Пищевая экструзия
Метод обработки пищевых продуктов
Макароны — это экструдированные полые макаронные изделия.
Выдавливание теста для чуррос в Страсбурге

Экструзия в пищевой промышленности заключается в продавливании мягких смешанных ингредиентов через отверстие в перфорированной пластине или матрице, предназначенной для получения требуемой формы. Затем экструдированная пища разрезается до определенного размера лезвиями. Машина, которая продавливает смесь через матрицу, называется экструдером , а смесь называется экструдатом . Экструдер обычно представляет собой большой вращающийся шнек, плотно прилегающий к неподвижному цилиндру, на конце которого находится матрица. В некоторых случаях «экструзия» воспринимается как синоним экструзионной кулинарной обработки , при которой пища готовится с помощью тепла, продавливаясь через матрицу.

Экструзия позволяет производить продукты питания в массовом количестве с помощью непрерывной эффективной системы, которая обеспечивает однородность конечного продукта. Продукты, изготовленные с помощью экструзии (без одновременной готовки), включают макароны , хлеб ( гренки , хлебные палочки и лепешки ), готовое тесто для печенья и сосиски . Продукты, изготовленные с помощью экструзионной готовки, включают многие сухие завтраки и готовые к употреблению закуски , кондитерские изделия , некоторые виды детского питания , жирную соевую муку , текстурированный растительный белок , некоторые напитки , а также сухие и полувлажные корма для домашних животных . Пищевые продукты, изготовленные с помощью экструзии, обычно имеют высокое содержание крахмала.

Процесс

Экструдер для коротких макаронных изделий без вакуума, 1958 г.

Экструзионная варка

В процессе экструзионной кулинарной обработки 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 могут быть жидкий сахар , жиры , красители , мясо или вода. Для начала процесса кулинарной обработки впрыскивается пар , а затем предварительно подготовленная смесь (экструдат) пропускается через экструдер. Экструдер представляет собой большой вращающийся шнек, плотно прилегающий к неподвижному цилиндру, на конце которого находится матрица. [1] Вращающийся шнек экструдера проталкивает экструдат к матрице и через нее. Экструдат находится в экструдере в течение времени пребывания . [ требуется цитата ]

Многие экструдированные продукты вздуваются и меняют текстуру по мере их экструдирования из-за снижения усилий и выделения влаги и тепла. [1] Степень, в которой это происходит, известна как степень расширения . Экструдат разрезается на нужную длину лезвиями на выходе экструдера, которые вращаются вокруг отверстий матрицы с определенной скоростью. Затем продукт охлаждается и высушивается, становясь жестким, сохраняя при этом пористость. [ необходима цитата ]

Приготовление происходит в экструдере, где продукт производит собственное трение и тепло из-за создаваемого давления (10–20 бар). Процесс может вызывать как денатурацию белка , так и клейстеризацию крахмала при некоторых условиях.

Многие процессы экструзии пищевых продуктов включают 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 на основе желаемого продукта для обеспечения однородности выхода. [ необходима цитата ]

Влажность является наиболее важным из этих факторов и влияет на вязкость смеси , действуя на пластификацию экструдата. Увеличение влажности приведет к снижению вязкости, крутящего момента и температуры продукта, а также к увеличению насыпной плотности. Это также снизит давление в матрице. Большинство процессов экструзии для обработки пищевых продуктов выполняются при низкой или средней влажности (уровень влажности ниже 40%). Экструзия с высокой влажностью известна как мокрая экструзия , но она не использовалась до появления двухшнековых экструдеров (TSE), которые имеют более эффективную транспортную способность. 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 экструдата и, таким образом, изменять скорость реакций потемнения». Соль также используется для распределения второстепенных ингредиентов, таких как пищевые красители и ароматизаторы , после экструзии; они более равномерно распределяются по поверхности продукта после смешивания с солью. [3]

История

Линия по производству сухих макаронных изделий 1930-х годов

Первый экструдер был разработан для производства колбас в 1870-х годах. [4] Сухие макаронные изделия производятся методом экструзии с 1930-х годов, [2] и этот метод был применен к картофельным шарикам (первый продукт из экструдированного картофеля: Ore-Ida в 1953 году). [4] Некоторые бытовые кухонные приборы , такие как мясорубки и некоторые типы макаронных машин, используют экструзию. Кондитерские мешки (кондитерские мешки), выдавливаемые вручную, работают по принципу экструзии. [ необходима ссылка ]

Первой машиной для приготовления пищи методом экструзии была машина для гранулирования Wenger Mixer Manufacturing, выпущенная в 1954 году. Впервые ее упоминают в 1957 году в компании Purina , которая разработала экструдированный корм для собак, обезьян и рыб. [4] [5] В 1963 году Министерство сельского хозяйства США и ЮНИСЕФ протестировали цельную соевую муку, полученную из соевых бобов, приготовленных методом экструзии, в качестве источника питательных веществ для детей. Позднее из этой муки были разработаны заменители молока. В 1966 году правительство США начало предоставлять детям с дефицитом белка в странах третьего мира формулу CSM (кукуруза-соя-молоко). Более поздний проект Meals for Millions также широко использовал соевую муку в своей многоцелевой пище (MPF), пищевой добавке с высоким содержанием белка, которую можно было приготовить всего за три цента за прием пищи. [5]

Идея использования экструзионной кулинарии для производства хлопьев для завтрака упоминается с патента Вегнера 1960 года. В 1970 году израильская Shefa Protein Industries представила линию хлопьев для завтрака под названием Krunch, изготовленных из муки из злаков и цельножирной соевой муки. Неясно, существовали ли более ранние хлопья для завтрака, изготовленные из экструдированных продуктов. [5] Аналоги мяса производятся путем экструзии с 1969 года. [5]

Эффекты

Экструзия позволяет производить массовое продовольствие с помощью непрерывной, эффективной системы, которая обеспечивает однородность конечного продукта. Это достигается путем контроля различных аспектов процесса экструзии. Она также позволила производить новые обработанные пищевые продукты и «произвела революцию во многих традиционных процессах производства закусок». [6]

Химические изменения при приготовлении пищи

Экструзионная кулинарная обработка приводит к «химическим реакциям, которые происходят внутри цилиндра экструдера и в матрице», как и большинство других форм кулинарной обработки . [7] Экструзия позволяет производить некоторые продукты питания в больших количествах и «денатурирует антипитательные факторы» [1] , разрушая токсины или убивая микроорганизмы . Она также может улучшить качество белка и усвояемость [1] и влияет на форму, текстуру, цвет и вкус продукта. [1] Изменения, связанные с экструзией, включают:

  • Разрушение некоторых природных токсинов и антинутриентов (включая ингибиторы трипсина , гемагглютинины , танины и фитаты ) [1] [8]
    • Все четыре перечисленных антинутриента снижают усвоение белка. Фитат и танины также снижают усвоение минералов. [8]
  • Снижение уровня микроорганизмов в конечном продукте. [1]
  • Частичное разрушение витаминов, чувствительных к нагреванию (A, B, C и E). [1] [8]
  • Умеренное повышение усвояемости белка за счет денатурации белка и инактивации антинутриентов. [8]
  • Реакции Майяра , которые уменьшают доступные количества определенных аминокислот, включая незаменимую аминокислоту лизин . [9] [10] Потери лизина можно сократить, используя более влажные смеси. [7]
  • Распад сложных углеводов ( крахмалов и некрахмальных полисахаридов ) на более простые компоненты. Часть этого действия вызвана амилазой из самих злаков. [2]
    • Это увеличивает гликемический индекс и создает крахмалы, которые с большей вероятностью могут вызвать резистентность к инсулину . «Процесс экструзии значительно увеличил доступность углеводов для переваривания». [11]
    • Это также может привести к более высокому уровню разрушения зубов .
    • С другой стороны, этот распад преобразует нерастворимые волокна в растворимые. [7]
  • Связывание и улетучивание ароматических соединений. [7]
  • Желатинизация крахмала. [7] [12]
  • Увеличение содержания железа из-за износа деталей машин. Значительного изменения в усвоении цинка не произошло. [7]
  • По состоянию на 1998 год [обновлять]мало что известно о стабильности или биодоступности фитохимических веществ, участвующих в экструзии. Фенолы, по-видимому, уменьшаются. [7]

В целом, влияние «экструзионной обработки на пищевую ценность неоднозначно» [8], поскольку экструзия может изменить углеводы, пищевые волокна, профиль белков и аминокислот, витамины и минеральное содержание экструдата таким образом, что это может быть полезным или вредным. [8] Было обнаружено, что пищевая ценность улучшается при умеренных условиях (короткая продолжительность, высокая влажность, низкая температура), тогда как отрицательное влияние на пищевую ценность экструдата происходит при высокой температуре (не менее 200 °C), низкой влажности (менее 15%) или неподходящих компонентах в смеси. [8] Высокотемпературная экструзия в течение короткого периода времени «минимизирует потери витаминов и аминокислот». [1]

В исследовательской работе 2012 года указывается, что использование нетрадиционной муки из злаков, такой как амарантовая , гречневая или просяная , может быть использовано для снижения гликемического индекса сухих завтраков, полученных методом экструзии. [13] Экструдат с использованием этих злаковых муки демонстрирует более высокую объемную и продуктную плотность, имеет схожий коэффициент расширения и имеет «значительное снижение легкоусвояемых углеводов и медленноусвояемых углеводов». [13] В статье 2008 года говорится, что замена 5% до 15% пшеничной муки и белой муки на диетические волокна в смеси экструдата для сухих завтраков значительно снижает «скорость и степень гидролиза углеводов экструдированных продуктов», [11] что увеличивает уровень медленноусвояемых углеводов и снижает уровень быстроусвояемых углеводов. [11]

Текстура

Материал, из которого изготовлена ​​экструзионная матрица, может повлиять на конечный продукт. Грубые бронзовые матрицы на экструдерах для макаронных изделий создают более грубую поверхность, чем гладкие матрицы из нержавеющей стали , которые, как считается, позволяют лучше прилипать более жидким соусам для пасты; [14] макароны, изготовленные таким образом, маркируются как «бронзовая матрица», что указывает на премиальный продукт. [15]

  • Паста умирает
  • Белый пластиковый диск с пятью кольцеобразными отверстиями.
    Передняя часть матрицы для изготовления макарон-рожков
  • Задняя часть того же пластикового штампа
    Задняя часть того же пластикового штампа
  • Четыре корродированных металлических матрицы показаны слева, а их другие стороны справа. Нижняя сторона имеет маленькие отверстия, а верхняя сторона — большие. Каждая матрица имеет от 40 до 50 соответствующих отверстий. Каждая матрица немного отличается, чтобы производить разные размеры спагетти или похожей лапши.
    Старые металлические матрицы для макаронных изделий, показаны нижняя и верхняя части матриц

Продукция

Экструзия позволила производить новые переработанные пищевые продукты и «произвела революцию во многих традиционных процессах производства закусок» [6] .

Различные типы пищевых продуктов, производимых методом экструзии, обычно имеют высокое содержание крахмала. [1] Прямо расширенные типы включают хлопья для завтрака и кукурузные палочки и производятся в условиях высокой температуры, низкой влажности при высоком сдвиге . Нерасширенные продукты включают макаронные изделия , которые производятся при промежуточной влажности (около 40%) и низкой температуре. Текстурированные продукты включают мясные аналоги , которые производятся с использованием растительных белков («текстурированный растительный белок») и длинной матрицы для «придания волокнистой, похожей на мясо структуры экструдату», [4] и рыбную пасту . [16]

  • Сырные завитки, закуска прямого приготовления
    Сырные завитки, закуска прямого приготовления
  • Паста, нерасширяемая еда
    Паста, нерасширяемая еда
  • Альтернатива мясу, текстурированная пища
    Альтернатива мясу, текстурированная пища

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 те, которые имеют высокую влажность или температуру. Сыры с низкой влажностью более твердые и жевательные, а сыр чеддер с низкой влажностью и температурой экструзии 80 °C был предпочтен субъектами исследования другим экструдированным сырам чеддер, полученным при других условиях. [17] Среднее время пребывания экструдата около 100 секунд может производить «плавленые сыры или аналоги сыра различной текстуры (от намазываемых до нарезаемых)». [18]

Кондитерские изделия, изготовленные методом экструзии, включают жевательную резинку , лакрицу и ириски . [16] Другие продукты питания, часто производимые методом экструзии, включают некоторые виды хлеба ( 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 завитушки, макароны , Fig Newtons , желейные бобы , севаи и некоторые виды картофеля фри . [19]

Экструзия также используется для модификации крахмала и гранулирования кормов для животных . [ необходима ссылка ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghijk Harper, JM (1978). «Пищевая экструзия». Критические обзоры по пищевой науке и питанию . 11 (2): 155– 215. doi :10.1080/10408397909527262. PMID  378548.
  2. ^ abc Akdogan, Hülya (июнь 1999). "Выдавливание продуктов с высоким содержанием влаги". International Journal of Food Science & Technology (Представленная рукопись). 34 (3): 195– 207. doi :10.1046/j.1365-2621.1999.00256.x.
  3. ^ Институт медицины (США) Комитет по стратегиям снижения потребления натрия; Хенни, Дж. Э.; Тейлор, К. Л.; Бун, К. С. (2010). Джейн Э. Хенни; Кристин Л. Тейлор; Кейтлин С. Бун (ред.). Стратегии снижения потребления натрия в Соединенных Штатах . Вашингтон, округ Колумбия : Издательство национальных академий, Национальная академия наук. ISBN 978-0-309-14805-4. PMID  21210559.
  4. ^ abcd Karwe, Mukund V. (2008). "Пищевая экструзия". Пищевая инженерия . Том 3. Oxford Eolss Publishers Co Ltd. ISBN 978-1-84826-946-0.
  5. ^ abcd Shurtleff, William; Aoyagi, Akiko (2020). История экструзионной кулинарии и экструдеров (1938-2020): обширная аннотированная библиография и справочник (PDF) . Лафайет, Калифорния: Soyinfo Center. ISBN 9781948436298.
  6. ^ ab Riaz, Mian N. (2000). Экструдеры в пищевой промышленности . CRC Press. стр. 193. ISBN 9781566767798. Экструзия предоставила способ производства новых и новых продуктов и произвела революцию во многих традиционных процессах производства закусок. Экструзионное оборудование предлагает множество основных преимуществ конструкции, которые приводят к минимизации времени, энергии и затрат, в то же время увеличивая степень универсальности и гибкости, которая ранее была недоступна.
  7. ^ abcdefg Camire, ME (1998). "Химические изменения во время экструзионной кулинарной обработки: последние достижения". Химические изменения в пищевых продуктах, вызванные процессами . Достижения в экспериментальной медицине и биологии. Том 434. С.  109– 121. doi :10.1007/978-1-4899-1925-0_11. ISBN 978-1-4899-1927-4. PMID  9598195.
  8. ^ abcdefg Шивендра Сингх; Ширани Гамлат; Лара Вейкелинг (10 мая 2007 г.). «Пищевые аспекты экструзии пищевых продуктов: обзор». Международный журнал пищевой науки и технологии . 12 (8): 916– 929. doi :10.1111/j.1365-2621.2006.01309.x.
  9. ^ Бофранд М.Дж., де ла Геривьер Ж.Ф., Монье С., Пуллен Б. (1978). «Влияние процесса экструзии на доступность белков». Анналы питания и питания . 32 ( 2–3 ): 353–64 . PMID  707920.
  10. ^ Гай, Робин (2001). Экструзионная варка: технологии и применение . Кембридж: Woodhead Publishing. С.  111–116 .
  11. ^ abc Бреннан, Маргарет А.; Монро, Джон А.; Бреннан, Чарльз С. (декабрь 2008 г.). «Эффект включения растворимых и нерастворимых волокон в экструдированные сухие завтраки, изготовленные с использованием обратной конфигурации шнека». Международный журнал пищевой науки и технологии . 43 (12): 2278– 2288. doi :10.1111/j.1365-2621.2008.01867.x.
  12. ^ Риаз, стр. 82. «Экструзионная варка определяется как «процесс, при котором увлажненные, расширяющиеся, крахмалистые и/или белковые материалы пластифицируются в трубке за счет сочетания влаги, давления, тепла и механического сдвига. Это приводит к повышению температуры продукта внутри трубки, желатинизации крахмалистых компонентов, денатурации белков, растяжению или реструктуризации тягучих компонентов и экзотермическому расширению экструдата»
  13. ^ ab Бреннан, Маргарет А.; Менар, Карин; Рудо, Гаэль; Бреннан, Чарльз С. (19 января 2012 г.). «Мука амаранта, проса и гречихи влияет на физические свойства экструдированных сухих завтраков и модулирует их потенциальное гликемическое воздействие». Крахмал - Stärke . 64 (5): 392– 398. doi :10.1002/star.201100150.
  14. ^ "Промышленное производство макаронных изделий". Food-Info.Net . Университет Вагенингена.
  15. ^ "Состав". Napolina Ltd. Архивировано из оригинала 23 июня 2012 г. Ассортимент макаронных изделий Napolina также включает в себя высококачественные бронзовые штампы, которые выдавливаются через бронзовые штампы для создания шероховатой, пористой поверхности.
  16. ^ ab Heldman, Dennis R.; Hartel, Richard W. (1997). Принципы обработки пищевых продуктов . Springer. ISBN 9780834212695.
  17. ^ Кошик Адхикари1; Андреа Коул; Ингольф Грюн; Хильдегарда Хейманн; Фу-Хун Хси; Гарольд Хафф (июнь 2009 г.). «Физические и сенсорные характеристики плавленых сыров, изготовленных методом экструзии». Журнал пищевой науки и сельского хозяйства . 89 (9): 1428– 1433. doi :10.1002/jsfa.3608.{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  18. ^ Зубер, Ф.; Мегар, Д.; Шефтель, Дж. К. (декабрь 1987 г.). «Непрерывное эмульгирование и желирование молочных ингредиентов с помощью экструзионной варки HTST: производство плавленых сыров». Международный журнал пищевой науки и технологии . 22 (6): 607– 626. doi :10.1111/j.1365-2621.1987.tb00529.x.
  19. ^ "Rotary Head Extruder". American Extrusion . 17 октября 2017 г. Получено 17 октября 2017 г.

Дальнейшее чтение

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Пищевая экструзия» .
  • Эдвин ван Онна; Бриджит ван Мехелен; Мэтью Стюарт; Шонкис Морено; Крис Скотт; Сара Мартин Пирсон; Джоэри Брюнинкс; Масааки Такахаши (1993). Технология экструзионной варки . Спрингер. ISBN 9780834213401.
  • Guy, RCE (2003). "ЭКСТРУЗИОННАЯ ПРИГОТОВКА/Принципы и практика". Энциклопедия пищевых наук и питания . С.  2222– 2227. doi :10.1016/B0-12-227055-X/00434-X. ISBN 9780122270550.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Пищевая_экструзия&oldid=1262420803"