Библиотека

Экструзионные продукты

Т.В.Васильева, Компания United Bakers

Экструзия (от латинского extrudo -выталкивание, выдавливание) как процесс, совмещающий термо -, гидро - и механохимическую обработку сырья с целью получения продуктов с новой структурой и свойствами, известен достаточно давно.

Диапозон сырья, подвергаемого экструзии, охватывает широкий спектр различных органических материалов и включает пищевое сырьё растительного и животного происхождения.

Один из первых экструдеров, использованный ещё в 1868 г. в Англии для производства колбас, производил в основном только интенсивное смешивание мясного фарша и формирование готовых изделий без термического воздействия на сырьё. В конце 40-х годов ХХ века была разработана технология варочной экструзии, которая обеспечивала необходимые изменения сырья , в частности, почти полную клейстеризацию крахмала.

Настоящий бум развития техники и технологии экструдирования в Европе и Новом Свете пришёлся на 60-е годы: более 40 разных фирм освоили роизводство техники для разнообразных видов сырья и разработки продуктов с различными физико-химическими и функциональными свойствами; были разработаны теоритические основы холодной и горячей экструзии.

На сегодняшний день различными видами экструзии получают инградиенты кормов для домашних птиц, животных, рыб, кондитерские изделия (шоколад, конфеты, печения, жевательную резинку), продукты детского и диетического питания, воздушные крупяные палочки (кукурузные, рисовые, перловые и т. д.), компоненты овощных консервов и пищеконцентратов, широкий диапозон макоронных изделий.

Метод экструзионной обработки позволяет получить ряд преимуществ:

• интенсифицировать производственный процесс;
• повысить степень использования сырья;
• получить готовые к применению пищевые продукты или создать для них компоненты, обладающие высокой сгущающей водо - и жироудерживающей способностью;
• снизить производственные затраты (расходы тепла, электроэнергии);
• снизить трудовые затраты; расширить ассортимент пищевых продуктов;
• повысить усвояимость;
• снизить микробиологическую обсеменённость продуктов;
• уменьшить загрязнение окружающей среды.

   Кроме того, в результате эксрузии происходят существенные изменения и текстуирование не только на клеточном уровне, но и сложные химические, микробиологические (стерилизация), физические процессы и явления. Пищеварение человека и животных с точки зрения физиологии основано на механической деструкции пищевых продуктов и их последующей кислотной и ферментной обработке и преобразовании сложных веществ в более простые, сопровождающиеся значительными затратами физиологической энергии. Поэтому экструзионные продукты питания в значительной мере снимают ряд проблем, особенно у людей, страдающих определёнными заболеваниями.

Виды экструзии

В зависимости от температуры перед матрицей различают три основных вида экструзии: холодную, тёплую и горячую (варочную). При холодной экструзии температура формуемой массы перед матрицей не превышает 50°С, при тёплой-находится в пределах 60...100°С, при горячей - составляет 120...200°С.

Процесс экструдирования протекает так: продукт захватывается шпеком, перемещается вдоль корпуса, проходит зоны сжатия, разогрева (за счёт сил трения продукта о поверхность вращающегося штека и корпуса, а также деформаций сдвига в самом продукте), гомогенизации, зону непосредственно экструзии и разгрузки. Продолжительность обработки составляет 1-2 мин. Давление и температура при этом возрастает и достигает соответственно 50 МПа и 180°С.
   Обычно при работе экструдера в устоновившемся режиме требуемая температура массы перед матрицей поддерживается благодаря выделению тепла под действием трения лопастей штека о нагнетаемую вязкую массу. При этом повышение влажности массы, снижение вязкости и увеличение пластичности приводит к снижению интенсивности трения штека и, следовательно, к понижению температуры формируемой массы и давления экструзии. В связи с этим каждый из указанных температурных режимов экструзии характеризуется также определёнными пределами значений влажности экструдируемой массы и давления экструзии:

Для неё характерны только механические изменения в материале при медленном его перемещении и формовании.

Широко используется холодная экструзия для формования кондитерских масс в виде жгутов при изготовлении разного рода конфет, батончиков и других кондитерских изделий, жевательной резинки, тестовых заготовок хлебных палочек, а также для приготовления заготовок сухих завтраков с последующей их тепловой обработкой.

Однако самое широкое распространение холодная экструзия получила в пищевой промышленности для производства традиционных видов макаронных изделий. Первые шнековые макаронные прессы стали использовать для непрерывного процесса пресования макаронных изделий с 30-х годов прошлого столетия, и в настоящее время повсеместно, начиная с мини цехов и кончая крупными макаронными фабриками, шнековые макаронные прессы используют для формования макаронных изделий.

При этом методе сухие ингредиенты сырья смешивают с определённым количеством воды и подают в экструдер, где наряду с механическими воздействиями они подвергаются тепловой обработке. Дополнительно осуществляется нагрев продукта внешними обогревателями. Получаемый продукт (экструдат) отличается небольшой плотностью, увеличеным объёмом, пластичностью, ячеичным строением. Зачастую эструдату необходима дополнительная обработка, а именно высушивание или охлаждение. Этим методом получают некоторые виды закусок.

Помимо возможного применения теплой экструзии для формования макаронного теста наибольшее распространение она получает для производства полуфабрикатов сухих завтраков с пенообразной (вспученой) структурой. В качестве основного исходного сырья для их приготовления служат: картофельные - мука, крахмал, крупка, хлопья; рисовые - крахмал, мука, крупа и другое крахмалсодержащее сырьё.

Экструдированные полуфабрикаты сухих завтраков представляют собой изделия, отформованные в виде лапши, вермешели или других форматов и высушенные до влажности 8-12 %. В таком виде полуфабрикаты имеют большие плотность, прозрачность и могут храниться в течение длительного времени. Для приготовления из них вспученных (экспандированных) сухих завтраков с нежной, хрустящей, пенообразной структурой, подобной структуре сухого печенья крекер (поэтому подобные сухие завтраки также называют крекерами), достаточно погрузить их на 10-20 с в нагретое до 170...190°С растительное масло - во фритюр. Механизм вспучивания полуфабриката во фритюре заключается в следующем. Гелеобразная структура, образующаеся в шнековой камере в результате желатинирования крахмала, переходит во время высушивания полуфабриката в "стекловидное" состояние. При перемещении сухого полуфабриката в горячую среду (фритюр) структура приобретает упругоэластичные, резинообразные свойства, а влага, превращающаяся внутри геля в пар и не находя выхода, образует множество мельчайших пузырьков в объёме полуфабриката:происходит его вспучивание, образование пенообразной структуры с одновременным её переходом в обезвоженное состояние. Наличие же зёрен крахмала, сохранивших свою индивидуальность в структуре полуфабриката (нежелатинировавшихся во время эксрудирования) предопределяет наличие в структуре полуфабриката микропор, через которые образующийся пар легко выходит наружу. Вспучивание происходит в меньшей степени и тем более в меньшей, чем выше содержание нежилатинизированного крахмала. Таким образом, при производстве полуфабрикатов крекеров путём тепловой экструзии стремятся создать условия для возможно полной деструкции крахмальных зёрен. При этом имеет значение вид исходного крахмала. При прочих равных условиях более податлевы деструкции зёрна больших размеров (картофельного крахмала), менее податливы зёрна меньших размеров (рисового крахмала). Важную роль играют параметры экструзии. В часности, изменение температурно-влажностных режимов экструдирования крахмалосодержащих масс может изменять в широких пределах их вязкость и таким образом изменять величину усилий сдвига на тесто со стороны штека. Большое влияние на степень деструкции крахмала оказывает также вид и количество добавок. Так, добавление к крахмалсодержащему сырью жира, сахара и белка снижает силу трения крахмальных зёрен между собой и лопасти штека, поскольку эти вещества выполняют роль своеобразной смазки; в результате степень вспучивания полуфабрикатов крекеров снижается, и крекеры имеют твёрдую, неприятную при разжёвывании консистенцию. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо определять оптимальное соотношение рецептурных компонетов смеси и параметров экструзии.

Горячая (варочная) экструзия.

Обеспечивает вспучивание выпресовываемого экструдата непосредственно при выходе из фильеры матрицы в результате резкого падения давления и температуры и мгновенного превращения воды в пар. Механизм пенообразования структуры экструдата при горячей экструзии и влиянии тех или иных факторов на степень его вспучивания во многом подобно тем, которые имеют место в технологии приготовления экструдированных сухих завтраков с использованием тёплой экструзии. В частности, и при горячей экструзии основным показателем, определяющим технологические параметры процесса и качество экструдата, является вязкость экструдируемой массы, и, как при тёплой экструзии, степень декструкции крахмальных зёрен в процессе горячей экструзии может служить критерием оптимизации её технологических параметров.

Преимущества применения горячей экструзии заключается в первую очередь в скоротечности процесса и в отсутствии необходимости высушивания экструдата. Однако вспученный экструдат вследствие значительного объёма требует больших площадей для хранения и значительных расходов на транспортировку; кроме того, для улучшения его текстуральных свойств, в частности для устранения прилипания к зубам, на него наносят растительное масло, что снижает срок хранения сухого завтрака и требует дополнительного оборудования. Срок хранения ограничивается также высокой гигроскопичностью вспученных изделий: содержание влаги в них не должно превышать 2 %, иначе изделия теряют хрупкую, хрустящую текстуру.

Помимо производства экспандированных сухих завтраков горячая экструзия находит применение для приготовления продуктов нак основе растительного и животного белка: в режимах горячей экструзии глобулярная структура белка переходит в фибрилярную, более усвояемую организмом человека и животных структуру. Однако при этом большое значение имеют не сдвиговые усилия в шнековой камере, а температурное воздействие на экструдируемую массу.

Готовые продукты экструзионной технологии имеют лишь два типа структуры: пористую или волокнистую макроструктуру.