Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРУДИРОВАННЫХ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН

Изобретение относится к процессам получения пищевых волокон (ПВ) из растительного сырья. Способ может быть использован в пищевой промышленности при изготовлении продуктов с добавками.

Известен способ получения пищевого волокна из свекловичного жома, предусматривающий прессование последнего до содержания сухих веществ 16,0-18,0%, экстракцию растительной массы сульфитированной водой, ее прессование, обработку массы насыщенным паром для дезодорации и удаления свекловичного привкуса, прессование растительных волокон до содержания сухих веществ 20,0-30,0% с последующим их измельчением до размера частиц 1,5-2,0 мм, сушку и измельчение волокон до порошкообразного состояния (RU 2156593 C1, Опубл. 27.09.2000).

Недостатком этого способа является неполная инактивация фермента оксидазы при экстракции прессованного жома сульфитированной водой, что при последующей обработке вызывает потемнение волокон.

Известен способ получения пищевого волокна из свекловичного жома, предусматривающий прессование последнего, обработку прессованной растительной массы насыщенным паром с температурой 125-130°C в течение 15-20 мин, ее экстракцию 3-5%-ным раствором перекиси водорода в течение 15-20 мин для ее пробеливания, прессование растительных волокон до содержания СВ 15,0-16,0%, сушку и измельчение до порошкообразного состояния (Пат. RU 2175844 C1, опубл. 20.11.2001).

Недостатком известного способа является использование перекиси водорода в процессе экстракции для пробеливания свекломассы требует строгого соблюдения санитарно-гигиенических норм и определенных условий хранения.

Известен способ получения пищевых волокон из свекловичного жома, предусматривающий смешивание частиц жома с католитом, измельчение их до заданного размера, двукратную экстракцию измельченной массы при температуре 20-25°C путем смешивания ее с католитом, дезодорацию проэкстрагированной массы при температуре 60-65°C путем смешивания ее с католитом, обезвоживание волокон и их сушку при температуре 55-60°C при предварительном смешивании с готовым продуктом. Католит с pH 5,7-6,0 и окислительно-восстановительным потенциалом от -80 до -110 мВ, используемый в процессах измельчения частиц жома, экстракции и дезодорации, получают путем обработки раствора хлорида натрия в анодной камере диафрагменного электролизера (пат. RU 2183097 С1, опубл. 10.06.2002).

Недостаток известного способа заключается в невысоком качестве ПВ, а именно в низкой водоудерживающей способности (ВУС) и адсорбционной емкости, потому что католит, используемый при экстракции в известном способе, обладает высокой экстрагирующей способностью и вымывает из измельченного свекловичного жома компоненты пищевых волокон - пектин и лигнин, наличием которых определяются водоудерживающая способность и адсорбционная емкость ПВ.

Известен способ получения пищевых волокон из свекловичного жома, предусматривающий смешивание частиц жома с электрохимически активированным раствором, измельчение их до заданного размера, двукратную экстракцию измельченной массы при температуре 20-25°C электрохимически активированным раствором, дезодорацию проэкстрагированной массы при температуре 60-65°C путем смешивания ее с электрохимически активированным раствором, обезвоживание волокон и их сушку при температуре 55-60°C при предварительном смешивании с готовым продуктом, отличающийся тем, что в качестве электрохимически активированного раствора используют анолит, имеющий pH 6,1-6,3 и окислительно-восстановительный потенциал от +700 мВ до +800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, полученный в результате обработки раствора сульфата аммония в анодной камере диафрагменного электролизера, или анолит, имеющий pH 4,0-5,0 и окислительно-восстановительный потенциал от +800 мВ до +900 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, полученный в результате обработки раствора тиосульфата натрия в указанной камере диафрагменного электролизера (пат. RU 2227678 C1, опубл. 27.04.2004).

Недостатком указанного способа является необходимость использования специальной установки и дорогостоящих реактивов.

Известен способ получения пищевого волокна из свекловичного жома, предусматривающий прессование последнего, обработку насыщенным паром, экстракцию растительной массы, ее прессование после экстракции, сушку и измельчение до порошкообразного состояния, отличающийся тем, что жом перед обработкой насыщенным паром измельчают до размера частиц 0,5-3,0 мм, используют пар с температурой 105-115°C и процесс обработки проводят в течение 5-10 мин, при этом экстракцию осуществляют сульфитированной водой при температуре 45-50°C и pH 5,6-6,5, причем сушку растительных волокон проводят до достижения влажности 5,5-6,5% (пат. RU 2340678 C1, опубл. 10.12.2008).

Недостатком известного способа является применение сульфитированной воды, повышающей токсичность полученного пищевого волокна.

Известен способ производства экструдированного продукта, в смесь которого из основного зернобобового сырья добавляют в соответствии с рецептурой вспомогательное сырье. Полученную смесь увлажняют, дробят и отволаживают в течение 12 часов водой для получения сырьевой смеси влажностью до 50% и жирностью до 40%. Затем сырьевую смесь направляют для нагрева и уплотнения в пресс-экструдер, в котором после предварительного уплотнения смеси температура в рабочей камере поднимается до 120-130°C и давление более 50 атм с получением на выходе пористого экологически чистого монопродукта. В качестве вспомогательного сырья используют топинамбур, расторопшу, кровяную муку, различные виды жома (пат. RU 2457748 C1, опубл. 10.08.2012).

Недостатком известного способа является наличие значительного количества белка в основном сырье, что снижает сорбционную способность пищевых волокон экструдированного продукта.

Известен способ производства экструдированного пищевого продукта из материала, содержащего пищевые волокна, например из смеси отрубей с крахмалсодержащим сырьем, предусматривающий смешивание материала с вкусовыми и/или ароматическими компонентами и водой и экструдирование полученной смеси с влажностью 13-17% со скоростью выхода экструдата 30-99 м/мин при его влажности 4-9% (пат. RU 2172115 C1, опубл. 20.08.2001).

Недостатком известного способа является наличие значительного количества белка в материале, содержащем пищевые волокна, что снижает сорбционную способность пищевых волокон.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ экструдирования пищевых волокон растительного сырья, включающий его предварительное увлажнение, отличающийся тем, что исходное сырье увлажняют до влажности 23-25%, при этом экструдирование ведут при температуре 70-90°C и давлении 22-36 МПа. При этом в процессе экструдирования влажность экструдируемого сырья постепенно снижают до 14% (пат. RU 2158522 A23L 1/10, A23L 1/29, А23Р 1/12, опубл. 10.11.2000).

Недостаток данного способа заключается в низких технологических характеристиках продукта, обусловленных недостаточной водоудерживающей способностью.

Техническая задача изобретения - получение экструдированных пищевых волокон с использованием пищевых химических реагентов, с повышенной адсорбционной и водопоглотительной способностью, улучшенными технологическими характеристиками.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения экструдированных пищевых волокон, предусматривающем прессование свекловичного жома, обработку прессованной растительной массы насыщенным паром, ее экстракцию, прессование растительных волокон, сушку, измельчение, смешивание с крахмалсодержащим сырьем и водой, экструдирование полученной смеси и измельчение, новым является то, что экстракцию осуществляют 0,15-0,2% раствором уксусной кислоты при температуре 66-80°C, а в качестве крахмалсодержащего сырья используют кукурузный крахмал в количестве 45% от пищевых волокон.

Способ осуществляется следующим образом.

Отделенный от диффузионного сока свекловичный жом прессуют до содержания СВ 6-7% для более полного удаления нежелательных веществ, перешедших на диффузии в растворимое состояние. Далее свекловичную массу обрабатывают паром с температурой 105-115°C, что позволяет удалить специфический свекловичный запах и привкус. Кроме того, паровая обработка оказывает также стерилизующее действие. В качестве пара с такой температурой можно использовать вторичный пар выпарной установки, что способствует рациональному расходу тепла вторичных энергетических ресурсов на сахарном заводе. По окончании паровой обработки растительные волокна прессуют до содержания СВ 20-25%. Прессованный жом подвергают экстракции 0,15-0,2% раствором уксусной кислоты при температуре 66-80°C в течение 40-60 минут, которая способствует более полной инактивации фермента оксидазы, что при последующих операциях предотвращает потемнение волокон. Проведение экстракции при температуре выше 80°C приводит к снижению сорбционной и водосвязывающей способности пищевых волокон, что объясняется переходом в растворимое состояние гидрофильных соединений (пектиновых веществ, некоторых полисахаридов гемицеллюлоз). Проведение экстракции при температуре или ниже 66°C продолжительность процесса экстракции увеличиватеся, что также отрицательно сказывается на водосвязывающей и сорбционной способности пищевых волокон за счет разрушения пектиновых веществ.

Уксусная кислота, используемая для экстракции пищевых волокон из жома сахарной свеклы широко применяется в пищевой промышленности как регулятор кислотности. Разрешена для использования в пищевых продуктах во всех странах как добавка безопасная для здоровья человека. В связи с чем отсутствует стадия промывания свекловичного жома после экстракции раствором уксусной кислоты.

Далее массу прессуют до СВ 25-30% и сушат до влажности 6-10% при температуре 60-80°C. Высушенную массу измельчают до порошкообразного состояния.

Для улучшения сорбционной и водосвязывающей способности пищевых волокон из свекловичного жома, а также улучшения технологических характеристик продукта их подвергают экструзии. Для этого высушенные и измельченные волокна смешивают с кукурузным крахмалом в количестве 45% от массы пищевых волокон.

Кукурузный крахмал обладает повышенной способностью к набуханию даже в холодной воде. Кроме того, кукурузный крахмал полезно вводить в пищевой рацион при атеросклерозе сосудов, значительных физических нагрузках, упадке сил, снижении иммунитета, заболеваниях сердца, частых ОРВИ, хронических стрессах, метеочувствительности, планировании беременности, регулярных судорогах (httphttp://nourriture.ru/content/aticle/index.php/1435450).

Полученную смесь увлажняют до 23-25%. Далее осуществляют обработку подготовленной смеси на двухшнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 170-179°C и давлении в предматричной зоне экструдера 24-36 МПа.

Перерабатываемый материал через загрузочный патрубок поступает в рабочую камеру экструдера, где перемещается шнеками к матрице.

После выхода продукта из матрицы в результате резкого перепада температуры и давления происходит мгновенное испарение влаги, аккумулированная продуктом энергия высвобождается со скоростью, примерно равной скорости взрыва, 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 (Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование / Под. ред. А.Н. Богатырева, В.П. Юрьева. - М.: Ступень, 1994, - 200 с.).

Существенных изменений пищевых волокон в экструдированных волокнах не обнаруживается, но повышается их перевариваемость, что обусловливается их химической модификацией. Во время экструзии под влиянием нагревания в присутствии воды крахмал теряет свою нативную молекулярную структуру, которая поддерживается в основном водородными связями. В этот период пищевые волокна увеличивают механическую энергию, что способствует большей молекулярной дезорганизации крахмала и уменьшению размеров молекул амилопектина. Полученные экструдированные пищевые волокна подвергают измельчению до размера частиц 0,2-0,4 мм.

Способ поясняется следующим примером.

Пример 1. 100 кг свежего свекловичного жома прессуют на вертикальном жомовом прессе до содержания СВ 6-7%.

Отпрессованный жом подвергают обработке насыщенным паром с температурой 105-115°C. По окончании паровой обработки растительную массу направляют на экстракцию и пробеливание, которые проводят 0,15-0,2% раствором уксусной кислоты при температуре 66-80°C в течение 40-60 минут в непрерывнодействующем шнековом экстракторе противоточного типа. Далее масса поступает в шнековый пресс, где обезвоживается до СВ 25-30%.

Обесцвеченные и отпрессованные волокна сушат в непрерывнодействующей конвейерной паровой сушилке при температуре 60-80°C до влажности 6-10%. Высушенные волокна измельчают на молотковой дробилке и просеивают.

5,5 кг волокон смешивают с 4,5 кг кукурузного крахмала в смесительной машине, загружают в бункер экструдера, увлажняют до 23-25%, и осуществляют процесс эктрудирования при температуре продукта перед матрицей 170-179°C и давлении в предматричной зоне экструдера 24-36 МПа. В результате экструзии получаются пористые палочки с влажностью 6-9%. Их подвергают измельчению в молотковой дробилке до размера частиц 0,2-0,4 мм.

Пример 2 (прототип). Просеивают через сито N 2-2,5 пшеничные отруби. Пшеничные отруби (4 кг) увлажняют до 25% по всей массе, загружают сырье в экструдер. Экструдер работает при температуре 90°C, причем перед матрицей создается рабочее давление 24 МПа. Полученный экструдат имеет форму пористых, хрустящих палочек, вкус и запах, свойственный пшеничным отрубям.

В готовом продукте определяли следующие характеристики: водоудерживающую способность (ВУС), адсорбционную емкость, состав пищевых волокон. Данные анализа представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, предлагаемый способ позволяет получить пищевые волокна более высокого качества по сравнению с прототипом, то есть улучшаются функциональные свойства пищевых волокон - увеличиваются ВУС на 2,4-2,6 г воды/г пищевых волокон и адсорбционная емкость на 2-4 мг-экв/г пищевых волокон. В предлагаемых пищевых волокнах содержание пектина в 5-6,25 раз выше, чем в экструдированных пищевых волокнах, полученных известным способом.

Для определения технологических свойств пищевых волокон, полученных известным и предлагаемым способом, готовили ржано-пшеничные хлебобулочные изделия с добавлением пищевых волокон в количестве 12% взамен пшеничной муки по рецептуре, приведенной в таблице 2.

В готовом хлебе определяли влажность, кислотность, пористость, удельный объем и объемный выход. Данные исследований представлены в таблице 3.

Как видно из таблицы 3, качество хлебобулочных изделий с использованием экструдированных пищевых волокон, произведенных по предлагаемому способу превышает качество хлебобулочных изделий с использованием экструдированных пищевых волокон по прототипу. При этом удельный объем выше на 47 см³/100 г, пористость - на 15,4%, объемный выход на 10%. Это свидетельствует об улучшенных технологических показателях экструдированных пищевых волокон, полученных по предлагаемому способу, что позволяет использовать их в качестве улучшителя для хлебобулочных изделий.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить экструдированные пищевые волокна с использованием пищевых химических реагентов, с повышенной адсорбционной и водопоглотительной способностью, улучшенными технологическими характеристиками. Экструдированные пищевые волокна являются ценной пищевой добавкой, которую можно применять в различных отраслях пищевой промышленности, в том числе для улучшения качества пищевых продуктов.