способ производства экструдированных картофельных палочек

Формула изобретения

Способ производства экструдированных картофельных палочек, характеризующийся тем, что картофельные гранулы с размером частиц 0,5...1,3 мм смешивают с сухим обезжиренным молоком в количестве 10...20% к массе картофельных гранул, увлажняют до 13...17% и осуществляют обработку на экструдере при температуре продукта в предматричной зоне экструдера 449...457 К и давлении 5,7...6,4 МПа, полученный экструдат дражируется солевитаминной добавкой в количестве 3% к массе экструдированных картофельных палочек.

Описание изобретения к патенту

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

Техническая задача изобретения - получение комбинированного экструдированного продукта питания высокого качества, повышение его пищевой ценности и расширение ассортимента выпускаемых экструдированных изделий.

Поставленная задача достигается тем, что картофельные гранулы с размером 0,5...1,3 мм смешивают с сухим обезжиренным молоком в количестве 10...20% к массе картофельных гранул, увлажняют до 13...17% и осуществляют обработку на экструдере при температуре продукта в предматричной зоне экструдера 449...457 К и давлении 5,7...6,4 МПа, полученный экструдат дражируют солевитаминной добавкой в количестве 3% к массе экструдированных картофельных палочек.

Технический результат изобретения заключается в получении качественного экструдированного продукта питания с высокой пищевой ценностью при соблюдении рациональных параметров процесса (температуры и давления перед матрицей и др.), а также в расширении ассортимента выпускаемых экструдированных изделий.

На фиг.1 изображена сравнительная характеристика аминокислотного состава картофеля и экструдированных картофельных палочек; на фиг.2 - сравнительная характеристика биологической ценности и коэффициента различия аминокислотного скора (КРАС) кукурузных палочек (а) и экструдированных картофельных палочек (б); на фиг.3 - диаграмма пищевой ценности экструдированных картофельных палочек в сравнении с формулой сбалансированного питания.

Получение экструдированных картофелепродуктов, обогащенных белковым сырьем, - одно из перспективных направлений комплексной переработки пищевого сырья. При выборе дозировки сухого обезжиренного молока учитывали ряд факторов. Во-первых, необходимость максимального обогащения экструдированного продукта белками и минеральными веществами для достижения их лечебно-профилактической или физиологической дозы. Во-вторых, достижение приятного вкуса и аромата, изменяющих традиционные характеристики изделий из картофеля.

Способ осуществляется следующим образом. В качестве исходного сырья использовали: картофельные гранулы (ТУ 9166-006-10625882-95) и сухое обезжиренное молоко (ГОСТ 10970-74).

Картофельные гранулы загружали в смеситель и тщательно смешивали с сухим обезжиренным молоком в количестве 10...20% к массе картофеля и увлажняли полученную смесь до влажности 13...17%.

Обработку подготовленной таким образом смеси осуществляли на двушнековом экструдере при температуре продукта перед матрицей 449...457 К и давлении в предматричной зоне экструдера 5,7...6,4 МПа.

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 картофельные палочки хорошего качества, степень вспучивания которых составляет около 300% при диаметре матрицы 4-10^-3 м (степень вспучивания определяется как отношение площади поперечного сечения экструдата к площади выходного отверстия матрицы экструдера).

Полученные экструдированные картофельные палочки загружали в дражировочный барабан и дражировали солевитаминной добавкой в течение 2 мин. В состав добавки входят: соль поваренная с размером частиц не более 0,1 мм - 3 г/ 100 г продукта, перец красный - 0,05 г/ 100 г продукта, витамин С - 100 мг/ 100 г продукта, кальций - 100 мг/ 100 г продукта, фосфор - 100 мг/100 г продукта.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Картофельные гранулы загружали в смеситель и тщательно смешивали с сухим обезжиренным молоком в количестве 10% к массе картофеля и увлажняли полученную смесь до влажности 17%, и осуществляли ее обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 457 К и давлении в предматричной зоне экструдера 5,8 МПа. При этом степень вспучивания экструдированных палочек составляет 300%. Результаты представлены в табл.1.

Пример 2. Технология приготовления экструдированных картофельных палочек аналогична примеру 1, но доля сухого обезжиренного молока к массе картофельных гранул составляет 15%, увлажняют полученную смесь до 15%, а затем осуществляют ее обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 452 К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,2 МПа. Степень вспучивания экструдата составляет 240%. Результаты представлены в табл.1.

Пример 3. Технология приготовления экструдированных картофельных палочек аналогична примеру 1, но доля сухого обезжиренного молока к массе картофельных гранул составляет 20%, увлажняют полученную смесь до 14%, а затем осуществляют ее обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 449 К и давлении в предматричной зоне экструдера 6,4 МПа. Степень вспучивания экструдата составляет 200%. Результаты представлены в табл.1.

Таблица 1 Экспериментальные данные процесса экструзии экструдированных картофельных палочек (примеры 1-3)
№примера	Массовая доля сухого обезжиренного молока, %	Влажность экструдируемой смеси, %	Температура перед матрицей, К	Давление перед матрицей, МПа	Степень вспучивания экструдата, %
1	10	17	457	5,8	300
2	15	15	452	6,2	240
3	20	14	449	6,4	200

Использование картофельных гранул с размером 0,5...1,3 мм позволяет избежать запекания выходного отверстия матрицы и остановки процесса экструзии.

В серии экспериментов использовали сухое обезжиренное молоко в количестве 10...20% к массе картофельных гранул. Верхняя граница дозировки определялась экономической целесообразностью получения нового экструдированного продукта, нижняя граница дозировки пищевой ценностью экструдированных картофельных палочек.

Внесение в рецептурную смесь сухого обезжиренного молока, характеризующегося высоким содержанием белков, обуславливает почти двукратное увеличение калорийности экструдированных картофельных палочек.

Необходимость увлажнения смеси картофельных гранул с сухим обезжиренным молоком (до 13...17%) 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°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 13%, то ее оказывалось недостаточно и продукт на выходе из экструдера не вспучивался. И, наоборот, если влаги в продукте было более 17%, 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. Установлено [Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование/ Под. ред. А.Н.Богатырева, В.П.Юрьева. - М.: Ступень, 1994. - 200 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. Математическая модель неизотермического течения жидкости в предматричной зоне экструдера / А.Н.Остриков, И.О.Павлов, Р.В.Ненахов, В.Н.Василенко // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2001. - №12. - С.7-9.; Остриков А.Н. Разработка экструзионного оборудования нового поколения для переработки термолабильных пищевых продуктов / А.Н.Остриков, А.С. Рудометкин, О.В.Абрамов, В.Н.Василенко // Техника машиностроения. - 2002. - №8. - С.90-93] показал, что для качественного проведения экструзионной обработки необходимо плавное повышение температуры продукта с последующей стабилизацией. Экспериментально установлено, что для данного продукта температура перед матрицей Т=449...457 К позволяет достичь давления в предматричной зоне экструдера Р=5,7...6,4 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 экструдированные картофельные палочки 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 картофельные 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 желтоватым оттенком), вкусу и аромату (соответствующему исходному виду сырья с отчетливым сливочным привкусом) экструдат имеет удовлетворительные потребительские данные, характерные для такой группы пищевых продуктов, как "сухие завтраки".

Для оценки качественных характеристик экструдированных картофельных палочек были исследованы следующие их физико-химические свойства: набухаемость (водопоглотительная способность), растворимость и водо-удерживающая 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 - 2,1 г/г, растворимость - 46,2% и водоудерживающая способность измельченного экструдата - 3,82 г/г. Установлено, что данные показатели экструдированных картофельных палочек соответствуют аналогичным, свойственным традиционным сухим завтракам.

Другие физико-химические характеристики (табл. 2) также соответствовали нормам для этой категории изделий. Энергетическая ценность полученного продукта составляет 1544,1 кДж/100 г, в то время как картофеля - 1465,1 кДж/100 г.

Таблица 2 Физико-химические и теплофизические показатели экструдата
Наименование показателей	Размерность	Экструдат
Влажность	%	8,0
Кислотность	град	8,1
Объемная масса	кг/м 3	227,5
Механическая прочность	Н	1,41
Массовая доля общего сахара, в пересчете на СВ	%	4,29
Массовая доля жира, в пересчете на СВ	%	2,0
Коэффициент теплопроводности	Вт/(м·К)	0,27
Коэффициент теплоемкости	Дж/(кг·К)	1780

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.

Внесение в рецептурную смесь сухого обезжиренного молока, характеризующегося высоким содержанием белков, обусловливает почти двукратное увеличение калорийности экструдированных картофельных палочек. Следовательно, изделие отличается высокой энергетической ценностью и может быть рекомендовано для питания школьников. Массовая доля аминокислот в экструдате на 62% превышает их содержание в картофельных хлопьях. Это обусловлено уменьшением конечной влажности экструдата и частично его обогащением белковыми веществами сухого обезжиренного молока. Наблюдается почти двукратное увеличение таких незаменимых аминокислот, как метионин, изолейцин, что является подтверждением высокой биологической ценности продукта и целесообразности переработки картофельных хлопьев экструзией.

Рассчитанные значения биологической ценности и КРАС экструдированных картофельных палочек в сравнении с традиционными кукурузными палочками приведены на фиг.2.

Анализ пищевой ценности экструдированных картофельных палочек. 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. За счет потребления 100 г экструдированных картофельных палочек можно удовлетворить суточную потребность в белке на 11,6%, углеводах - 14,9%, минеральных веществах - 15,7% и витаминах - на 179,3%.

Как видно из примеров и вышеизложенного в способе производства экструдированных картофельных палочек, наиболее эффективным является то, что смесь картофельных гранул с размером 0,5...1,3 мм с сухим обезжиренным молоком в количестве 10....20% увлажняют до 13...17% и осуществляют обработку на экструдере при температуре продукта перед матрицей 449...457 К и давлении в предматричной зоне экструдера 5,7...6,4 МПа, полученный экструдат дражируют солевитаминной добавкой.

Предлагаемый способ производства экструдированных картофельных палочек позволит:

- получать экструдированные картофельные 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);

- расширить ассортимент выпускаемой продукции при переработке различного сырья с нестабильными свойствами, используя в качестве добавки, например, сухое обезжиренное молоко.

Аналоги изобретения не обнаружены.