способ производства экструдированного пищевого продукта из материала, содержащего пищевые волокна, и экструдер

Формула изобретения

1. 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%.

2. Способ по п.1, согласно которому экструдирование ведут через несколько последовательно установленных фильерных матриц, при этом влажность смеси в шнековой полости и в полостях между фильерными матрицами поддерживают одинаковой за счет исключения мгновенного перепада давлений.

3. Способ по п.1 или 2, согласно которому экструдирование ведут через две последовательно установленные фильерные матрицы, в каждой из которых имеется одна фильера.

4. Экструдер для производства экструдированного пищевого продукта из материала, содержащего пищевые волокна, включающий корпус с размещенным в нем шнеком и установленной на выходе из шнековой полости фильерной матрицей с одной фильерой, при этом в корпусе установлена по меньшей мере одна дополнительная фильерная матрица, имеющая также одну фильеру, с образованием между матрицами полости, в которой влага проходящей через матрицы смеси находится в перегретом состоянии.

Описание изобретения к патенту

Изобретения - способ и устройство - относятся к пищевой промышленности, в частности к пищеконцентратной ее отрасли, а именно к производству вспученных (взорванных) зерновых продуктов типа пористых палочек из материала, содержащего пищевые волокна, например, из отрубей хлебных злаков и их смеси с другими продуктами растительного происхождения. Такие продукты могут применяться в сфере диетического, диабетического и профилактического питания.

Способ

Известен способ производства экструдированного пищевого продукта из растительного материала, содержащего пищевые волокна, например, из отрубей хлебных злаков, предусматривающий смешивание их с вкусовыми и/или ароматическими компонентами и водой, экструдирование полученной смеси и охлаждение готового продукта (RU, 2145175, 1999). Отличительными особенностями описанного в указанном патенте способа является то, что экструдирование ведут при влажности смеси 14-15% со скоростью выхода экструдата влажностью 5-7% 100-180 м/мин.

Однако многочисленные эксперименты показали, что экструдирование отрубей при определенном усовершенствовании экструдера, а также при большом остатке муки или смешивании отрубей с мукой, крупой и другими крахмалосодержащими продуктами, равно как и экструдирование любого другого материала, содержащего пищевые волокна, можно вести на гораздо более низких скоростях без ухудшения качества продукции, т.е. на скоростях от 30 до 99 м/мин, что существенно упрощает процесс формообразования продукта, улучшает его внешний вид и снижает потери на некондиционный товар. Более того, оказалось возможным достичь на этих скоростях даже более высокого качества продукции, если применить многоступенчатое экструдирование, а смешивание отрубей и хлебных злаков с такими продуктами, как мука, крупы, картофель, топинамбур, бобовые и т. п. дает хорошие результаты экструдирования даже на скоростях 30-40 м/мин.

Техническим результатом изобретения является получение продукта с высокими органолептическими свойствами и биологической ценностью, снижение производственных затрат на его изготовление за счет упрощения процесса формообразования продукта при снижении скорости выхода экструдата и, как следствие, улучшение внешнего вида продукта и снижение потерь на некондиционный товар, возникающих при больших скоростях, а также расширение ассортимента экструдированных продуктов за счет введения в исходный материал указанных выше зерновых и других продуктов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства экструдированного пищевого продукта из растительного материала, содержащего пищевые волокна, например, из смеси отрубей с крахмалосодержащим сырьем, предусматривающем смешивание материала с вкусовыми и/или ароматическими компонентами и водой, экструдирование полученной смеси ведут при ее влажности 13-17% со скоростью выхода экструдата влажностью 4-9% в пределах 30-99 м/мин. Продукт экстравысокого качества получают при экструдировании через несколько последовательно установленных фильерных матриц, когда влажность смеси в рабочей (шнековой) полости экструдера и в полостях между фильерными матрицами поддерживают одинаковой за счет исключения мгновенного перепада давлений. Возможно, в частности, экструдирование через две последовательно установленные фильерные матрицы. Хороший результат получают, когда обе фильерные матрицы берут с одной фильерой.

Вышеуказанная совокупность признаков способа подобрана экспериментально и обеспечивает достижение указанного технического результата.

Устройство

Известны экструдеры, содержащие формующий механизм с корпусом, шнеком и фильерной матрицей (RU, 2153270, 2000). Фильерная матрица такого экструдера устанавливается на выходе из шнековой полости экструдера и может иметь от одной до нескольких фильер. Подбирая частоту вращения шнека, количество фильер, диаметр и профиль каналов, а также материал, из которого изготовлены фильеры, можно экспериментальным путем подобрать желаемую скорость выхода экструдата из фильер экструдера.

Однако, как было сказано выше, качество экструдированного продукта резко улучшается, если экструдат пропускается через несколько последовательно установленных фильерных матриц. В соответствии с этим целью изобретения является создание усовершенствованной конструкции экструдера, позволяющей осуществлять предлагаемый способ согласно пунктам 2 и 3 формулы изобретения.

Указанная цель достигается тем, что экструдер для производства экструдированного пищевого продукта из материала, содержащего пищевые волокна, включающий корпус с размещенным в нем шнеком и установленной на выходе из шнековой полости фильерной матрицей с одной фильерой, снабжен по меньшей мере одной дополнительной фильерной матрицей, установленной в корпусе, имеющей также одну фильеру, с образованием между матрицами полости, в которой влага проходящей через матрицы смеси находится в перегретом состоянии.

На прилагаемом чертеже для примера показана конструкция экструдера с двумя дополнительными фильерными матрицами, установленными за фильерной матрицей шнековой полости.

Подробное описание способа и устройства

Касаясь более подробного описания заявляемых способа и устройства экструдера, следует отметить, что технологический процесс экструдирования начинается с подготовки сырья, в качестве которого могут быть использованы отруби различных зерновых культур (пшеницы, ржи, кукурузы и т.д.) или другие источники пищевых волокон, например, сухие овощные смеси, водоросли, фруктовые выжимки, специальные концентраты и изоляты пищевых волокон, а также их комбинации. К отрубям и другим источникам пищевых волокон в различных комбинациях могут быть добавлены мука, крупы, бобовые, сухие картофель, топинамбур и другие овощи, а также вкусовые и/или ароматические добавки (соль, сахарозаменители, специи, ароматизаторы и т.п.).

Показанный на прилагаемом чертеже экструдер содержит формующий механизм, состоящий из корпуса 1, размещенного в нем шнека 2 и фильерной матрицы 3, установленной на выходе из шнековой полости 4.

В соответствии с целью изобретения показанный экструдер дополнительно содержит две фильерные матрицы 5 и 6, установленные последовательно в корпусе формующего механизма за фильерной матрицей 3 шнековой полости, - итого три фильерные матрицы. Соответственно образуются две дополнительные полости 7 и 8 между фильерными матрицами.

Фильерных матриц, установленных последовательно, может быть и больше трех, и меньше, т.е. как минимум две. Хорошие результаты экструдирования и упрощение технологического процесса достигаются, когда фильерные матрицы имеют по одной фильере.

Перед началом технологического процесса должна быть известна влажность каждого из компонентов, что позволит путем несложных расчетов определить влажность смеси и соответственно потребность в воде для достижения требуемой влажности в пределах 13-17% или, наоборот, необходимости подсушивания некоторых компонентов.

Засыпав все компоненты в смесительную машину в заданных пропорциях, смесь тщательно перемешивают, замеряют ее влажность.

Подготовленную таким образом смесь засыпают в бункер экструдера (на чертеже бункер не показан) и осуществляют процесс экструдирования, который ведут со скоростью выхода экструдата влажностью 4-9% в пределах 30-99 м/мин. Такая скорость может быть достигнута при определенном соотношении частоты вращения шнека экструдера, диаметра фильеры в матрице, количества и состава смеси, подаваемой во входное отверстие экструдера, и других параметров. Экспериментально подтверждено, что скорость в пределах 30-99 м/мин обеспечивает мгновенный перепад давления, масса вспучивается, образуя пористый обжаренный продукт с объемной плотностью 130-160 г/дм³. Влажность экструдата в пределах 4-9% обеспечивают соотношениями влажности исходной смеси и за счет охлаждения матрицы и корпуса экструдера проточной водой. Расширение диапазонов влажности по сравнению с прототипом (в экструдере 13-17% и на выходе 4-9%) обусловлено расширением ассортимента продукции за счет смешивания отрубей не только со вкусовыми и ароматическими добавками, но и с другими указанными выше продуктами.

Внутри экструдера перед фильерной матрицей 3 под действием давления, температуры и механического сдвига в присутствии определенного количества влаги (13-17%) смесь превращается в пастообразную массу, влага в которой из-за высокого давления находится в перегретом состоянии.

В классическом случае после прохождения через фильерную матрицу 3 (из зоны высокого давления в зону атмосферного давления) в выпрессовываемом продукте создается мгновенный перепад давления, в результате чего он как бы взрывается, увеличиваясь в диаметре, а остаточная влага испаряется под действием остаточного тепла.

В предлагаемом способе по пп. 2 и 3 формулы изобретения смесь после прохождения через фильеру первой фильерной матрицы 3 в виде пастообразной массы перетекает в полости 7 и 8 между последовательно установленными фильерными матрицами 5 и 6, расширяясь после прохождения фильеры в первой фильерной матрице, при этом влага находится в том же перегретом состоянии и никуда не испаряется. И только при прохождении через последнюю фильерную матрицу (из зоны высокого давления в зону атмосферного, в данном случае через обозначенную позицией 6) создается мгновенный перепад давления, а влага быстро испаряется.

В то же время, находясь в полостях между фильерными матрицами, пастообразная масса подпирает первую пройденную фильерную матрицу 3, создавая избыточное давление, что позволяет получить продукт с более высокой пористостью и нежной структурой, а также обеспечить при необходимости дополнительное поджаривание продукта.

Пример 1. Берут 10 кг пшеничных отрубей и 20 кг ржаной муки влажностью 13%, добавляют 500 г воды и 450 г поваренной соли, перемешивают в смесительной машине. Готовую смесь влажностью 14,5% экструдируют через экструдер КХ-2П сквозь фильерную матрицу с одной фильерой со скоростью выхода экструдата 50-60 м/мин. Получаются пористые палочки с влажностью 4,5-5%, диаметром 10-12 мм, хрустящие, легкие, с объемной плотностью 130 г/дм³.

Пример 2. Берут 20 кг ржаных отрубей и 10 кг пшеничной муки влажностью 12%, добавляют 600 г воды, перемешивают в смесительной машине. Готовую смесь влажностью 14% экструдируют через двойную фильерную матрицу со скоростью 60-70 м/мин. Получаются пористые палочки с влажностью 5,5-6%, диаметром 8-10 мм, желто-коричневого цвета, хрустящие, легкие, с объемной плотностью 160 г/дм³.

Пример 3. Берут 20 кг пшеничной муки влажностью 13%, 3 кг сушеной моркови влажностью 14% и 1 кг сухого лука влажностью 8%, добавляют 950 г воды и 400 г поваренной соли. Готовую смесь влажностью 13% экструдируют через две последовательно установленные фильерные матрицы, в каждой из которых имеется одна фильера, со скоростью 30-40 м/мин. Получаются пористые пластинки с влажностью после остывания 8,5-9%, желто-коричневого цвета, хрустящие, с объемной плотностью 200 г/дм³.

Пример 4. Берут 30 кг ржаных отрубей влажностью 14%, 1 кг ламинарии сушеной влажностью 14%, добавляют 500 г поваренной соли и перемешивают в смесительной машине. Готовую смесь влажностью 14% экструдируют через фильерную матрицу с одной фильерой со скоростью 80-99 м/мин. Получаются пористые палочки с влажностью после остывания 5,5-6%, диаметром 8-10 мм, желто-коричневого цвета, хрустящие, с объемной плотностью 180 г/дм³.

Способ и конструкция экструдера проверены в производственно-экспериментальных условиях, подтвердивших их полную пригодность и целесообразность для массового производства продукта под названием "Отруби хрустящие", в том числе экстравысокого качества, и продукта "Хлебцы-пластинки хрустящие" с высоким содержанием пищевых волокон.