Russian Federation
Russian Federation
The article analyzes the state of the problem of manufacturing fast food products from combined fish and vegetable raw materials. The properties of the main and auxiliary types of raw materials included in the prescription composition of snacks are described, the chemical composition of the manufactured products is determined. There are considered the methods of improving the design of a single-screw extruder in order to reduce the negative thermal impact on the processed thermolabile raw materials. The obtained kinetic dependences stipulated the development of optimal modes of operation of the modified extrusion unit. Obtaining the kinetic dependencies made it possible to set up the operating modes of a single-screw extruder and determine the expansion coefficient of the extrudate, which depends on the area of the outlet of the extrusion head. The optimal parameters of the technology of extrusion of a multicomponent mixture were defined, which helped establish the required indicators of crispy snacks with a porous structure with an expansion coefficient of up to 300%. The theoretical and experimental data obtained made it possible to develop a method for producing the new extruded snacks, the formulation of which includes by-products with high nutritional value and low cost. The mass composition of four formulations of collagen-based fish and vegetable snacks has been determined. The rheological properties of the developed products have been studied. Radar diagrams of the quality of snacks and the economics of their production are presented.
fish, collagen, snacks, formulations, rheology, quality, economic indices
Введение
Воронежские ученые и специалисты оптимизировали режимы обезвоживания и охлаждения хлопьев в зависимости от температуры и скорости сушильного агента [1]. В Краснодарском кооперативном институте проводятся исследования по усовершенствованию технологии и рецептур рыбо-растительных снеков [2]. Коррекцию состава снеков можно осуществлять с помощью правильно подобранных пищевых добавок [3]. Высокий авторитет имеет научно-педагогическая школа Орловского государственного технического университета по разработке продуктов функционального назначения [4]. Товароведные характеристики новых продуктов питания, обогащенных функциональными добавками, сформулированы сотрудниками Российского экономического университета имени Г. В. Плеханова [5].
Развитие снековой индустрии в качестве объектов производства малых и средних предприятий имеет большие перспективы [6]. Отечественное машиностроение призвано совершенствовать экструзионную технику, теоретические основы которой заложены в трудах специалистов в области процессов и аппаратов [7]. Большие наработки имеются по совершенствованию технологии производства экструдированных продуктов. Паштетные рыбные массы являются важной составной частью рыборастительных снеков [8]. Снековые изделия относятся к продуктам быстрого питания и высоко востребованы у спортсменов, студентов и работников офисов [9]. Освоена технология многокомпонентных, высококалорийных орехово-зерновых сухих завтраков [10, 11]. На кафедре «Технология товаров и товароведение» Астраханского государственного технического университета выполнено исследование по формированию и оценке потребительских свойств овощных чипсов с использованием пребиотических веществ [12–14]. Организовано производство хрустящих необжаренных ломтиков с добавлением лактулозы и СО2-экстрактов.
Выполненный краткий обзор литературы по производству рыборастительных продуктов позволил отобрать рациональные решения для получения рыборастительных снеков.
Для конструирования сбалансированных по составу рецептур рыборастительных снеков предложено оптимальное сочетание коллагенсодержащего рыбного сырья, зернового и овощного сырья, пищевых добавок.
Материалы исследования
В работе использовали вторичные коллагенсодержащие рыбные ресурсы. Также в рецептуру снеков дополнительно введена подсырная сыворотка и структурообразователь хитозан. Из растительного сырья в состав исходных рецептур снеков включали зерно, овощи, СО2-экстракты, легкую воду по ТУ 20.13.61-492-02067862-2020 (с учетом разницы в температуре замораживания протиевой воды 0 °С и дейтериевой воды +3,8 °С).
Для снижения уровня теплового воздействия на термолабильное растительное сырье в последнюю секцию экструдера предложено вводить жидкий диоксид углерода под давлением до 4 МПа.
Характеристика полученных экстрактов приведена в ТУ 10.89.15-478-02067862-2019 «СО2-экс-тракты из зернового и орехового сырья», разработанного в Кубанском государственном технологическом университете.
Результаты исследований
Апробация предложенных технологических решений проведена на предприятии ООО «Южная снековая компания» (г. Краснодар).
Основным оборудованием, применяемым в производстве рыборастительных снеков, является модернизированный экструдер с подкачкой диоксида углерода давлением до 4,0 МПа. Перед запуском экструдера его в течение часа прогревали. Затем в приемный бункер экструдера загружали 3–4 кг увлажненных до 23–24 % влаги орехов и при открытой задвижке лотка направляли смесь сырья на обработку. Машина работала при температуре 170–180 °С. Загруженную в экструдер смесь нагревали с постепенным повышением температуры смеси по зонам экструдера от 60 до 110 °С и последующим снижением температуры за счет подачи СО2 до 30 °С.
На рис. 1 приведена схема модернизированного экструдера с СО2-подкачкой.
Рис. 1. Схема модернизированного экструдера с СО2-подкачкой: 1 – экструзионная головка;
2 – каналы охлаждения; 3 – каналы нагревания; 4 – бункеры для сырья; 5 – выход влаги; 6 – зона подачи;
7 – зона пластификации; 8 – зона выгрузки
Fig. 1. Layout of a modernized extruder with CO2 pumping: 1 – extrusion head; 2 – cooling channels; 3 – heating channels;
4 – bunkers for raw materials; 5 – moisture outcome; 6 – feed zone; 7 – plasticization zone; 8 – unloading zon
Определены температурные зависимости, позволившие разработать оптимальные режимы работы модифицированной экструзионной установки, связать значения температуры и давления в предматричной зоне одношнекового экструдера, вычислить коэффициент расширения экструдата в зависимости от площади выходного отверстия экструзионной головки в пределах 2,0–2,8 · 10–4 м2.
На рис. 2 приведено оборудование для производства рыборастительных снеков.
Рис. 2. Оборудование для производства рыборастительных снеков: 1 – экструдер с СО2-подкачкой;
2 – сборник; 3 – транспортер; 4 – устройство для нанесения глазури
Fig. 2. Equipment for producing fish and vegetable snacks: 1 – extruder with CO2 pumping;
2 – collector; 3 – conveyor; 4 – glazing device
Пластинки рыборастительных снеков из экструдера 1 резервируются в сборнике 2 и на транспортере 4 поступают в устройство для нанесения глазури 5.
Глазурь представляет собой тонкий слой растительного масла и СО2-экстрактов (в зависимости от ассортимента). Затем готовые пластинки подаются на фасовку и упаковку.
Экструзионный способ обработки сырья с СО2-подкачкой позволяет создавать новые продукты, пористые внутри и гладкие снаружи. Измельченные в порошок продукты смешиваются с диоксидом углерода и инжектируются в камеру низкого давления, и порошок переходит в мелкодисперсное состояние за счет резкой эвакуации углекислого газа из каждой частицы порошка.
В табл. 1 приведены рецептуры рыборастительных снеков.
Таблица 1
Table 1
Состав рецептур рыборастительных снеков, %
Composition of formulations for fish and vegetable snacks, %
|
Используемое сырье |
Рецептура 1 |
Рецептура 2 |
Рецептура 3 |
Рецептура 4 |
|
Коллагенсодержащее рыбное сырье |
37,0 |
38,0 |
40,0 |
34,0 |
|
Крахмал кукурузный |
2 |
3 |
2 |
2 |
|
Мука гречневая |
20,0 |
30,0 |
32,0 |
25 |
|
Картофельное пюре сухое |
8 |
7 |
6 |
5 |
|
Порошок из грецких орехов |
7 |
– |
– |
8 |
|
Порошок из рыбных костей |
– |
– |
6 |
4 |
|
СО2-экстракт черного тмина |
0,001 |
0,003 |
0,005 |
0,004 |
|
Сухая подсырная сыворотка |
6,5 |
8,0 |
5,0 |
4,0 |
|
СО2-шрот амаранта |
3,5 |
4,9 |
5,5 |
4,0 |
|
Хитозан |
0,4 |
0,3 |
0,5 |
0,3 |
|
Легкая вода на гидратацию |
до 100 % |
до 100 % |
до 100 % |
до 100 % |
Органолептическая оценка рыборастительных снеков соответствовала 4,5–4,7 баллам по пятибалльной шкале. В табл. 2 приведены реологические показатели экструдированных снеков.
Таблица 2
Table 2
Реологические показатели рыборастительных снеков
Rheological parameters of fish and vegetable snacks
|
Показатели |
Рецептура 1 |
Рецептура 2 |
Рецептура 3 |
Рецептура 4 |
|
Набухаемость, мг/г |
7,2 |
7,0 |
6,5 |
6,0 |
|
Водоудерживающая способность, % |
142 |
135 |
131 |
120 |
|
Насыпная масса, г/см3 |
85 |
80 |
87 |
84 |
|
Массовая доля жира в сухом веществе, % |
10 |
12 |
8 |
7 |
|
Массовая доля влаги в продукте, % |
7 |
8 |
9 |
9 |
Согласно данным табл. 2 изготовленные рыборастительные снеки обладают высокими реологическими свойствами.
На рис. 3 приведены лепестковые диаграммы, отражающие основные характеристики качества изготовленных рыборастительных снеков.
Рис. 3. Диаграммы характеристик качества рыборастительных снеков
Fig. 3. Diagrams of quality characteristics of fish and vegetable snacks
Согласно полученным диаграммам лучшие характеристики качества имеют снеки, изготовленные по рецептурам № 1 и 2.
В табл. 3 приведены экономические показатели производства рыборастительных снеков.
Таблица 3
Table 3
Экономические показатели производства рыборастительных снеков
Economic indicators of fish and vegetable snacks production
|
Показатели |
Рецептура 1 |
Рецептура 2 |
Рецептура 3 |
Рецептура 4 |
|
Прибыль, руб. |
70 |
68 |
66 |
74 |
|
Себестоимость, руб./кг |
283 |
276 |
270 |
265 |
|
Цена, руб./кг |
353 |
344 |
336 |
339 |
|
Рентабельность, % |
20,6 |
20,2 |
20,1 |
23,2 |
В соответствии с данными в табл. 3 производство новых рыборастительных снеков рентабельно.
Заключение
Полученные теоретические и экспериментальные данные обусловили разработку способа производства новых рыборастительных снеков, в состав которых входит коллагенсодержащее рыбное сырье и пищевые добавки.
Усовершенствована конструкция одношнекового экструдера за счет подвода к заключительной части аппарата диоксида углерода под давлением до 4,0 МПа. Это нововведение позволило снизить температурную нагрузку на сырье, сократить продолжительность обработки продукции и повысить ее качество.
Выявленные в ходе исследования температурные зависимости привели к созданию оптимальных режимов работы модифицированной экструзионной установки, в результате чего появилась возможность связать значения температуры и давления в предматричной зоне одношнекового экструдера и определить коэффициент расширения экструдата в зависимости от площади выходного отверстия экструзионной головки в пределах 2,0–2,8 · 10–4 м2.
Установление оптимальных параметров технологии экструзии многокомпонентной смеси способствовало получению расширенных снеков с хрупкой структурой и коэффициентом расширения до 300 %.
1. Afanas'ev V. A., Ostrikov A. N., Bogomolov I. S. Issledovanie protsessa sushki i okhlazhdeniia pliushchennykh khlop'ev. Novoe v tekhnologii i tekhnike funktsional'nykh produktov pitaniia na osnove mediko-biologicheskikh vozzrenii [Studying process of drying and cooling flattened flakes. New in technology of functional foods based on biomedical views]. Materialy IX Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii (Voronezh, 01-02 iiulia 2021 g.). Voronezh, Izd-vo VGUIT, 2021. Pp. 483-487.
2. Gorbunova A. N., Kosenko O. V., Derenkova I. A. Usovershenstvovannaia tekhnologiia i retseptury ryborastitel'nykh snekov. Sovershenstvovanie tekhnologii konservirovaniia syr'ia rastitel'nogo i zhivotnogo proiskhozhdeniia [Improved technology and formulations of fish and vegetable snacks. Improving technology of preserving raw materials of plant and animal origin]. Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Krasnodar, 18 maia 2021 g.). Krasnodar, Izd-vo KubGTU, 2021. Pp. 38-41.
3. Gribova N. A., Eliseeva L. G. Tekhnologiia polucheniia biologicheski aktivnykh dobavok k pishche na osnove novogo pererabotannogo iagodnogo syr'ia [Technology for obtaining biologically active food additives based on new processed berry raw materials]. Plodovodstvo i vinogradarstvo Iuga Rossii, 2022, no. 75 (3), pp. 325-333.
4. Evdokimova O. V. Metodologiia sozdaniia i prodvizheniia na potrebitel'skii rynok funktsional'nykh pishchevykh produktov: avtoref. dis. … d-ra tekhn. nauk [Methodology for creation and promotion of functional food products to consumer market: Diss. Abstr. … Dr. Tech. Sci.]. Krasnodar, 2011. 40 p.
5. Eliseeva L. G., Simina D. V., Osman A. D. Novye vidy produktov dlia zdorovogo pitaniia s vysokim soderzhaniem funktsional'nykh ingredientov [New types of products for healthy diet with high content of functional ingredients]. Tovaroved prodovol'stvennykh tovarov, 2021, no. 4, pp. 299-304.
6. Zotova L. V. Razvitie proizvodstva snekov. Innovatsionnye tekhnologii, oborudovanie i dobavki dlia pererabotki syr'ia zhivotnogo proiskhozhdeniia [Developing snack production. Innovative technologies, equipment and additives for processing raw materials of animal origin]. Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Krasnodar, 26 ianvaria 2018 g.). Krasnodar, Izd-vo KubGTU, 2018. Pp. 241-247.
7. Inochkina E. V., Kaminir O. N., Kas'ianov G. I., Medvedev A. M., Mishkevich E. Iu. Razvitie tekhniki i tekhnologii ekstrudirovannykh snekov. Sovershenstvovanie tekhnologii konservirovaniia syr'ia rastitel'nogo i zhivotnogo proiskhozhdeniia [Developing equipment and technology of extruded snacks. Improving technology of preserving raw materials of plant and animal origin]. Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Krasnodar, 18 maia 2021 g.). Krasnodar, Izd-vo KubGTU, 2021. Pp. 17-21.
8. Kas'ianov G. I., Zolotokopova S. V., Nevalennaia A. A., Lebedeva E. Iu. Tekhnologiia i oborudovanie ryborastitel'nykh pashtetov. Razvitie sovremennoi nauki i tekhnologii v usloviiakh transformatsionnykh protsessov [Technology and equipment of fish-plant pates. Development of modern science and technology in context of transformational processes]. Materialy IV Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Moskva, 29 iiulia 2022 g.). Moscow, Alef Publ., 2022. Pp. 285-291.
9. Kosenko O. V., Medvedev A. M., Zaporozhskaia S. P., Shubina L. N., Val'ente Morante O. R. Osobennosti tekhnologii produktov bystrogo pitaniia. Innovatsii v industrii pitaniia i servise [Specific features of fast food technology. Innovations in food industry and service]. Materialy IV Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Krasnodar, 27 noiabria 2020 g.). Krasnodar, Izd-vo KubGTU, 2020. Pp. 605-608.
10. Medvedev A. M. Vysokoeffektivnye, proryvnye tekhnologii orekhovo-zernovykh sukhikh zavtrakov. Sovershenstvovanie tekhnologii konservirovaniia syr'ia rastitel'nogo i zhivotnogo proiskhozhdeniia [Highly effective, breakthrough technologies of nut-grain dry breakfasts. Improving technology of preserving raw materials of plant and animal origin]. Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Krasnodar, 18 maia 2021 g.). Krasnodar, Izd-vo KubGTU, 2021. Pp. 95-101.
11. Medvedev A. M. Razrabotka tekhnologii mnogo-komponentnykh orekhovo-zernovykh sukhikh zavtrakov: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk [Developing technologies for multicomponent nut-grain dry breakfasts: Diss. Abstr. … Cand. Tech. Sci.]. Krasnodar, 2022. 24 p.
12. Nevalennaia A. A. Formirovanie i otsenka potrebitel'skikh svoistv kartofel'nykh chipsov s ispol'zovaniem prebioticheskogo veshchestva: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk [Formation and evaluation of consumer properties of potato chips using prebiotic substance: Diss. Abstr. … Cand. Tech. Sci.]. Krasnodar, 2019. 24 p.
13. Nevalennaia A. A. Analiz sovremennykh metodov prodazhi. Tendentsii razvitiia [Analysis of modern sales methods. Development trends]. Materialy 66-i Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta (Astrakhan', 25-29 aprelia 2022 g.). Astrakhan', Izd-vo AGTU, 2022. Pp. 635-636. Available at: http://www.astu.org/Content/Page/5833 (accessed: 01.11.2022). 1 CD-disk.
14. Nevalennaia, A. A., Dolganova N. V., Mizhueva S. A. Izuchenie sprosa potrebitelei na kartofel'nye chipsy v nastoiashchee vremia v torgovykh organizatsiiakh goroda Astrakhani [Studying consumer demand for potato piers at present in trade organizations of Astrakhan]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Ekonomika, 2014, no. 3, pp. 62-66.
