Wybrane właściwości ekstrudatów kukurydzianych z dodatkiem

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
nr 579, 2014, 79–89
WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI EKSTRUDATÓW
KUKURYDZIANYCH Z DODATKIEM MŁÓTA
BROWARNIANEGO
Adam Siwek1, Adam Ekielski2, Tomasz Żelaziński2, Dorota
Nowak2, Dorota Miarka1, Joanna Żukowska1, Sylwia Bakuła1
1
Państwowa Wyższa Szkoła Informatyki i Przedsiębiorczości w Łomży
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
2
Streszczenie. Celem pracy było zbadanie wpływu dodatku mokrego młóta browarnianego na parametry jakościowe ekstrudatów kukurydzianych. Do badań zastosowano
dwuślimakowy ekstruder laboratoryjny współbieżny Evolum 25 firmy Clextral z matrycą o średnicy dyszy wylotowej 4 mm. Uzyskane próbki ekstrudatu poddano analizie
i oznaczono: gęstość (D), wskaźnik ekspansji radialnej (REI), wskaźniki wodochłonności (WAI) oraz rozpuszczalności w wodzie (WSI), aktywność wody (WA) oraz zawartość
białka w produktach (PC). Stwierdzono, że zmiany parametrów procesu ekstruzji oraz
zastosowane proporcje mieszanek kaszki kukurydzianej i młóta browarnianego miały
istotny wpływ na zmiany parametrów jakościowych uzyskanych ekstrudatów. Zwiększenie udziału młóta w mieszance powodowało poprawę własności ekstrudatów, o czym
świadczyły wzrost wskaźnika WAI i obniżenie wskaźnika WSI oraz wzrost zawartości
białka.
Słowa kluczowe: ekstruzja, ekstruder dwuślimakowy, młóto browarniane
WSTĘP
Ekstruzja wysokotemperaturowa produktów spożywczych jest stale udoskonalanym
procesem wykorzystywanym do produkcji różnorodnych produktów. Rozwój ten jest
związany z rosnącymi wymaganiami konsumentów dotyczącymi dostępu do żywności
Adres do korespondencji – Corresponding author: Adam Siwek, Instytut Technologii Żywności
i Gastronomii PWSIiP w Łomży, ul. Akademicka 14, 18-400 Łomża, e-mail: asiwek@poczta.
onet.pl
80
A. Siwek, A. Ekielski, T. Żelaziński i inni
o wysokich walorach odżywczych i smakowych. Proces ekstruzji jest nadal uważany za
nowoczesny, ze względu na połączenie w jednym, ciągłym procesie technologicznym
kilku operacji jednostkowych, takich jak: mieszanie, miesienie, gotowanie, intensywne
ścinanie, uplastycznianie i formowanie produktu końcowego. Podstawowymi parametrami opisującymi proces ekstruzji są profil temperaturowy procesu, ciśnienie w matrycy ekstrudera oraz czas przebywania materiału w warunkach procesowych. Umiejętne regulowanie tych parametrów pozwala na tworzenie zupełnie nowych produktów
o unikalnych własnościach odżywczych i funkcjonalnych na bazie różnych surowców
i dodatków [Ekielski i in. 2005, Żelaziński 2010, Wójtowicz i in. 2013].
Jednym ze składników mających szczególne znaczenie w żywieniu człowieka jest
błonnik pokarmowy, komponent stosowany również jako dodatek do ekstrudowanych
wyrobów dietetycznych [Gondek i in. 2013]. Błonnik pokarmowy stanowią produkty
niewchłanialne przez organizm ludzki i niebędące skrobią [AACC 2001]. Składnik ten,
przemieszczając się w przewodzie pokarmowym, ma jednak zdolność do akumulowania wody. Według Gómez i innych [2003], jego korzystne cechy prozdrowotne są wykorzystywane w przypadku nowoprojektowanych wyrobów. Liczne badania wykazują,
iż wzrost spożycia błonnika wpływa korzystnie na ograniczenie ryzyka zachorowania
na choroby serca, cukrzycę, otyłość oraz niektóre odmiany nowotworów [Mann i Cummings 2009, Eshak i in. 2010, O’Neal i in. 2010]. Dodatek błonnika zmienia również
cechy teksturalne produktów wytwarzanych z jego udziałem [Sobczyk i in. 2013, Kapka i in. 2011], powodując dłuższe utrzymywanie elastyczności otrzymywanego produktu. Wielu producentów uważa, że wprowadzenie błonnika do receptury pozwala
na uzyskanie produktów zbliżonych do tych uzyskiwanych z mąk pełnego przemiału.
Jest to szczególnie istotne, jeżeli w produkcie należy zachować duży udział błonnika,
a jednocześnie receptury wymagają stosowania surowców o niewystarczającej jego
zawartości. Przykładem może być produkcja dietetycznych kukurydzianych płatków
śniadaniowych, w których proces technologiczny ogranicza możliwość otrzymywania
w procesie tzw. skrobi opornej, częściowo pełniącej funkcję balastotwórczą.
Przykładem bogatego w błonnik surowca jest młóto browarniane, które jest produktem odpadowym podczas produkcji brzeczki w zakładach piwowarskich. W skład
młóta wchodzą nierozpuszczalne składniki zacieru z łusek, kiełek i drobin słodu, osadzające się w kadzi filtracyjnej lub odseparowane w filtrze zaciernym (w zależności od
zastosowanej konfiguracji warzelni). Standardowo po wyprodukowaniu 100 l piwa pozostaje ok. 20 kg osadu browarnianego, w którym młóto stanowi 31% [Townsley 1979,
Reinold 1997]. Ze względu na znaczną ilość młóta powstającego podczas produkcji
piwa, efektywne jego zagospodarowanie stało się ważnym zagadnieniem. Obecnie
większość otrzymywanego młóta jest przeznaczana w formie bezpośredniej na pasze
dla przeżuwaczy, jednak możliwości wykorzystania mogą być znacznie większe. Barierą szerszego wykorzystania jest głównie duża zawartość wody (ok. 80%), co w zasadzie uniemożliwia magazynowanie większych ilości surowca. Ze względu na walory
żywieniowe młóto może być cennym dodatkiem do produktów żywnościowych. W tabeli 1 przedstawiono zawartości wybranych składników w suchej masie. W literaturze
pojawia się wiele propozycji wykorzystania młóta browarnianego na cele spożywcze,
jednak stosunkowo niewiele badań opisuje wykorzystanie młóta w stanie mokrym.
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Wybrane właściwości ekstrudatów kukurydzianych z dodatkiem młóta browarnianego
81
Tabela 1. Przeciętny udział składników [% suchej masy] w młócie browarnianym [Townsley 1979,
Reinold 1997]
Table 1. The average share of components [% dry matter] in the spent grain brewing [Townsley
1979, Reinold 1997]
Składnik – Component
Udział masowy – The mass fraction [%]
Białko – Protein
19–23
Celuloza – Cellulose
23–25
Hemiceluloza – Hemicellulose
30–35
Lignina – Lignin
7–8
Popiół – Ash
4–5,5
Tłuszcz – Fat
9–12
Liczne doniesienia wskazują, że ekstrudowane surowce zbożowe z udziałem młóta
browarnianego charakteryzują się mniejszymi wartościami wskaźnika stopnia ekspandowania w porównaniu do standardowych wyrobów, np. z kaszki kukurydzianej [Ainsworth
i in. 2007, Stojceska i in. 2008]. Stwierdzono również, że dodatek młóta w ekstrudatach
może przyczyniać się do wzrostu liczby porów i zmniejszenie ich rozmiarów [Stojceska
i in. 2008]. Jednocześnie wzrost zawartości młóta w ekstrudowanej mieszance powoduje wzrost twardości i zmniejszenie chrupkości produktu [Ainsworth i in. 2007]. Wzrost
twardości ekstrudatów wraz ze wzrostem udziału młóta może być jednym z czynników
ograniczających jego popularność jako dodatku do ekstrudatów spożywczych [Ktenioudaki i in. 2013].
Reasumując, należy stwierdzić, że literatura z zakresu ekstruzji młóta browarnianego
jest uboga. Na uwagę zwraca jednak szczególnie fakt, że prowadzone dotychczas badania
dotyczyły głównie obróbki młóta suchego jako dodatku do surowców skrobiowych. Ze
względów ekonomicznych słuszne wydaje się zatem przeprowadzenie badań możliwości
wykorzystania młóta mokrego (świeżego), bezpośrednio z browaru, z przeznaczeniem do
produkcji wyrobów spożywczych.
Celem pracy było zbadanie wpływu dodatku mokrego młóta browarnianego na wybrane właściwości ekstrudatów kukurydzianych. Badania miały również na celu zidentyfikowanie wybranych parametrów procesu ekstruzji mających największy wpływ na
zmiany właściwości otrzymywanego produktu.
MATERIAŁ I METODY
Obróbka ciśnieniowo-termiczna dotyczyła mieszanek surowców zbożowych, tj. kaszki kukurydzianej (wilgotność grysu ok. 13,2 %, tłuszcz całkowity 0,7%, białko całkowite
ok. 8,3%, skrobia ok. 75%), zakupionej w firmie Silesian Grain sp. z o.o. oraz młóta jęczmiennego (wilgotność 78%) zakupionego w Van Pur sp. z o.o. Browar w Łomży. Skład
surowcowy czterech mieszanek przedstawiono w tabeli 2. Po wymieszaniu surowców
(o łącznej masie 5 kg) za pomocą mieszadła laboratoryjnego próbki kondycjonowano
przez 20 minut. Tak uzyskane mieszanki charakteryzowały się wilgotnością uwarunkowaną głównie udziałem młóta browarnego (tab. 2).
nr 579, 2014
82
A. Siwek, A. Ekielski, T. Żelaziński i inni
Do badań zastosowano dwuślimakowy ekstruder laboratoryjny współbieżny Evolum
25 firmy Clextral z matrycą o średnicy dyszy wylotowej 4 mm. Temperatura procesu
w sekcji uplastyczniania wynosiła 110°C (nastawy profilu temperaturowego w cylindrze
ekstrudera: 60, 80, 110, 110, 110°C). Podczas badań stosowano trzy prędkości obrotowe
ślimaków ekstrudera wynoszące 200, 250 i 300 obr.·min–1. Uzyskane próbki ekstrudatu
poddano analizie i oznaczono: gęstość ekstrudatów, wskaźnik ekspandowania radialnego
oraz wskaźniki wodochłonności – WAI (ang. Water Absorption Index) i rozpuszczalności w wodzie – WSI (ang. Water Solubility Index), aktywność wody w produktach oraz
zawartość białka.
Tabela 2. Charakterystyka mieszanek surowców przeznaczonych do procesu ekstruzji
Table 2. Characteristics of mixtures of raw materials for the extrusion process
Uzyskane mieszanki
Blend
Udziały procentowe surowców zbożowych
The percentages of raw materials cereal
[%]
Wilgotność mieszanki
Moisture content blend
[%]
kaszka kukurydziana
maize
młóto browarniane
spent grain
I
100
0
13,0
16,2
II
95
5
III
90
10
19,5
IV
80
20
26,0
Gęstość ekstrudatu wyznaczono metodą wypornościową z wykorzystaniem ziarna
rzepaku, dwóch cylindrów (podziałka 1 ml) oraz wagi RADWAG WPS 600/C (dokładność 0,001 g). Zastosowano powszechnie wykorzystywaną zależność masa/objętość =
= gęstość zgodnie z normą [BN-87/9135-05].
Badania wodochłonności (WAI) i rozpuszczalności wodnej (WSI) przeprowadzono metodą Andersona i innych [1969]. Do badań wykorzystano wirówkę laboratoryjną
stałokątową Rotofix 32A firmy HETTICH. Próbki odwirowywano zgodnie z metodyką,
stosując przeciążenie 3 g.
Aktywność wody oznaczano miernikiem AquaLab 4TE firmy Dekagon (USA). Badania przeprowadzono po 7 dobach od ekstruzji. Próbki były przechowywane w torebkach
z zamknięciem strunowym wytworzonych z polietylenu.
Zawartość białka oznaczono metodą Kjeldahla. Odważone próbki były badane
na zawartość azotu według normy [PN-75/A-04018] w przeliczeniu na białko ogólne
(N · 6,25). Urządzenia, które były wykorzystywane do tego celu, to: blok do mineralizacji DKL 8 firmy VELP oraz aparat do destylacji UDK 149 firmy VELP.
Do opracowania wyników badań (pomiary wykonane w pięciu powtórzeniach) wykorzystano program Statistica 10. W celu określenia istotności poszczególnych zmiennych zastosowano analizę wariancji ANOVA. Po ustaleniu istotności poszczególnych
zmiennych, opracowano równania regresji wiążące poszczególne badane czynniki oraz
przedstawiono uzyskane zależności w postaci wykresów powierzchni odpowiedzi wygenerowanych w Statistica (moduł DOE – centralne plany kompozycyjne). Do oceny
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Wybrane właściwości ekstrudatów kukurydzianych z dodatkiem młóta browarnianego
83
statystycznej jakości dopasowania równań powierzchni odpowiedzi wykorzystano
współczynnik determinacji – R2, współczynnik determinacji poprawiony – R2popr oraz
błąd średni kwadratowy – MSE (ang. Mean Square Error). W celu ułatwienia interpretacji wyników analizy statystycznej wprowadzono skróty opisujące parametry procesu ekstruzji oraz wskaźniki jakościowe ekstrudatów: M – udział młóta w mieszance,
n – prędkość obrotowa ślimaków, G – gęstość, REI – wskaźnik ekspansji radialnej,
WAI – wodochłonność, WSI – rozpuszczalność w wodzie, WA – aktywność wody,
PC – zawartość białka.
WYNIKI I DYSKUSJA
W pierwszym etapie opracowania uzyskanych wyników badań dane empiryczne
wprowadzono do programu Statistica 10 i określono istotność poszczególnych zmiennych. W tym celu zastosowano analizę wariancji ANOVA, a uzyskane wyniki zamieszczono w tabeli 3.
Rozpatrując uzyskane wyniki analizy statystycznej, można zauważyć, że udział młóta
(M) istotnie wpływał na wszystkie analizowane wskaźniki jakościowe (oddziaływania
pierwszego rzędu). Należy jednak zaznaczyć, że w tym przypadku oddziaływania drugiego rzędu były istotne tylko dla wskaźników (G, REI i WA). Z kolei obroty ślimaka
(n) miały istotny wpływ na zmiany gęstości (G) – oddziaływanie pierwszego rzędu oraz
aktywności wody (WA) – oddziaływanie drugiego rzędu.
Pozostałe nieistotne parametry przy założonym poziomie istotności (p < 0,05),
z wyjątkiem parametru n (pierwszego rzędu), zostały wyłączone z dalszej analizy, a na
podstawie uzyskanych wyników obliczono współczynniki regresji, opracowano równania regresyjne i sporządzono trójwymiarowe wykresy powierzchni odpowiedzi. Jakość
dopasowania równań regresji do danych empirycznych charakteryzowały współczynniki
determinacji – R2, R2popr oraz błąd średniokwadratowy – MSE (tab. 4).
Gęstość (G) uzyskiwanych produktów wzrastała wraz ze wzrostem udziału młóta
w mieszance i osiągała największą wartość przy udziale młóta 20% (rys. 1). Pomimo że
obroty ślimaków (n) miały statystycznie istotny wpływ na ten parametr (p < 0,05), zmiany wartości były tylko nieznaczne. Zmiana gęstości wykazywała tendencję wzrostową
wraz ze zmniejszeniem prędkości obrotowej ślimaków ekstrudera. Podobną tendencję
zmian gęstości ekstrudatów wynikającej ze zmniejszenia prędkości obrotowej ślimaków
ekstrudera zaobserwowano również w pracach Bhattacharya [1997], Mezreb i innych
[2003]. Odwrotnie do gęstości (G) przedstawiają się wyniki pomiarów wskaźnika ekspansji radialnej (REI). Na rysunku 2 można zatem zaobserwować tendencję do zmniejszania wartości tego parametru wraz ze zwiększeniem udziału młóta w mieszance (M).
Wyniki te są zbliżone do rezultatów badań ekspansji mieszanek z udziałem otrąb pszennych [Brennan i in. 2008] i kukurydzianych [Pai i in. 2009].
Wraz ze wzrostem udziału młóta (M) w mieszance wzrastała również wodochłonność (WAI) uzyskiwanych produktów (rys. 3). Największą wartość wodochłonności
charakteryzowały się próbki z 20-procentowym udziałem młóta, osiągając wartość
WAI = 632%. W porównaniu do próbki bez udziału młóta uzyskane wartości były
nr 579, 2014
Tabela 3. Analiza wariancji ANOVA
Table 3. The ANOVA analysis of variance
Wyszczególnienie
Specification
Wielkości – Value
Gęstość (G) – Density [g·cm–3]
SS
df
MS
F
p
M [%]
0,6122
1
0,6122
83,58255
0,00004*
M2 [%]
0,0848
1
0,0848
11,57890
0,0114*
n [obr.·min–1]
0,0279
1
0,0280
4,39809
0,0492*
n2 [ obr.·min–1]
0,0060
1
0,0060
0,81281
0,3972
Błąd – Error
0,0513
7
0,0073
–
–
0,841520
11
–
–
–
Całk. SS – SS total
Ekspansja radialna (REI) – Radial Expansion Index [-]
M [%]
4,5794
1
4,5794
139,1613
0,000007
M2 [%]
0,2517
1
0,2517
7,6485
0,0279
n [obr.·min–1]
0,0583
1
0,0584
1,7737
0,2246
n2 [obr.·min–1]
0,1023
1
0,1023
3,1078
0,1213
Błąd – Error
0,2303
7
0,0329
–
–
Całk. SS – SS total
5,5484
11
–
–
–
Wodochłonność (WAI) – Water Absorption Index [%]
M [%]
136 704,8
1
136 704,8
8,440094
0,0228*
M2 [%]
5 492,6
1
5 492,6
0,339112
0,5786
n [obr.·min–1]
16 448,3
1
16 448,3
1,015510
0,3471
n2 [obr.·min–1]
290,2
1
290,2
0,017915
0,8973
Błąd – Error
113 379,5
7
16 197,1
–
–
Całk. SS – SS total
267 757,3
11
–
–
–
Rozpuszczalność w wodzie (WSI) – Water Solubility Index [%]
M [%]
814,191
1
814,1908
10,65778
0,0138*
M2 [%]
52,533
1
52,5333
0,68766
0,4343
n [obr.·min–1]
47,026
1
47,0262
0,61557
0,4584
n2 [obr.·min–1]
15,028
1
15,0275
0,19671
0,6708
Błąd – Error
534,758
7
76,3940
–
–
1 426,201
11
–
–
–
Całk. SS – SS total
Aktywność wody (WA) – Water Activity [-]
M [%]
0,0024
1
0,0024
108,6350
0,00002*
M2 [%]
0,0003
1
0,0003
13,4391
0,0080*
n [obr.·min–1]
0,00002
1
0,00002
1,0044
0,3496
n2 [obr.·min–1]
0,0001
1
0,0001
5,6496
0,0491*
Błąd – Error
0,0002
7
0,00002
–
–
Całk. SS – SS total
0,0032
11
–
–
–
Zawartość białka (PC) – Protein content (N · 6,25) [%]
M [%]
45,8284
1
45,8284
5,8551
0,0461*
M2 [%]
26,7345
1
26,7345
3,4157
0,1071
n [obr.·min–1]
26,1738
1
26,1738
3,3440
0,1102
n2 [obr.·min–1]
8,9407
1
8,9407
1,1423
0,3206
Błąd – Error
54,7894
7
7,8271
–
–
Całk. SS – SS total
155,0951
11
–
–
–
*Różnica istotna przy poziomie istotności p ≤ 0,05 / Difference significant at the significance level p ≤ 0.05.
Wybrane właściwości ekstrudatów kukurydzianych z dodatkiem młóta browarnianego
85
Tabela 4. Równania regresji G, REI, WAI, WA, PC w zależności od udziału młóta w mieszance
i prędkości obrotowej ślimaków ekstrudera
Table 4. The regression equations G, REI, WAI, WA, PC function of the spent grains in the blend
and the extruder screw speed
R2
R2popr – R2improved
MSE
G = 0,4264 – 0,0071 · M + 0,0019 · M – 0,0011 · n
0,94
0,90
0,007
REI = 3,6612 – 0,0188 · M – 0,0033 · M2 + 0,0017 · n
0,96
0,93
0,032
WAI = 547,4764 + 14,1904 · M – 0,9069 · n
0,58
0,33
16 197,07
WSI = 21,3172 – 1,0881 · n + 0,0485 · n
0,65
0,41
76,39
WA = 0,3701 – 0,0003 · M + 0,0001 · M2 + 0,0000007 · n2
0,95
0,93
0,00002
PC = –0,1479 + 0,9397 · M – 0,0337 · M2 + 0,0362 · n
0,64
0,44
7,827
Równania regresji – Regression equation
1,2
4,5
1,0
4,0
Ekspansja radialna
Radial expansion [-]
–3
Gęstość – Density [g·cm ]
2
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
30
0
Pr
20
ęd
25
ko
0
ś
Sc [o ć ob
rew br.· r. ś
20
sp min –1 lima
0 0
ee
kó
d[ ]
w
rpm
]
Rys. 1.
Fig. 1.
15
10 łóta s [%]
ł m grain
5
zia
Ud spent
f
nt o
nte
Co
Wpływ udziału młóta i obrotów ślimaka na zmiany gęstości ekstrudatu
Effect of the spent grains and screw
speed on the changes density of the
extrudate
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
30
0
Pr
ęd
20
15
25
ko
0
ść
]
10 ta
Sc [ob obr
łó ins [%
rew r.·m . śl
5
a
łm
i
zia ent gr
sp in –1 mak 200
d
U sp
ee
0
ów
d[ ]
of
rpm
ent
t
n
]
Co
Rys. 2.
Fig. 2.
Wpływ udziału młóta i obrotów ślimaka na zmiany ekspansji radialnej
Effect of the spent grains and screw
speed on the changes radial expansion index
blisko 3-krotnie większe. Zmiany prędkości obrotowej ślimaków wpływały w podobny
sposób na wartości wodochłonności jak w przypadku gęstości, zatem wartości WAI
nieznacznie wzrastały wraz ze zmniejszeniem prędkości obrotowej ślimaków z 300 do
200 obr.·min–1.
Wykres przedstawiający zmiany wskaźnika rozpuszczalności wodnej WSI przedstawiono na rysunku 4. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że wraz
ze wzrostem udziału młóta w mieszance stwierdzono statystycznie istotne zmniejszenie wartości WSI (p < 0,05), jest to odwrotna tendencja przebiegu zmian w porównaniu
do zmian parametru WAI. Podobne zjawisko było obserwowane w badaniach ekstrudatów otrzymywanych z mieszanek skrobiowych o dużej zawartości błonnika [Moraru
i Kokini 2003] i związane jest to ze stopniem skleikowania skrobi w ekstrudatach oraz
nr 579, 2014
86
A. Siwek, A. Ekielski, T. Żelaziński i inni
700
50
40
500
WSI [%]
WAI [%]
600
400
300
30
0
ęd
25
ko
0
ś
Sc [o ć ob
b
rew r.· r. ś
sp min –1 lima
2
ee
kó 00 0
d[ ]
w
rpm
]
Rys. 3.
Fig. 3.
20
10
200
Pr
30
15
20
10
]
łóta s [%
ł m grain
a
i
z
Ud spent
f
nt o
e
t
n
5
Co
Wpływ udziału młóta i obrotów ślimaka na zmiany wodochłonności
ekstrudatu
The effect of the spent grains and
screw speed on the changes water absorption index of the extrudate
30
0
Pr
ęd
ko
ść 250
Sc [ob obr
rew r.· . ś
sp min –1 lima 20
kó 0 0
ee
w
d[ ]
rpm
]
Rys. 4.
Fig. 4.
20
15
]
10 óta
s [%
ł
ain
łm
5
zia ent gr
d
U sp
of
ent
t
n
Co
Wpływ udziału młóta i obrotów ślimaka na zmiany rozpuszczalności
w wodzie ekstrudatu
The effect of the spent grains and
screw speed on the changes water solubility index of the extrudate
z tzw. intensywnością przebiegu procesu ekstruzji. Podczas procesu ekstruzji zawarta
w mieszance skrobia o strukturze półkrystalicznej przechodzi w stan bezpostaciowy.
Stopień tej transformacji zależy od typu skrobi, warunków przebiegu procesu, w tym
zawartości wody. W związku z tym wzrost ilości wody w przetwarzanej mieszance,
związany z dodaniem mokrego młóta, może również wpływać na stopień przekształcenia skrobi. Interakcje mechaniczne występujące między włóknami (nierozpuszczalne
cząstki) i cząsteczkami skrobi wpływają na intensywność jej transformacji [Moraru
i Kokini 2003]. Dlatego w tym przypadku dodatek mokrego młóta w warunkach wysokiej temperatury przyczynił się do zwiększenia dostępności wody w procesie skleikowania skrobi. Takie zjawisko przyczyniło się z kolei do mniejszej degradacji surowca,
dzięki czemu wskaźnik WSI osiągał mniejsze wartości wraz ze zwiększeniem ilości
młóta w ekstrudowanych mieszankach. Takie zmiany obserwowano w pracach Zhang
i Zhang [2011] oraz Ekielskiego i innych [2013]. Jest to korzystna cecha dla tego typu
produktów, w których za zaletę uważa się wzrost zdolności do zatrzymywania wody
w ekstrudacie.
Zmiany parametrów procesu ekstruzji przyczyniły się również do zmian innych
wskaźników jakościowych, jakimi są aktywność wody (WA) oraz zawartość białka (PC) w ekstrudatach. Podniesienie zawartości młóta w mieszance miało znaczący
wpływ (p < 0,05) na zawartość białka w otrzymanym ekstrudacie. Stwierdzono również, że aktywność wody istotnie wzrastała (p < 0,05) wraz ze wzrostem udziału młóta
w mieszance (rys. 5), jednocześnie wpływ prędkości obrotowej ślimaków był niewielki. Wzrost zawartości białka (rys. 6) wynikał ze wzrostu udziału młóta w mieszance,
a co za tym idzie wprowadzenia dodatkowych związków azotu do mieszanki.
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Białko – Protein (N · 6,25) [%]
Wybrane właściwości ekstrudatów kukurydzianych z dodatkiem młóta browarnianego
0,43
Aktywnośc wody
Water activity [-]
0,42
0,41
0,40
0,39
0,38
0,37
30
0
Pr
ęd
k
20
oś
0
[ ćo
rew obr.· br. ś
sp min –1 lima
2
ee
kó 00
d[ ]
w
rpm
]
Sc
Rys. 5.
Fig. 5.
15
10 óta s [%]
ł
ł m grain
5
zia
Ud spent
f
nt o
nte
25
0
Co
Wpływ udziału młóta i obrotów ślimaka na zmiany aktywności wody
w ekstrudatach
The effect of the spent grains and
screw speed on the changes water activity of the extrudate
87
18
16
14
12
10
8
6
30
0
Pr
ęd
ko
ść 250
Sc [ob obr
rew r.· . ś
sp min –1 lima
kó 200 0
ee
w
d[ ]
rpm
]
Rys. 6.
Fig. 6.
15
20
10
]
łóta ins [%
5
a
łm
a
zi ent gr
d
U sp
of
ent
t
n
o
C
Wpływ udziału młóta i obrotów ślimaka na zmiany zawartości białka
w ekstrudacie
The effect of the spent grains and
screw speed on the changes protein
content of the extrudate
WNIOSKI
1. Zmiany parametrów ekstruzji oraz zastosowane proporcje mieszanek kaszki kukurydzianej i młóta browarnianego miały istotny wpływ na zmiany parametrów jakościowych uzyskanych ekstrudatów.
2. Zwiększenie udziału młóta w mieszance powodowało poprawę własności ekstrudatów, o czym świadczyły wzrost wskaźnika WAI i obniżenie wskaźnika WSI oraz
wzrost zawartości białka.
3. W przypadku produkcji ekstrudowanej galanterii śniadaniowej z udziałem młóta
należy wprowadzić zmiany parametrów procesowych zmierzających do zlikwidowania
lub ograniczenia wzrostu gęstości otrzymywanych ekstrudatów.
4. Wstępne badania produktów ekstrudowanych z udziałem mokrego młóta są obiecujące, jednak niezbędne jest jeszcze przeprowadzenia wielu innych prób w warunkach
zmiennych parametrów procesu ekstruzji przy zwiększonym udziale młóta browarnianego dla uzyskania produktu o pożądanych i akceptowalnych właściwościach.
LITERATURA
AACC: American Association of Cereal Chemists, 2001. The definition of dietary fiber. A report.
Cereal Foods World 46(3), 112–129.
Ainsworth P., Ibanoglu S., Plunkett, Ibanoglu E., Stojceska V., 2007. Effect of brewers spent grain
addition and screw speed on the selected physical and nutritional properties of an extruded snack. Journal of Food Engineering 81, 702–709.
nr 579, 2014
88
A. Siwek, A. Ekielski, T. Żelaziński i inni
Anderson R.A., Conway H.F., Pfeifer V.F., Griffin E.L., 1969. Gelatinization of corn grits by roll
and extrusion cooking. Cereal Science Today 14(1), 4–12.
Bhattacharya S., 1997. Twin-screw extrusion of rice-green gram blend: extrusion and extrudate
characteristics. Journal of Food Engineering 32(1), 83–99.
BN-87/9135-05. Pasze prasowane. Podstawowe właściwości fizykomechaniczne granul i brykietów.
Brennan M., Monro J.A., Brennan C.S., 2008. Effect of inclusion of soluble and insoluble fibres
into extruded breakfast cereal products made with reverse screw configuration. International Journal of Food Science and Technology 43, 2278–2288.
Ekielski A., Biller E., Żelaziński T., 2005. Investigations on the effect of wheat extrudate break-up
on its colour. Annals of Warsaw Agricultural University 33–38.
Ekielski A., Żelaziński T., Florczak I., 2013. Wpływ rozdrobnienia ekstrudatu na wskaźniki wodochłonności i rozpuszczalności w wodzie. Inżynieria Rolnicza 4(147), 79–89.
Eshak E.S., Iso H., Date C., Kikuchi S., Watanabe Y., Wada Y., 2010. Dietary fiber intake is associated with reduced risk of Mortality from cardiovascular disease among Japanese Men
and Women. Journal of Nutrition 140, 1445–1453.
Gómez M., Ronda F., Blanco C., Caballero P., Apesteguía A., 2003. Effect of dietary fibre on dough
rheology and bread quality. European Food Research and Technology 216, 51–56.
Gondek E., Jakubczyk E., Wieczorek B., 2013. Właściwości fizyczne bezglutenowego pieczywa
chrupkiego. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 574, 29–38.
Kapka A., Baca E., Skibniewska K.A., 2011. Wpływ pochodzenia błonnika i rodzaju soli żelazowych na jakość chlebów pszennych i zawartość w nich przyswajalnego żelaza. Zeszyty
Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 566, 87–98.
Ktenioudaki A., Crofton E., Scannell A.G.M., Hannon J.A., Kilcawaley K.N., Gallagher E., 2013.
Sensory properties and aromatic composition of baked snacks containing brewer’s spent
grain. Journal of Cereal Science 57, 384–390.
Mann J.I., Cummings J.H., 2009. Possible implications for health of the different definitions of
dietary fibre. Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases 19, 226–229.
Mezreb K., Goullieux A., Ralainirina R., Queneudec M., 2003. Application of image analysis to
measure screw speed influence on physical properties of corn and wheat extrudates. Journal of Food Engineering 57(2), 145–152.
Moraru C.I., Kokini J.L., 2003. Nucleation and expansion during extrusion and microwave heating
of cereal foods. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2, 147–165.
O’Neil C.E., Zanovec M., Cho S.S., Nicklas T.A., 2010. Whole grain and fiber consumption are
associated with lower body weight measures in US adults: National Health and Nutrition
Examination Survey 1999–2004. Nutrition Research 30, 815–822.
Pai D.A., Blake O.A., Hamaker B.R., Campanella O.H., 2009. Importance of extensional rheological properties on fiber-enriched corn extrudates. Journal of Cereal Science 50, 227–234.
PN-75/A-04018. Produkty rolniczo-żywnościowe – Oznaczanie azotu metodą Kjeldahla i przeliczanie na białko.
Reinold M.R., 1997. Manual pra´tico de cervejaria. Aden Editora e Comunicacoes Ltda, Sao Paulo,
214.
Sobczyk M., Ziarno M., 2013. Charakterystyka jakości mikrobiologicznej i zawartości składników
odżywczych (białka, tłuszczu, związków mineralnych) wybranych płatków musli. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 575, 119–129.
Stojceska V., Ainsworth P., Plunkett A., Ibanoglu E., Ibanoglu S., 2008. Cauliflower by-products
as a new source of dietary fibre, antioxidants and proteins in cereal based ready-to-eat
expanded snacks. Journal of Food Engineering 87, 554–653.
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Wybrane właściwości ekstrudatów kukurydzianych z dodatkiem młóta browarnianego
89
Townsley P.M., 1979. Preparation of commercial products from brewer’s waste grain and trub.
MBAA Technical Quarterly 16, 130–134.
Wójtowicz A., Kolasa A., Mościcki L., 2013. Influence of buckwheat addition on physical properties, texture and sensory characteristics of extruded corn snacks. Polish Journal of Food
and Nutrition Sciences 63(4), 239–244.
Żelaziński T., 2010. Badania procesu ekstruzji mieszanek z udziałem gryki i kukurydzy. Zeszyty
Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 546, 375–381.
Zhang M., Zhang Z., 2011. Extrusion process improves the functionality of soluble dietary fiber in
oat bran. Journal of Food Science 54, 98–103.
SELECTED PROPERTIES OF CORN EXTRUDATES CONTAINING
WET BREWERS SPENT GRAINS
Summary. The aim of the study was to investigate influence of wet brewer’s spent grain
addition and process condition on the selected physical parameters of corn extrudates. The
extrusion trials were performed with Clextral Evolum 25, co-rotating twinscrew extruder.
The extruder was fitted with a circular die with a diameter of 4 mm. The ingredients used
for extrudates preparation were: corn grid (12% moisture content) and wet brewery spent
grain (WBSG) with 78% moisture. The extruded mixtures were prepared with 0%, 5%,
10%, 20% addition of WBSG. The fresh WBSG was received from Brewery in Łomża.
The extrusion conditions were: feed rate of 5 kg·h–1, mixture moisture: 13, 16, 19,5, 26%,
screw speed of 200, 250, 300 rpm, respectively. The barrel temperature profile were as:
60°C at feed entry, 80, 110, 110°C at the middle sections and 110°C at the die exit. During each experiment response parameters were constant. The extrudates which leaved the
die were cut on approx. 3 cm long pieces and left to cool at room temperature to moisture
stability (13%) until analyzed.
One of the advantages of WBSG adding is that we can reduce energy consumption used to
drying WBSG without quality loses. The quality of corn-brewery spent grain (BSG) extrudates were estimated by some parameters: density (D), radical expansion index (REI), water
solubility index (WAI), water activity (WA) and protein content (PC). The results indicated
that the density of extrudates increased with the increase of BSG content in the mixture and
reached the highest value at 20% proportion BSG. Although the speed of extruder screws
had a statistically significant effect on this parameter, changes were minor. Increasing the
BSG level to 20%, increased the WAI value up to 600%, and decrease WSI index 4 times,
from 40% down to 10%. It is not without significance for the growth of WAI seems the fiber
contained in BSG influence. The fiber is able to store water inside of the extrudate particles.
Fiber caused a reduction of starch degradation, which further with the increase insoluble
fiber contain in the extrudate meant that the WSI value was decreased.
Changes in the extrusion process parameters have also influences on changes other qualitative indicators, which are water activity and protein content of the extrudates. It was found
that the water activity significantly increased with the increase in the BSG proportion in the
mixture, while the impact of the extruder screws speed was low.
Key words: extrusion, twin screw extruder, brewers’ grains
nr 579, 2014