Экструдирование смеси рисовой крупы и гидролизата жмыха брусники: влияние фактора влагосодержания на характеристики экструдата

Жмыхи плодово-ягодного сырья являются перспективным источников биологически активных соединений: пищевых волокон, фенольных соединений пектинов, каротиноидов, природных антиоксидантов, обладающих профилактическим и лечебным эффектами при метаболических, сердечно-сосудистых, желудочно-кишечных и нейродегенеративных заболеваниях. Включение жмыхов в пищевые технологии способствует экологизации производств. Исследование проведено с целью изучения влияния влагосодержания смеси в процессе переработки рисовой крупы с гидролизатом жмыха брусники на режимные параметры экструзии, технологические и физико-химические показатели экструдатов. Гидролизаты жмыха брусники получали ферментативным способом с применением комплекса биокатализаторов, включающего пектиназу, целлюлазу, протеазу и липазу. Гидролизат высушивали, в количестве 5 % добавляли к рисовой крупе и экструдировали, варьируя влагосодержание смеси в диапазоне 15–21 %. Контроль – экструдаты дробленного риса, полученные при влагосодержании 15 и 21 %. Увеличение влагосодержания приводило к снижению температуры экструзии со 160 до 152 °С, момента сдвиговых деформаций с 80 до 52 %, давления с 4,0 до 2,4 МПа, удельного расхода механической энергии с 0,152 до 0,099 кВт·ч/кг. Повышение влажности при экструзии смесей с гидролизатом жмыха брусники ведет к снижению квадратичного коэффициента расширения с 7,3 до 3,5, насыпная масса увеличивается с 89,5 до 243,2 г/дм3 , твердость экструдатов – с 7,5 до 39,0 Н. Частота микроразломов при проколе и деформации, как характеристика пористости, снижается с 3,5 до 2,0 мм-1 . Динамическая вязкость суспензий помолов экструдатов с гидролизатом жмыха брусники с увеличением влагосодержания значимо растет с 2,0 до 4,0 Па·с. Тенденции изменения термомеханических режимов переработки, определяемых количеством воды в системе, технологических и структурно-механических свойств для контроля и экспериментальных смесей были идентичны, без значимых различий. Установлено, что в экструдатах с гидролизатом жмыха брусники минимальной влажности 15 % соответствует максимальное содержание фенольных соединений – 679,6 мг/кг, при 21 % влагосодержании их количество составляет только 223,1 мг/кг.

1. Brennan M. A., Derbyshire E., Brennan C. S., Tiwari B. K. Impact of dietary fibre-enriched ready to eat extruded snacks on the postprandial glycaemic response of non-diabetic patients. Molecular Nutrition and Food Research. 2012;56(5):834–837. DOI: https://doi.org/10.1002/mnfr.201100760

2. Brennan M. A., Derbyshire E. J., Tiwari B. K., Brennan C. S. Ready‐to‐eat snack products: The role of extrusion technology in developing consumer acceptable and nutritious snacks. International Journal of Food Science and Technology. 2013;48(5):893–902. DOI: https://doi.org/10.1111/ijfs.12055

3. Santos D., Lopes S., Pintado J. Fruit and vegetable by-products' flours as ingredients A review on production process, health benefits and technological functionalities. LWT – Food Science and Technology. 2021;154:112707. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112707

4. Iqbal A. S., Shulz P., Rizvi S. Valorization of bioactive compounds in fruit pomace from agro-fruit industries: Present Insights and future challenges. Food Bioscience. 2021;44(Part A):101384. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fbio.2021.101384

5. Mäkilä L., Laaksonen O., Ramos-Diaz J. M., Vahvaselkä M., Myllymäki O., et al. Exploiting blackcurrant juice press residue in extruded snacks. LWT – Food Science and Technology. 2014;57(2):618–627. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2014.02.005

6. White B. L., Howard L. R., Prior R. L. Polyphenolic composition and antioxidant capacity of extruded cranberry pomace. Journal of agricultural and food chemistry. 2010;58(7):4037–4042. DOI: https://doi.org/10.1021/jf902838b

7. Höglund E., Eliasson L., Oliveira G., Almli V., Sozer N., Alminger M. Effect of drying and extrusion processing on physical and nutritional characteristics of bilberry press cake extrudates. LWT – Food Science and Technology. 2018;92:422–428. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.02.042

8. Wang S., Gu B. J., Ganjyal G. M. Impacts of the Inclusion of Various Fruit Pomace Types on the Expansion of Corn Starch Extrudates. LWT – Food Science and Technology. 2019;110:223–230. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.03.094

9. Majerska J., Michalska A., Figiel A. A review of new directions in managing fruit and vegetable processing by-products. Trends in Food Science & Technology. 2019;88:207–219. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.03.021

10. Волкова Г. С., Соколова Е. Н., Ионов В. В., Юраскина Т. В., Серба Е. М. Перспективные направления переработки ягодного жмыха в пищевые ингредиенты. Пищевая промышленность. 2023;(11):35–39. DOI: https://doi.org/10.52653/PPI.2023.11.11.008 EDN: QTHCOG

11. Kitryte V., Kraujalienė V., Šulniūtė V., Pukalskas A., Venskutonis R. Chokeberry pomace valorization into food ingredients by enzyme-assisted extraction: Process optimization and product characterization. Food and Bioproducts Processing. 2017;105:36–50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fbp.2017.06.001

12. Roda-Serrat M. C., Lundsfryd C., Rasmussen S., El-Houri R., Lund P. B., Christensen K. V. Enzyme-assisted extraction and ultrafiltration of value-added compounds from sour cherry wine pomace. Chemical Engineering Transactions. 2019;74:811–816. DOI: https://doi.org/10.3303/CET1974136

13. Saad N., Louvet F., Tarrade S., Meudec E., Grenier K., Landolt C., Ouk T. S., Bressollier P. Enzyme-Assisted Extraction of Bioactive Compounds from Raspberry (Rubus idaeus L.) Pomace. Journal of Food Science. 2019;84(6):1371–1381. DOI: https://doi.org/10.1111/1750-3841.14625

14. Syrpas M., Valanciene E., Augustiniene E., Malys N. Valorization of Bilberry (Vaccinium myrtillus L.) Pomace by Enzyme-Assisted Extraction: Process Optimization and Comparison with Conventional Solid-Liquid Extraction. Antioxidants. 2021;10(5):773. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox10050773

15. Fierascu R. C., Fierascu I., Avramescu S. M., Sieniawska E. Recovery of Natural Antioxidants from Agro-Industrial Side Streams through Advanced Extraction Techniques. Molecules. 2019;24(23):4212. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules24234212

16. Koch W. Dietary Polyphenols-Important Non-Nutrients in the Prevention of Chronic Noncommunicable Diseases. A Systematic Review. Nutrients. 2019;11(5):1039. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11051039

17. Fernandes A., Mateus N., De Freitas V. Polyphenol-Dietary Fiber Conjugates from Fruits and Vegetables: Nature and Biological Fate in a Food and Nutrition Perspective. Foods. 2023;12(5):1052. DOI: https://doi.org/10.3390/foods12051052

18. Kostka T., Ostberg‐Potthoff J. J., Stärke J., Guigas C., Matsugo S., Mirčeski V., et al. Bioactive Phenolic Compounds from Lingonberry (Vaccinium vitis‐idaea L.): Extraction, Chemical Characterization, Fractionation and Cellular Antioxidant Activity. Antioxidants. 2022;11(3):467. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox11030467

19. Лютикова М., Ботиров Е. Химический состав и практическое применение ягод брусники и клюквы (обзорная статья). Химия растительного сырья. 2015;(2):5–27. DOI: https://doi.org/10.14258/jcprm.201502429 EDN: VCLMXZ

20. Kitrytė V., Kavaliauskaitė A., Tamkutė L., Pukalskienė M., Syrpa M., Rimantas Venskutonis P. Zero waste biorefining of lingonberry (Vaccinium vitis-idaea L.) pomace into functional ingredients by consecutive high pressure and enzyme assisted extractions with green solvents. Food chemistry 2020;322:126767. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126767

21. Brito A. D. C., Jisaka J. S., Pereira A. C. R., Steel C. J. Thermoplastic extrusion technology as a tool for adding value to brewer's by-products. LWT – Food Science and Technology. 2023;189:115487. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2023.115487

22. Carvalho C. W. P., Takeiti C. Y., Onwulata C. I., Pordesimo L. O. Relative effect of particle size on the physical properties of corn meal extrudates: Effect of particle size on the extrusion of corn meal. Journal of Food Engineering. 2010;98(1):103–109. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.12.015

23. Muñoz-Pabon K. S., Parra-Polanco A. S., Roa-Acosta D. F., Hoyos-Concha J. L., Bravo-Gomez J. E. Physical and paste properties comparison of four snacks produced by high protein quinoa flour extrusion cooking. Frontiers in Sustainable Food Systems. 2022;(6):852224. DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2022.852224

24. Yu H., Liu H., Erasmus S. W., Zhao S., Wang Q., van Ruth S. M. An explorative study on the relationships between the quality traits of peanut varieties and their peanut butters. LWT – Food Science and Technology. 2021;151:112068. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112068

25. Денисенко Т. А., Вишникин А. Б., Цыганок Л. П. Спектрофотометрическое определение суммы фенольных соединений в растительных объектах с использованием хлорида алюминия, 18-молибдодифосфата и реактива Фолина-Чокальтеу. Аналитика и контроль. 2015;19(4):373–380. DOI: https://doi.org/10.15826/analitika.2015.19.4.012 EDN: VCMINN

26. Mburu M. W., Gikonyo N. K., Kenji G. M., Mwasaru A. M. Properties of a complementary food based on amaranth grain (Amaranthus cruentus) grown in Kenya. Journal of Agriculture and Food Technology. 2011;1(9):153–178.

27. Akande O. A., Nakimbugwe D., Mukisa I. M. Optimization of extrusion conditions for the production of instant grain amaranth‐based porridge flour. Food Science & Nutrition. 2017;(5):1205–1214. DOI: https://doi.org/10.1002/fsn3.513

28. Schmid V., Mayer-miebach E., Behsnilian D., Briviba K., Karbstein H. P., Emin M. A. Enrichment of starchbased extruded cereals with chokeberry (Aronia melanocarpa) pomace: Influence of processing conditions on techno-functional and sensory related properties, dietary fibre and polyphenol content as well as in vitro digestibility. LWT – Food Science and Technology. 2021;154(4):112610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112610

29. Hirth M., Preiß R., Mayer-Miebach E., Schuchmann H. P. Influence of HTST extrusion cooking process parameters on the stability of anthocyanins, procyanidins and hydroxycinnamic acids as the main bioactive chokeberry polyphenols. LWT – Food Science and Technology. 2015;62(1-Part 2):511–516. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2014.08.032

30. Шариков А. Ю., Соколова Е. Н., Амелякина М. В., Поливановская Д. В., Серба Е. М. Использование брусники в экструдированных продуктах, готовых к употреблению. Хранение и переработка сельхозсырья. 2022;(4):191–200. DOI: https://doi.org/10.36107/spfp.2022.379 EDN: MPFZHK