Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНО-МЯСНОГО ЭКСТРУДАТА

Изобретение относится к пищеконцентратной промышленности, в частности к способам производства экструдированных продуктов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ производства экструдированного продукта (Пат. №2313953, МПК⁷ А 23 L 1/18, A 23 L 1/20, A 23 P 1/12. Остриков А.Н., Глухов М.А., Рудометкин А.С. №2006122890/13. Заявл. 27.06.2006, Опубл. 10.01.2008, БИ №1), заключающийся в том, что в качестве исходных продуктов используют пшеницу и фасоль, культуры измельчают до размера частиц от 0,32 до 0,63 мм, смешивают в пропорции 3:2, увлажняют до 14…18% и осуществляют обработку на двухшнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 420…435 К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,5…7,0 МПа.

Недостатками известного способа являются низкая биологическая ценность получаемого продукта и несбалансированность его состава, также невысокое качество готового продукта вследствие использования целых зерен фасоли.

Техническая задача изобретения - получение растительно-мясного экструдата высокого качества, сбалансированного по белковому составу, повышение его пищевой и биологической ценности, расширение ассортимента растительно-мясных экструдатов при использовании в мясной, хлебопекарной, макаронной и других отраслях пищевой промышленности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства растительно-мясного экструдата, включающем смешивание исходных продуктов и экструдирование полученной смеси, новым является то, что в качестве исходных продуктов используют люпин, чечевица, сублимированное мясо говядины и сублимированное мясо свинины, люпин и чечевицу измельчают до размера частиц от 0,6 до 0,8 мм, смешивают в пропорции 66% люпина и 24 % чечевицы и увлажняют до 16…18%, затем полученную смесь подвергают экструзии при температуре продукта 413…418 К и давлении 6,5…7,2 МПа, далее в полученный расплав вводят 5% сублимированного мяса свинины и 5% сублимированного мяса говядины, при этом температура экструдируемой растительно-мясной смеси поддерживается равной 393…395 К, а давление - 6,5…6,8 МПа.

Технический результат изобретения заключается в получении качественного растительно-мясного экструдата с высокой пищевой и биологической ценностью при соблюдении рациональных параметров процесса (температуры и давления перед матрицей, скорости шнеков и др.).

На фиг. 1 изображена сравнительная характеристика биологической ценности (БЦ): а - люпин; б - чечевица; в - исходная растительно-мясная смесь; г - растительно-мясной экструдат, на фиг. 2 - полученный растительно-мясной экструдат.

Получение растительно-мясного экструдата - одно из перспективных направлений комплексной переработки зернового сырья.

Большинство производимых в настоящее время экструдированных продуктов не сбалансированы по аминокислотному составу, поскольку их основу чаще всего составляет один компонент (рис, кукуруза и т. д.). Поэтому для повышения их биологической ценности и сбалансированности по аминокислотному составу необходимо научное обоснование выбора новых поликомпонентных смесей с повышенным содержанием белка.

При выборе рецептурного состава зерновой смеси (смешивание люпина, чечевицы и сублимированного мяса свинины и говядины в пропорции 66,0 : 24,0: 5,0: 5,0) учитывали ряд факторов. Во-первых, необходимость максимального обогащения растительно-мясного экструдата, содержащего, в основном, углеводы, белковыми компонентами для достижения их лечебно-профилактической или физиологической дозы. Во-вторых, достижение приятного вкуса и привлекательной структуры, характерной для продуктов данного класса. Стоит отметить, что именно внешний вид является одним из основных факторов при выборе потребителем продуктов питания. Поэтому наряду с развитой структурой растительно-мясного экструдата необходимо стремиться к получению продуктов, сбалансированных по пищевой и биологической ценности.

Способ осуществляется следующим образом. В качестве исходного сырья используют: люпин (ГОСТ 11321-89 Люпин кормовой. Требование при заготовках и поставках); чечевица (ГОСТ 10417-74 Чечевица мелкосеменная. Требование при заготовках и поставках); мясо сублимированное [Изделия мясные сублимационной сушки в ассортименте ТУ 9216 - 274 - 04801346-08]. Исходное растительное сырье измельчают в дробилке и отсеивают через сито с целью выравнивания гранулометрического состава от 0,6 до 0,8 мм, затем загружают в смеситель и тщательно смешивают в пропорции, увлажняют до 16…18%, сублимированное мясо измельчают до 0,4 мм. Далее осуществляют экструзионную обработку подготовленной растительной смеси при температуре продукта 413…418 К и давлении 6,5…7,2 МПа. Для этого смесь зерновых продуктов (люпина и чечевицы) через загрузочный патрубок подают в рабочую камеру экструдера, где она подвергается термомеханической обработке с помощью вращающегося шнека. По мере продвижения в зоне сжатия происходит увеличение давления и уплотнение зерновой смеси вследствие резкого уменьшения размеров винтового канала шнеков. В зоне пластификации осуществляется превращение частиц зерен в расплав за счет трения между частицами продукта и витками шнека. Затем происходит дальнейшее сжатие продукта. Далее в полученный расплав растительной смеси вводят 5% сублимированного мяса свинины и 5% сублимированного мяса говядины. При этом температура экструдируемой растительно-мясной смеси поддерживается равной 393…395 К, а давление - 6,5…6,8 МПа.

Давление расплава продукта в зоне дозирования достигает необходимого значения, обеспечивается окончательное расплавление мелких включений и образуется расплав однородный по структуре и температуре. Это позволяет для нормальной работы экструдера иметь заданную, однородную по сечению температуру расплава продукта.

В предматричной зоне происходит выравнивание давления и температурных полей расплава продукта и он продавливается через выходное отверстие в матрице.

После выхода продукта из матрицы в результате резкого перепада температуры и давления происходит мгновенное испарение влаги, аккумулированная продуктом энергия высвобождается с большой скоростью, что приводит к образованию пористой структуры и увеличению объема экструдата (вспучиванию), который выходит из матрицы в виде жгута. При этом в результате «взрыва» продукта (или «декомпрессионного шока») происходят глубокие преобразования его структуры: разрыв клеточных стенок, деструкция, гидролиз [Остриков А.Н. Экструзия в пищевой технологии /А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, А.С. Рудометкин. - С-Пб.: ГИОРД - 2004. - 288 с.].

При этом получают растительно-мясной экструдат хорошего качества, степень вспучивания которых составляет около 250% при диаметре матрицы 2,8·10^-3 м (степень вспучивания определяется как отношение площади поперечного сечения растительно-мясного экструдата к площади выходного отверстия матрицы экструдера). На выходе из экструдера установлен вращающийся нож, который, в зависимости от скорости вращения, разрезает экструдированный жгут, выходящий из матрицы, на палочки (фиг. 2).

Способ поясняется следующим примером.

Пример. Люпин, чечевицу измельчают до размера частиц от 0,6 до 0,8 мм, тщательно смешивают в пропорции 66,0: 24,0, увлажняют до 16…18 % и осуществляют тепловую обработку при температуре 393…395 К. Сублимированное мясо измельчают до 0,4 мм.

Далее осуществляют экструзионную обработку подготовленной растительной смеси при температуре продукта 413…418 К и давлении 6,5…7,2 МПа.

Далее в полученный расплав растительной смеси вводят 5% сублимированного мяса свинины и 5% сублимированного мяса говядины. При этом температура экструдируемой растительно-мясной смеси поддерживается равной 393…395 К, а давление - 6,5…6,8 МПа. При этом степень вспучивания растительно-мясного экструдата составляет 250%.

В отношении обоснования выбора размера частиц 0,6…0,8 мм. Переработка смеси с размером частиц более 0,8 мм, например 0,9 мм, приводит к значительному перерасходу электроэнергии и получению продукта неоднородной консистенции из-за образования неоднородного по структуре расплава в зоне гомогенизации экструдера. И, наоборот, уменьшение размера частиц менее 0,6 мм, например 0,4 мм, приводит к увеличению порошкообразных фракций, которые запекаются и не способствуют образованию однородного расплава.

При обосновании выбора компонентов и их дозировки учитывали ряд факторов: необходимость получения качественных экструдированных продуктов питания, сбалансированных по составу; повышение их пищевой и биологической ценности; максимальное обогащение экструдированного продукта пищевыми компонентами, ориентированными на определенные слои населения (спортсмены, люди с недостатком белков, витаминов и т.д.); достижение приятного вкуса и аромата.

Смешивание люпина, чечевицы и сублимированного мяса свинины и говядины в пропорции 66: 24: 5: 5 позволило получить исходную рецептурную смесь, наиболее сбалансированную по содержанию белка (фиг. 1). Оценка содержания аминокислот и биологической ценности отдельных компонентов смеси (люпина, чечевицы) и растительно-мясного экструдата, приведенная на фиг. 1, по биологической ценности (БЦ) пищевого белка, доказывают сбалансированность растительно-мясного экструдата по белку.

Необходимость увлажнения смеси (до 16…18%) обусловлена следующими соображениями. Доказано, что расширение продукта на выходе из отверстий матрицы непосредственно является следствием физических свойств воды. При таких термических условиях (изменение температуры в экструдере может быть в пределах от 130 до 200 ^oС) и под очень большим давлением вода существует только в жидком состоянии. Когда пластифицированный материал выходит из матрицы и достигает атмосферного давления, вода из состояния перегретой жидкости мгновенно превращается в пар, выделяя значительное количество энергии. Под действием давления пара в продукте образуются поры, а оставшиеся целыми крахмальные зерна разрываются. Если влаги в смеси было менее 16%, например 14%, то ее оказывалось недостаточно и продукт на выходе из экструдера не вспучивался. И, наоборот, если влаги в продукте было более 18%, например, 21%, это также приводило к снижению степени вспучивания, так как при этом формируется более плотная структура продукта с грубой консистенцией. Причина этих изменений заключается в том, что при увеличении влажности повышается пластичность массы, а это обуславливает снижение механических напряжений в экструдате. Следовательно, количество теплоты, выделяемой в результате работы сил вязкого трения, оказывалось недостаточным для получения вспученной структуры.

Экструдер должен работать при давлении продукта в предматричной зоне, не превышающем оптимального значения. Это необходимо, так как величина давления однозначно определяет температуру обработки продукта, от которой в свою очередь зависит качество готового изделия.

Проведение процесса термомеханической деструкции экструдата в матричной зоне при величине колебания давления свыше 7,2 МПа, например 7,4 МПа, приводит к неустойчивому процессу экструзии, к чрезмерным механическим напряжениям в рабочих органах экструдера, что может вызвать их преждевременный износ. В результате экструзии сырья при величине колебания давления менее 6,5 МПа, например 6,2 МПа, разрушение белковых и крахмальных зерен оказывается недостаточным, продукт вспучивается неравномерно и обладает неравномерной пористостью.

Установлено [Остриков А.Н. Экструзия в пищевой технологии /А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, А.С. Рудометкин. - С-Пб.: ГИОРД - 2004. - 288 с.], что основные компоненты (углеводы, белки, жиры, витамины и др.) пищевых продуктов имеют различную оптимальную температуру, необходимую для протекания полных и качественных физико-химических изменений при экструзии.

Для эффективного и качественного протекания экструзии необходимо подобрать такой характер изменения температуры, при котором основные компоненты продуктов подвергались бы, с одной стороны, полной гидротермической обработке, а с другой, - на них оказывалось «мягкое» (щадящее) температурное воздействие, предотвращающее их термическое разложение.

Анализ теоретических и экспериментальных данных [Остриков А.Н. Экструзия в пищевой технологии /А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, А.С. Рудометкин. - С-Пб.: ГИОРД - 2004. - 288 с.] показал, что для качественного проведения экструзионной обработки необходимо плавное повышение температуры продукта с последующей стабилизацией. Экспериментально установлено, что для данного растительно-мясного экструдата температура перед матрицей Т=393…395 К позволяет достичь давления в предматричной зоне экструдера Р=6,5…6,8 МПа. Именно в этом диапазоне температур в смеси происходят полные и глубокие физико-химические изменения белков, углеводов и других компонентов, придающие им свойства, наиболее приемлемые для полного усваивания человеческим организмом.

Полученные при рациональных параметрах процесса экструдированный текстурат был исследован по комплексу показателей, характеризующих потребительские свойства, пищевую и энергетическую ценность готового изделия. Его измельчали, просеивали через металлическую сетку №025 (ГОСТ 4601-73) и подвергали анализам. Экструдированный текстурат анализировали по органолептическим показателям по ГОСТ 15113.3-77, влажности - по ГОСТ 15113.4-77, кислотности - по ГОСТ 15113.5-77.

Органолептические показатели: получен растительно-мясной экструдат в виде палочек округлого поперечного сечения с шероховатой поверхностью и развитой пористостью. По цвету (светло-серый), вкусу и аромату (соответствующему исходному виду сырья) экструдат имеет удовлетворительные потребительские данные.

Для оценки качественных характеристик растительно-мясного экструдата были исследованы их физико-химические свойства: набухаемость (водопоглотительная способность) и влажность. Эти физико-химические характеристики соответствовали нормам для этой категории изделий: влажность - 6,7 %. Эти важные показатели, демонстрирующие возможность растительно-мясного экструдата связывать воду и растворяться в ней, характеризуют его углеводный и белковый состав, а также потребительские свойства и частично усвояемость продукта.

Определение биологической ценности экструдатов. Оценку аминокислотной сбалансированности и биологической ценности растительно-мясного экструдата проводили по биологическая ценность (БЦ) пищевого белка. Для сравнения параллельно приводим данные по БЦ люпин, чечевица и растительно-мясная смесь (фиг. 1).

Таким образом, использование изобретения позволит:

- получать растительно-мясные экструдаты с хорошими потребительскими свойствами и высокой биологической и пищевой ценностью; они более сбалансированы по составу незаменимых аминокислот;

- использовать в качестве исходных компонентов смеси широко распространенные и недорогие виды сырья;

- расширить ассортимент выпускаемой продукции.