Введение Варочная экструзия является одной из самых распространенных технологий, используемых в производстве снэков и пищевых концентратов. Экструзия, совмещающая в одной установке про- цессы измельчения, перемешивания, баротермо- обработки, текстурирования и формования в од- ном реакторе, позволяет в широких пределах ис- пользовать принципы пищевой комбинаторики при разработке новых, сбалансированных по пи- щевой ценности экструдированных снэков, рецеп- тура которых может содержать несколько видов круп или муки, источников растительного и жи- вотного белка, жиров, пищевых волокон и микро- нутриентов [1, 2, 3]. Важным элементом технологии таких продук- тов, помимо разработки сбалансированных рецеп- тур и подбора стабильных режимных параметров экструдирования, является подбор рационального гранулометрического состава исходного сырья, оказывающего влияние на качество готового про- дукта и процесс его производства. Для одношнеко- вых экструдеров было показано [4], что использование для экструзии зерновых смесей с размерами частиц от 160 до 630 мкм обеспечивало стабиль- ность процесса экструдирования и максимальный коэффициент расширения продукта на выходе из матрицы. Экструдат при этом представлял собой гранулы с равномерной по сечению пористостью и хорошими органолептическими показателями. Для двухшнековых экструдеров качество помола ис- пользуемого сырья также является важным пара- метром, так как помимо влияния на качество гото- вого продукта определяет энергозатраты на про- цесс экструзии. Целью настоящего исследования являлось изу- чение влияния гранулометрического состава зерно- вого сырья на процесс экструдирования многоком- понентного композитного снэка и качество получа- емого экструдата при использовании двухшнеково- го экструдера. Объекты и методы исследований Объектами исследования являлись помолы ин- гредиентов, многокомпонентная смесь, рецептура которой представлена в табл. 1, а также экструдированные снэки. В исследованиях использовалась приобретенная в локальной торговой сети продук- ция злаковых урожая 2015 года, собранная на тер- ритории европейской части России. В качестве зер- нового сырья использовались крупа гречневая яд- рица 1 сорта по ГОСТ Р 55290-2012, крупа пшено шлифованное 1 сорта по ГОСТ 572-60, крупа рисо- вая шлифованная 3 сорта по ГОСТ 6292-93, чече- вица тарелочная продовольственная по ГОСТ 7066- 77, мука кукурузная тонкого помола по ГОСТ 14176-69, мука пшеничная обойная цельнозерновая по ГОСТ Р 52189-2003. Влажность измельчаемого сырья составляла для риса 13,2 %, пшена 12,4 %, крупы гречневой 11,0 %, чечевицы 14,5 %. Измельчение зерновых компонентов проводили на молотковой дробилке ММ 10 со сменными си- тами с диаметрами отверстий: ø1,0 мм; ø1,5 мм; ø2,0 мм; ø2,5 мм и ø5,0 мм. Ситовой анализ осу- ществляли с использованием лабораторного рассе- ва РЛ-1. Экструдирование рецептурных смесей проводилось с использованием двухшнекового экс- трудера Werner&Phleiderer Continua 37. Отношение диаметра к длине шнека составляло 1:27, набор шнековых элементов для экструдирования зерно- вых культур (транспортирующие шнеки с постоян- ным шагом 40 мм и набор реверсивных элементов на расстоянии 1/3 длины шнека от матрицы). Уста- новлена матрица с двумя щелевидными фильерами сечением 12х1,5 мм. Производительность дозатора сырья составляла 28 кг/ч, температура на выходе экструдата 175 ºС, скорость вращения шнеков 240 об/мин, дозировка воды в зону после подачи сырья в экструдер 0,7 л/ч, скорость резки сырья 710 об/мин. В качестве технологических свойств экструда- тов определяли коэффициент взрыва, насыпную массу, растворимость, влагоудерживающую спо- собность. Коэффициент взрыва определяли как отношение площадей поперечных сечений жгута продукта и фильеры матрицы, насыпную массу - в мерном стакане емкостью 1 л и диаметром 10 см, растворимость и влагоудерживающую способность (ВУС) - стандартным методом растворения экстру- дата в избыточном количестве воды с последую- щим разделением среды центрифугированием [5]. Таблица 1 Рецептурный состав многокомпонентного снэка Ингредиент %мас. Измельчаемые компоненты Крупа рисовая 18,0 Крупа пшено 18,0 Крупа гречневая 8,0 Чечевица 8,0 Дополнительные компоненты Мука кукурузная 17,5 Мука пшеничная 15,0 Порошок тыквы 7,0 Молоко сухое, 26 % жирн. 6,0 Сахар 2,0 Соль 0,5 Исследование текстурных свойств экструдатов проводили с использованием анализатора текстуры Brookfield Texture Analyser CT 3. Образцы экстру- датов прокалывали индентором диаметром 3 мм со скоростью 0,5 мм/с на глубину пенетрации 2 мм с регистрацией и расчетом следующих показателей: твердость (Н), частота микроразломов, среднее усилие нагружения (Н), работа, затраченная на преодоление хрусткости (Н·мм) [6, 7]. Результаты и их обсуждение Результаты гранулометрического анализа на ла- бораторном рассеве типа РЛ-1 по каждому виду измельченного сырья представлены в табл. 2. Таблица 2 Гранулометрический состав измельченных зерновых компонентов Диаметр отверстия сита дробилки, мм Ингредиент Остаток на ситах с отверстиями диаметром, % Проход через сито 0,2 мм 2,0 мм 1,5 мм 1,0 мм 0,8 мм 0,4 мм 0,2 мм 5,0 Пшено 0 1,5 10,5 11,5 26,5 16,5 33,5 Гречка 1,0 5,0 13,0 11,0 29,5 22,5 18,0 Рис 2,5 6,5 12,5 11,3 28,5 20,5 18,2 Чечевица 3,5 6,5 13,5 11,0 26,0 17,0 22,5 2,5 Пшено 0 0,5 6,0 9,0 24,5 18,0 42,0 Гречка 0,2 2,0 8,0 9,0 30,5 26,0 24,3 Рис 0,1 1,5 5,5 7,0 25,0 27,0 33,9 Чечевица 0,5 2,0 6,5 8,0 24,5 20,5 38,0 Окончание табл. 2 Диаметр отверстия сита дробилки, мм Ингредиент Остаток на ситах с отверстиями диаметром, % Проход через сито 0,2 мм 2,0 мм 1,5 мм 1,0 мм 0,8 мм 0,4 мм 0,2 мм 2,0 Пшено 0 0 2,0 4,5 16,5 20,0 57,0 Гречка 0 1,5 5,0 7,0 29,5 28,5 28,5 Рис 0 1,0 4,0 6,0 24,5 26,5 38,0 Чечевица 1,0 1,5 4,0 5,5 21,5 19,5 47,0 1,5 Пшено 0 0 1,5 3,5 15,0 16,5 63,5 Гречка 0 0 2,0 4,5 29,0 30,0 34,5 Рис 0 0 1,0 2,5 18,5 29,0 49,0 Чечевица 0 0,5 1,5 3,0 19,0 21,5 54,5 1,0 Пшено 0 0 0 0 4,5 13,5 82,0 Гречка 0 0 0 0 11,0 33,0 56,0 Рис 0 0 0 0 11,0 29,0 60,0 Чечевица 0 0 0 0 5,5 14,0 80,5 Из таблицы видно, что при размере диаметра отвер- стий сита меньше 2,0 мм частицы размером более 1,0 мм начинают составлять незначительную часть (от 0 до 6,5 %). Также на степень измельчения сильно влияет вид и природа измельчаемого сырья. По своему составу из- мельченное пшено и чечевица обладают большим коли- чеством мелких фракций по сравнению с рисом и гречкой при одинаковых условиях измельчения на молотковой дробилке. Количество мелкой фракции (проход через сито 0,2 мм) при уменьшении диаметра сита на молотко- вой дробилке от 5,0 до 1,0 мм возрастает для зерна пшена от 33,5 до 82,0 %, гречки от 18,0 до 56 %, риса от 18,2 до 60,0 %, чечевицы от 22,2 до 80,5 %. Рис. 1. Гранулометрический состав экструдируемых смесей После приготовления рецептурных смесей ана- лизировали их гранулометрический состав. Резуль- таты анализа представлены на рис. 1. Анализ гранулометрического состава готовых смесей компо- зитных снэков показал, что при уменьшении диа- метра отверстий сит на молотковой дробилке от 5,0 до 1,0 мм можно добиться выравнивания грануло- метрического состава исходного сырья за счет уменьшения содержания в нем крупных частиц. Содержание в исходных лактовегетарианских сме- сях частиц с проходом через сито с диаметром от- верстий 0,2 мм повышается от 50 до 74 %. Использование при измельчении в молотковой дробилке сит с меньшим диаметром отверстий приводит к выравниванию гранулометрического состава измельчаемого сырья с преобладанием большого количества мелких фракций, но при этом происходит увеличение энергетических затрат на измельчение. На степень измельчения также сильно влияет вид и природа измельчаемого сырья. По своему составу измельченное пшено и чечевица обладают большим количеством мелких фракций по сравнению с рисом и гречкой при одинаковых условиях измельчения на молотковой дробилке. Таблица 3 Режимы процесса экструдирования смесей с различным Диаметр сита при измельче- нии сырья, мм Темпера- тура экс- трузии,°С Нагруз каМ, % Давле- ние, бар Удельный расход электро- энергии, кВт·ч/кг 5,0 175 62,0 29 0,1010 2,5 175 64,5 31 0,1050 2,0 175 66,4 33 0,1081 1,5 175 67,9 36 0,1106 1,0 175 68,3 38 0,1112 гранулометрическим составом Подготовленные смеси экструдировали с исполь- зованием двухшнекового экструдера Werner&Phlei- derer Continua 37. В табл. 3 приведены режимы экс- трузии исследуемых смесей. С уменьшением размера частиц исходного сырья происходит увеличение кру- тящего момента на валу и, как следствие этого, пере- ход при измельчении на сита с отверстиями от 5,0 до 1,0 мм вызывает возрастание энергетических затрат на получение экструдатов на 10 %. Увеличение нагрузки связано с более плот- ным заполнением шнекового пространства мел- кими частицами сырья при его транспортировке витками шнеков, а также началом ускоренного процесса клейстеризации крахмала уже в начале процесса экструзии, а соответственно, повыше- нием вязкости расплава. С уменьшением размера частиц в исходной смеси происходит увеличение давления в предматричной зоне экструдера, что также связано с увеличением крутящего момента на валу экструдера. В табл. 4 представлены данные по технологиче- ским свойствам экструдатов, полученных из смесей с различным гранулометрическим составом. С умень- шением частиц исходного сырья происходит увели- чение коэффициента взрыва и уменьшение насыпной массы гранул экструдатов. При этом происходит уве- личение растворимости и влагоудерживающей спо- собности полученных экструдатов. чением крупности помола, частота микроразломов, показатель, косвенно характеризующий пористость продукта, не изменялась. При измерении твердости экструдата и среднего усилия нагружения, а также полученный расчетный показатель «работа на пре- одоление хрусткости», косвенно характеризующий хрусткость экструдата, возрастали с увеличением крупности помола экструдируемой смеси. Таблица 5 Текстурные свойства многокомпонентных снэков, полученных из смесей с различным гранулометрическим составом исходного сырья Сито, мм 1 1,5 2 2,5 5 Твердость, Н 6,1 7,0 7,2 9,6 9,8 Частота мик- роразломов 4 4 4 4 4 Среднее усилие нагружения, Н 1,88 2,20 2,6 2,90 3,10 Работа на преодоление хрусткости, Н·мм 0,47 0,55 0,65 0,73 0,78 Таблица 4 Технологические свойства экструдатов Диа- метр сита при измель- мель- чении сырья, мм Влаж- ность экстру- дата,% Насып- ная мас- са,кг/м3 Коэфф. взрыва ВУС,г во- ды/г С.В. Рас- твори- мость,% 5,0 6,9 137 8 8,00 22 2,5 6,8 125 10,2 8,10 26 2,0 6,5 120 11,0 8,20 29 1,5 6,4 108 11,9 8,30 35 1,0 6,3 82 13,0 8,35 37 Изменение технологических свойств экстру- дата обусловлено увеличением давления в пред- матричной зоне экструдера и лучшей деструкци- ей биополимеров сырья, происходящей в процес- се экструзии. Результаты анализа текстуры экструдатов пред- ставлены в табл. 5. С увеличением диаметра сита при измельчении сырья и, соответственно, с увели- Исследования показали, что с выравниванием гранулометрического состава в экструдируемой смеси с увеличением содержания частиц менее 0,2 мм от 50 до 74 % обеспечивает увеличение коэф- фициента взрыва с 8,8 до 13,0 и снижение насып- ной массы гранул от 137 до 82 кг/м3. При этом уве- личиваются влагоудерживающая способность с 8,0 до 8,35 г воды/г сухого вещества и растворимость экструдата с 22 до 37 %. С увеличением диаметра сита измельчающего устройства показатели тек- стуры продукта изменяются в сторону более твер- дой структуры. Твердость продукта увеличивается с 6,1 до 9,8 Н. Показатель частоты микроразломов не изменяется, что свидетельствует о сохранении характера пористости экструдатов. Среднее усилие нагружения, работа на преодоление хрусткости также возрастают с увеличением крупности ис- пользуемого в смеси помола, что может говорить о более высоком сенсорном восприятии хрусткости экструдатов. С другой стороны, использование в смеси мелких помолов обеспечивает получение более нежного продукта.