные изделия, нерасширенная еда
Альтернатива мясу, текстурированная еда
Некоторые плавленые сыры и аналоги сыра также производятся методом экструзии. Плавленые сыры, экструдированные при низкой влажности и температуре, «могут лучше подходить для производства с использованием технологии экструзии», чем сыры при высокой влажности или температуре. Сыры с более низким содержанием влаги более твердые и более жевательные, а сыр чеддер с низким содержанием влаги и температурой экструзии 80 °C был предпочтен участниками исследования другому экструдированному сыру чеддер, произведенному в других условиях. [16] Среднее время пребывания экструдата около 100 секунд позволяет производить «плавленые сыры или аналоги сыра различной текстуры (от намазывания до нарезки)». [17]
Кондитерские изделия, изготовленные методом экструзии, включают жевательную резинку , лакрицу и ириску . [15] Другие пищевые продукты, часто производимые методом экструзии, включают хлеб ( гренки , хлебные палочки и лепешки ), различные готовые к употреблению закуски , предварительно приготовленное тесто для печенья , некоторые виды детского питания , некоторые напитки , а также сухие и полувлажные корма для домашних животных. . Конкретные примеры включают сырные завитки, макароны , инжир Ньютон , желе , севаи и немного картофеля фри . [18]
Экструзия также используется для модификации крахмала и гранулирования кормов для животных . [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Харпер, Дж. М. (1978). «Пищевая экструзия». Критические обзоры в области пищевой науки и питания . 11 (2): 155–215. дои : 10.1080/10408397909527262 . ПМИД 378548 .
- ^ Jump up to: а б Акдоган, Хюля (июнь 1999 г.). «Экструзия пищевых продуктов высокой влажности» . Международный журнал пищевой науки и технологий (представлена рукопись). 34 (3): 195–207. дои : 10.1046/j.1365-2621.1999.00256.x .
- ^ Комитет Института медицины (США) по стратегиям снижения потребления натрия; Хенни, Дж. Э.; Тейлор, CL; Бун, CS (2010). Джейн Э. Хенни; Кристин Л Тейлор; Кейтлин С. Бун (ред.). Стратегии снижения потребления натрия в США . Вашингтон, округ Колумбия : Издательство Национальных академий, Национальная академия наук. ISBN 978-0-309-14805-4 . ПМИД 21210559 .
- ^ Jump up to: а б с Карве, Мукунд В. (2008). «Пищевая экструзия». Пищевая инженерия . Том. Oxford Eolss Publishers Co Ltd. 3. ISBN 978-1-84826-946-0 .
- ^ Jump up to: а б Риаз, Миан Н. (2000). Экструдеры в пищевой промышленности . ЦРК Пресс. п. 193. ИСБН 9781566767798 .
Экструзия предоставила средства производства новых и инновационных продуктов и произвела революцию во многих традиционных процессах производства снеков. Экструзионное оборудование предлагает множество основных конструктивных преимуществ, которые приводят к минимизации времени, энергии и затрат и в то же время повышают степень универсальности и гибкости, которая была ранее недоступна.
- ^ Jump up to: а б с Камире, Мэн (1998). «Химические изменения во время экструзионного приготовления: последние достижения». Химические изменения в продуктах питания, вызванные технологическими процессами . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 434. стр. 109–121. дои : 10.1007/978-1-4899-1925-0_11 . ISBN 978-1-4899-1927-4 . ПМИД 9598195 .
- ^ Jump up to: а б Бофранд М.Ж., де ла Геривьер Ж.Ф., Монье С., Пуллен Б. (1978). «Влияние процесса экструзии на доступность белков». Анналы питания и еды . 32 (2–3): 353–64. ПМИД 707920 .
- ^ Jump up to: а б Гай, Робин (2001). Экструзионная варка: технологии и применение . Кембридж: Издательство Woodhead. стр. 111–116.
- ^ Риаз, страница 82.
- ^ Jump up to: а б с Бреннан, Маргарет А.; Монро, Джон А.; Бреннан, Чарльз С. (декабрь 2008 г.). «Эффект включения растворимых и нерастворимых волокон в экструдированные сухие завтраки, изготовленные с обратной шнековой конфигурацией». Международный журнал пищевой науки и технологий . 43 (12): 2278–2288. дои : 10.1111/j.1365-2621.2008.01867.x .
- ^ «Промышленное производство макаронных изделий» . Food-Info.Net . Вагенингенский университет.
- ^ «Ингредиенты» . Napolina Ltd. Архивировано из оригинала 23 июня 2012 года.
Ассортимент макаронных изделий Napolina также включает макароны премиум-класса с бронзовыми штампами, которые экструдируются через бронзовые штампы для создания шероховатой пористой поверхности.
- ^ Jump up to: а б с д и Шивендра Сингх; Ширани Гамлат; Лара Уэйклинг (10 мая 2007 г.). «Питательные аспекты пищевой экструзии: обзор». Международный журнал пищевой науки и технологий . 12 (8): 916–929. дои : 10.1111/j.1365-2621.2006.01309.x .
- ^ Jump up to: а б Бреннан, Маргарет А.; Менар, Карин; Рудо, Гаэль; Бреннан, Чарльз С. (19 января 2012 г.). «Амарантовая, пшенная и гречневая мука влияют на физические свойства экструдированных сухих завтраков и модулируют их потенциальное гликемическое воздействие». Крахмал - Штерке . 64 (5): 392–398. дои : 10.1002/star.201100150 .
- ^ Jump up to: а б Хелдман, Деннис Р.; Хартель, Ричард В. (1997). Принципы обработки пищевых продуктов . Спрингер. ISBN 9780834212695 .
- ^ Кушик Адхикари1; Андреа Коул; Ингольф Грюн; Хильдегард Хейманн; Фу-Хун Се; Гарольд Хафф (июнь 2009 г.). «Физические и органолептические характеристики плавленых сыров, изготовленных по экструзионной технологии». Журнал науки о продовольствии и сельском хозяйстве . 89 (9): 1428–1433. дои : 10.1002/jsfa.3608 .
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Зубер, Ф.; Мегар, Д.; Чефтель, JC (декабрь 1987 г.). «Непрерывное эмульгирование и гелеобразование молочных ингредиентов методом экструзионной варки HTST: производство плавленых сыров». Международный журнал пищевой науки и технологий . 22 (6): 607–626. дои : 10.1111/j.1365-2621.1987.tb00529.x .
- ^ «Экструдер с вращающейся головкой» . Американская экструзия . 17 октября 2017 г. Проверено 17 октября 2017 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]
- Эдвин ван Онна; Бриджит ван Мехелен; Мэтью Стюарт; Браун Шонкис; Крис Скотт; Сара Мартин Пирсон; Джоэри Брюнинкс; Масааки Такахаши (1993). Технология экструзионной варки Спрингер. ISBN 9780834213401 .
- Гай, RCE (2003). «ЭКСТРУЗИОННОЕ ПРИГОТОВЛЕНИЕ / Принципы и практика». Энциклопедия пищевых наук и питания . стр. 2222–2227. дои : 10.1016/B0-12-227055-X/00434-X . ISBN 9780122270550 .
- Шертлефф, Уильям; Аояги, Акико (2020). История экструзионной варки и экструдеров (1938-2020): обширно аннотированная библиография и справочник (PDF) . Лафайет, Калифорния: Центр Soyinfo. ISBN 9781948436298 .