Способ производства хрустящих хлебных палочек
Владельцы патента RU 2262855:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (RU)
Изобретение относится к хлебопекарной промышленности, в частности к способам производства экструдированных хлебных продуктов. Способ предусматривает смешивание крошки из черствого и деформированного хлеба с пищевыми добавками, увлажнение смеси и ее экструдирование. Хлебную крошку с размером частиц 2 мм смешивают со свекольно-паточным порошкообразным полуфабрикатом в количестве 3...5% к массе крошки из черствого и деформированного хлеба. Увлажняют полученную смесь до 12...15% и осуществляют ее обработку на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 433...453 К, угловой скорости вращения шнека 4,95...6,28 с-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 6...7 МПа. Изобретение позволяет получить комбинированный экструдированный продукт питания с повышенной пищевой ценностью. 4 ил., 2 табл.
Изобретение относится к хлебопекарной промышленности, в частности к способам производства экструдированных хлебных продуктов.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ производства хлебных изделий (А.с. №865249, МКИ3 А 21 D 13/00, опубл. 23.09.1981 г., БИ №35), согласно которому черствый хлеб смешивают с необходимыми рецептурными компонентами и после чего экструдируют.
Недостатками известного способа являются ограниченность его применения в плане переработки не массовых сортов хлеба, а также жесткие режимы процесса - высокие давления и температуры, что нежелательно при экструдировании термолабильных пищевых смесей.
Техническая задача изобретения - получение комбинированных экструдированных продуктов питания высокого качества, повышение их пищевой ценности и расширение ассортимента выпускаемых экструдированных изделий.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе производства хрустящих хлебных палочек, предусматривающем смешивание крошки из черствого и деформированного хлеба с пищевыми добавками, увлажнение смеси и ее экструдирование, новым является то, что хлебную крошку с размером частиц 2 мм смешивают со свекольно-паточным порошкообразным полуфабрикатом в количестве 3...5% к массе крошки из черствого и деформированного хлеба, увлажняют полученную смесь до 12...15% и осуществляют ее обработку на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 433...453 К, угловой скорости вращения шнека 4,95...6,28 с-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 6...7 МПа.
Технический результат изобретения заключается в получении качественных экструдированных продуктов питания с высокой пищевой ценностью при соблюдении рациональных параметров процесса (температуры перед матрицей, скорости вращения шнека и др.), а также в расширении ассортимента выпускаемых экструдированных изделий.
На фиг.1 изображена сравнительная характеристика аминокислотного состава экструдата и хлеба; на фиг.2 - сравнительная характеристика биологической ценности и коэффициента различия аминокислотного скора (КРАС) хрустящих хлебных палочек (а) и кукурузных палочек (б); на фиг.3 - диаграмма пищевой ценности хрустящих хлебных палочек в сравнении с формулой сбалансированного питания.
Получение экструдированных продуктов из черствого и деформированного хлеба (ЧДХ) - одно из перспективных направлений комплексной переработки отходов хлебопекарного производства. Однако производство нового пищевого продукта только на основе хлеба было бы нецелесообразно.
Поэтому в качестве добавки к крошке из ЧДХ (отходы хлебопекарного производства) использовали свекольно-паточный порошкообразный полуфабрикат (СППП) в количестве 3...5%, что позволяло получать качественные экструдированные продукты с хорошим коэффициентом вспучивания. Отличительной особенностью СППП является высокое содержание в нем пектина, макро- и микроэлементов (например, калия в свекольно-паточном полуфабрикате в 7,5 раз больше, чем в крошке из ЧДХ).
Способ осуществляется следующим образом. В качестве исходного сырья использовали: хлеб "Дарницкий" из смеси муки ржаной обдирной и пшеничной первого сорта (ГОСТ 26983-86) и свекольно-паточный порошкообразный полуфабрикат (СППП) (ТУ 9164-001-2068102-94), полученный распылительным способом. СППП имеет более интенсивную окраску, необходимую для коррекции исходно темной окраски крошки ЧДХ из смеси ржаной и пшеничной муки. По органолептическим показателям свекольно-паточный полуфабрикат представляет собой порошок бордового цвета с характерным запахом и вкусом столовой свеклы.
Крошку из черствого и деформированного хлеба (ЧДХ), например хлеба "Дарницкий" первого сорта (ГОСТ 26983-86), с размером частиц 2 мм смешивают со свекольно-паточным порошкообразным полуфабрикатом (СППП) в количестве 3...5% к массе крошки из ЧДХ. Затем полученную смесь увлажняют до 12...15%.
Далее осуществляют обработку смеси ЧДХ и СППП на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 433...453 К, угловой скорости вращения шнека 4,95...6,28 с-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 6...7 МПа (рациональные параметры процесса) [Абрамов О.В. Оптимизация процесса производства хрустящих хлебных палочек методом экструзии//Вестник Воронеж, государ, технол. академии. - 1998. - №3. - С.72-76].
Перерабатываемый материал через загрузочный патрубок поступает в рабочую камеру, где перемещается шнеком к матрице.
По мере продвижения продукт в зоне смешения частично перемешивается, в зоне сжатия происходит скачкообразное увеличение давления и уплотнение продукта вследствие резкого уменьшения размеров винтового канала. В зоне пластификации осуществляется частичное превращение гранул продукта в расплав за счет трения между частицами продукта и витками шнека.
Затем происходит дальнейшее сжатие продукта. Далее в зоне гомогенизации происходит превращение размягченных гранул в однородный расплав за счет возрастания давления. 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 зоне стабилизации происходит выравнивание давления и температурных полей расплава продукта. Затем он попадает в предматричную зону и 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 со скоростью, примерно равной скорости взрыва, что приводит к образованию пористой структуры и увеличению объема экструдата (вспучиванию). 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.].
При этом получают экструдированные хрустящие хлебные палочки хорошего качества, степень вспучивания которых составляет около 1000% при диаметре матрицы 4·10-3 м (степень вспучивания определяется как отношение площади поперечного сечения экструдата к площади выходного отверстия матрицы экструдера) [Остриков А.Н., Абрамов О.В. Определение качественных показателей хлебных палочек, полученных методом экструзии //Хранение и переработка сельхозсырья. - 1999. - №5. - С.48-50].
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1. Крошку из черствого и деформированного хлеба с размером частиц 2 мм смешивают со свекольно-паточным порошкообразным полуфабрикатом в количестве 4% к массе крошки. Затем увлажняют полученную смесь до 14% и осуществляют ее обработку на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 445 К, угловой скорости вращения шнека 4,95 с-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 6 МПа. При этом степень вспучивания экструдированных палочек составляет 826%. Результаты представлены в табл. 1.
Пример 2. Технология приготовления хлебных палочек аналогична примеру 1, но доля добавки СППП к массе крошки составляет 5%, увлажняют полученную смесь до 12%, а затем осуществляют ее обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 453 К, угловой скорости вращения шнека 6,28 с-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 6,6 МПа. Степень вспучивания экструдата составляет 900%. Результаты представлены в табл. 1.
Пример 3. Технология приготовления хлебных палочек аналогична примеру 1, но доля добавки СППП к массе крошки составляет 4,8%, увлажняют полученную смесь до 12%, а затем осуществляют ее обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 450 К, угловой скорости вращения шнека 4,95 с-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 6,5 МПа. Степень вспучивания экструдата составляет 977%. Результаты представлены в табл. 1.
| Таблица 1 Экспериментальные данные процесса экструзии хрустящих хлебных палочек (примеры 1-3) | ||||||
| № примера | Массовая доля добавки СППП, % | Влажность экструдируемой смеси, % | Температура перед матрицей, К | Угловая скорость вращения шнека, с-1 | Давление перед матрицей, МПа | Степень вспучивания экструдата, % |
| 1 | 4 | 14 | 445 | 4,95 | 6 | 826 |
| 2 | 5 | 12 | 453 | 6,28 | 6,6 | 900 |
| 3 | 4,8 | 12 | 450 | 4,95 | 6,5 | 977 |
В отношении обоснования выбора размера хлебной крошки 2 мм. Переработка крошки с размером более 2 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 хлебной крошки менее 2 мм приводит к увеличению порошкообразных фракций, которые запекаются и не способствуют образованию однородного расплава.
При обосновании дозировки свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката (3...5% к массе крошки из ЧДХ) учитывали ряд факторов. Во-первых, необходимость максимального обогащения экструдированного продукта пищевыми волокнами и минеральными веществами для достижения их лечебно-профилактической или физиологической дозы. Во-вторых, достижение приятного вкуса и аромата, слегка изменяющих традиционные характеристики изделий из хлеба. Не менее важным фактором являлась себестоимость СППП, которая практически в 10 раз превышает стоимость основного сырья - крошки из ЧДХ и соответственно значительно ограничивает его применение.
Верхняя граница дозировки определялась экономической целесообразностью получения нового экструдированного продукта.
Кроме того, экспериментально [Остриков А.Н., Абрамов О.В. Определение качественных показателей хлебных палочек, полученных методом экструзии //Хранение и переработка сельхозсырья. - 1999. - №5. - С.48-50; Абрамов О.В. Оптимизация процесса производства хрустящих хлебных палочек методом экструзии/УВестник Воронеж, государ., технол. академии. - 1998. - №3. - С.72-76] установлено, что по вкусовым свойствам и внешнему виду в полученные хрустящие хлебные палочки целесообразно внесение не более 5% свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката к массе крошки из ЧДХ. При увеличении содержания порошка свыше 5% хрустящие хлебные палочки не обладали достаточной степенью вспучивания. Внесение СППП в объеме менее 3% не приводило к повышению пищевой ценности и достижению сбалансированности ценных компонентов в палочках.
Необходимость увлажнения смеси ЧДХ и СППП (до 12...15%) обусловлена следующими соображениями. Доказано, что расширение продукта на выходе из отверстий матрицы непосредственно является следствием физических свойств воды [Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование/ Под. ред. А.Н.Богатырева, В.П.Юрьева. - М.: Ступень, 1994.-200 с.]. При таких термических условиях (изменение температуры в экструдере может быть в пределах от 130 до 200°С) 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 12%, то ее оказывалось недостаточно, и продукт на выходе из экструдера не вспучивался. И, наоборот, если влаги в продукте было более 15%, 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 недостаточно 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 [Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование/ Под. ред. А.Н.Богатырева, В.П.Юрьева. - М.: Ступень, 1994.-200 с.]. Установлено [Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование/ Под. ред. А.Н.Богатырева, В.П.Юрьева. - М.: Ступень, 1994.-200 с.; Остриков А.Н., Абрамов О.В. Определение качественных показателей хлебных палочек, полученных методом экструзии //Хранение и переработка сельхозсырья. - 1999. - №5. - С.48-50], 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., Абрамов О.В. Математическая модель процесса экструзии при неизотермическом течении вязкой среды в одношнековых экструдерах //Известия вузов. Пищевая технология. - 1999. - №1. - С.49-52; Остриков А.Н., Абрамов О.В. Определение качественных показателей хлебных палочек, полученных методом экструзии //Хранение и переработка сельхозсырья. - 1999. - №5. - С.48-50; Абрамов О.В. Оптимизация процесса производства хрустящих хлебных палочек методом экструзии//Вестник Воронеж, государ, технол. академии. - 1998. - №3. - С.72-76] показал, что для качественного проведения экструзионной обработки необходимо плавное повышение температуры продукта с последующей стабилизацией. Экспериментально установлено, именно угловая скорость вращения шнека ω=4,95...6,28 с-1 позволяет достичь давления в предматричной зоне экструдера Р=6...7 МПа, что как раз и обеспечивает достижение температуры продукта перед матрицей Т=433...453 К. В этом диапазоне температур происходят полные и глубокие физико-химические изменения белков, углеводов и других компонентов, придающие им свойства, наиболее приемлемые для полного усваивания человеческим организмом.
Полученные хрустящие хлебные палочки (при рациональных параметрах процесса) были исследованы по комплексу показателей, характеризующих потребительские свойства, пищевую и энергетическую ценность готового изделия. Их измельчали, просеивали через металлическую сетку №025 (ГОСТ 4601-73) и подвергали анализам. Экструдированные хрустящие хлебные палочки анализировали по органолептическим показателям по ГОСТ 15113.3-77, влажности - по ГОСТ 15113.4-77, кислотности - по ГОСТ 15113.5-77.
Органолептические показатели: получен продукт в виде прямых или изогнутых коротких палочек округлого поперечного сечения, с шероховатой поверхностью и развитой пористостью. По цвету (кремовому с розовым оттенком), вкусу и аромату (соответствующему исходному виду сырья) экструдат имеет удовлетворительные потребительские данные, характерные для такой группы пищевых продуктов, как "сухие завтраки".
Для оценки качественных характеристик хлебных палочек были исследованы следующие их физико-химические свойства: набухаемость (водопоглотительная способность), растворимость и водоудерживающая способность. Эти важные показатели, демонстрирующие возможность экструдата связывать воду и растворяться в ней, характеризуют его углеводный состав, а также потребительские свойства и частично усвояемость продукта. Получены следующие результаты: набухаемость хлебных палочек - 2,1 г/г; растворимость соответственно 46,2%; водоудерживающая способность измельченных экструдатов - 3,82 г/г. Установлено, что данные показатели хлебных палочек соответствуют аналогичным, свойственным традиционным сухим завтракам.
Другие физико-химические характеристики также соответствовали нормам для этой категории изделий (табл. 2). Энергетическая ценность полученного продукта составляла 1412,0 кДж/100 г. Для сравнения энергетическая ценность ржано-пшеничного хлеба - 862 кДж/100 г.
| Таблица 2 Физико-химические и теплофизические показатели экструдатов | ||
| Наименование показателей | Размерность | Экструдированные хлебные палочки |
| Влажность | % | 8,0 |
| Кислотность | град | 8,1 |
| Насыпная масса | кг/м3 | 227,5 |
| Механическая прочность | Н | 1,41 |
| Массовая доля общего сахара, в пересчете на СВ | % | 78,64 |
| Массовая доля жира, в пересчете на СВ | % | 1,63 |
| Коэффициент теплопроводности | Вт/(м·К) | 0,22 |
| Коэффициент теплоемкости | Дж/(кг·К) | 1600 |
Определение биологической ценности экструдатов. Оценку аминокислотной сбалансированности и биологической ценности продуктов проводили по следующим показателям: коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС) и биологическая ценность (БЦ) пищевого белка. Для сравнения и соответственно расчета биологической ценности экструдата параллельно приводим данные по аминокислотному составу ржано-пшеничного хлеба (фиг.1).
Анализ данных показал, что количество аминокислот в хрустящих хлебных палочках на 62% превышает их содержание в хлебе из смеси ржаной и пшеничной муки. Это обусловлено уменьшением конечной влажности экструдата (8% по сравнению с 43% хлеба) и частично его обогащением белковыми веществами свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката. При этом наблюдается почти двукратное увеличение таких незаменимых аминокислот, как метионин и изолейцин.
Рассчитанные значения биологической ценности и КРАС хрустящих хлебных палочек в сравнении с традиционными кукурузными палочками приведены на фиг.2.
Анализ пищевой ценности разработанных экструдированных продуктов. Одним из основных требований к продуктам питания, помимо высоких потребительских свойств, является сбалансированность их состава.
Соотношение компонентов в "идеальном" продукте, обоснованное Институтом Питания Академии медицинских наук РФ в сравнении с составом полученных экструдатов представлено на фиг.3. Как видно из диаграммы, за счет потребления 100 г хрустящих хлебных палочек можно удовлетворить суточную потребность в белке на 13,3%, углеводах - 15,4%, пищевых волокнах - 5,2%, железе - 23,6% и витаминах в среднем на 11%. Сравнительный анализ полученных результатов показал, что готовый продукт имеет достаточно высокое содержание углеводов, органических кислот, соединений железа.
Апробированные на примере экструдатов из ЧДХ с внесением свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката технологии могут иметь большие перспективы, в частности для производства продуктов более сбалансированного состава или специального назначения.
Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с базовым позволит:
- получать экструдированные хлебные палочки с хорошими потребительскими свойствами и достаточно высокой биологической и пищевой ценностью; они более сбалансированы по составу незаменимых аминокислот, а также оптимизированы по критерию "коэффициент различия аминокислотного скора" (КРАС);
- использовать возможность переработки черствого и деформированного хлеба (ЧДХ) с добавлением свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката (СППП) в высококачественный продукт;
- расширить ассортимент выпускаемой продукции при переработке различного сырья с нестабильными свойствами, используя в качестве добавки овощные и плодовые порошки.
Способ производства хрустящих хлебных палочек, включающий смешивание крошки из черствого и деформированного хлеба с пищевыми добавками, увлажнение смеси и ее экструдирование, отличающийся тем, что хлебную крошку с размером частиц 2 мм смешивают со свекольно-паточным порошкообразным полуфабрикатом в количестве 3-5% к массе крошки из черствого и деформированного хлеба, увлажняют полученную смесь до 12-15% и осуществляют ее обработку на одношнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 433-453 К, угловой скорости вращения шнека 4,95-6,28 с-1 и давлении в предматричной зоне экструдера 6-7 МПа.
