doi: 10.32462/0235-2508-2026-35-6-34-41
УДК 664.78:633.11
Оптимизация режимов экструдирования зернового сырья для повышения его качества
В.А. Федотов, доктор техн. наук
ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет»
Аннотация. Работа посвящена изучению физико-механических свойств пшеницы и их изменений при экструзии. Целью исследования является определение рациональных параметров экструдирования для пшеницы с различной механической прочностью эндосперма. Эксперименты проводились на лабораторном пресс-экструдере ПЭШ-30/4 с использованием пяти сортов пшеницы, охватывающих диапазон микротвёрдости от 7,2 до 25,2 кг/мм². Установлено, что твёрдость зернового сырья существенно влияет на термомеханические характеристики процесса. Производительность экструдера при обработке сверхтвёрдозёрной пшеницы достигает 33,2 кг/ч, что значительно выше показателя для мягкозёрной – 26,1 кг/ч. Температура экструдата сверхтвёрдозёрного зерна во всём диапазоне влажности на 15–30 °C выше, чем у мягкозёрного. Максимальный коэффициент вспучивания 4,0 достигается при переработке мягкозёрной пшеницы через матрицу диаметром 3 мм при влажности 16%. Для сверхтвёрдозёрной пшеницы этот показатель ограничивается значением 3,2, требуя повышения влажности до 19%. Увеличение твёрдости зерна на каждые 5–7 кг/мм² требует повышения рабочей влажности на 1,0–1,5% для обеспечения оптимального режима вспучивания и предотвращения термической деструкции. Увеличение диаметра фильеры до 8–10 мм ведёт к снижению гидравлического сопротивления и падению давления, что существенно ограничивает вспучивание экструдатов.
Ключевые слова: экструдирование, мягкая пшеница, твёрдозёрность, микротвёрдость, экструдер, кормопроизводство.
В условиях глобальной необходимости интенсификации сельскохозяйственного производства и обеспечения продовольственной безопасности, технологии глубокой переработки зернового сырья приобретают стратегическое значение. Традиционные методы подготовки кормов и пищевых продуктов часто не обеспечивают достаточной степени усвояемости питательных веществ, что приводит к неоправданно высоким коэффициентам конверсии корма в животноводстве и снижению биологической ценности продуктов питания для человека. В этом контексте экструзионная технология выступает как безальтернативный метод, позволяющий комплексно решать задачи стерилизации, текстурирования и повышения питательной ценности сырья.
Анализ научных материалов показывает, что показатель влажности зерна является ключевым реологическим фактором, определяющим вязкость расплава и конечную питательную ценность продукта. Так, максимальные значения коэффициента вспучивания зерна пшеницы на уровне 3,2–3,8, свидетельствующие о формировании высокопористой структуры, достигаются в диапазоне влажности 14–16 %. При снижении влажности до 10–12 % наблюдается понижение расширения продуктов экструзии из-за недостатка пара. При увлажнении зерна свыше 20–22 % коэффициент вспучивания падает до 1,2–1,5, что сопровождается резким увеличением плотности продукта.
Литература
1. Афанасьев, В.А. Исследование кинетических закономерностей процесса экструдирования зерновых культур при производстве высокоусвояемых комбикормов с защищенным белком для крупного рогатого скота / В.А. Афанасьев, Л.Н. Фролова, К.А. Сизиков [и др.] // Вестник ВГУИТ. – 2021. – Т. 83. – № 1. – С. 44–54. doi:10.20914/2310-1202-2021-1-44-54.
2. Беркутова, Н.С. Методы оценки и формирование качества зерна / Н.С. Беркутова. – М.: Росагропромиздат, 1991. – 206 с. – ISBN 5-260-00560-6.
3. Коротков, В.Г. Применение метода векторной оптимизации для синтеза технологии экструдирования биотехнологических объектов / В.Г. Коротков, В.П. Попов, С.П. Василевская // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2012. – № 10 (146). – С. 149–152.
4. Медведев, П.В. Информационно-измерительная система определения потребительских свойств пшеницы / П.В. Медведев, В.А. Федотов // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2013. – № 3. – С. 140–145.
5. Остриков, А.Н. Экструзия в пищевых технологиях / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, А.С. Рудометкин. – СПб.: ГИОРД, 2004. – С. 136–138.
6. Остриков, А.Н. Технология экструзионных продуктов / А.Н. Остриков [и др.]. – СПб.: Проспект Науки, 2018. – 202 c.
7. Чаплыгина, И.А. Анализ энергетической ценности экструдатов на основе зерна пшеницы и картофеля / И.А. Чаплыгина, В.В. Матюшев, А.В. Семенов [и др.] // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2017. – № 5. – С. 90–95.
8. Чаплыгина, И.А. Изменение биохимического состава экструдированного корма на основе пшеницы и картофеля / И.А. Чаплыгина, В.В. Матюшев, Ю.Н. Барановская // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2021. – № 6 (171). – С. 176–182.
9. Федотов, В.А. Факторы формирования потребительских свойств зерномучных товаров / В.А. Федотов // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2011. – № 4. – С. 186–190.
10. Щербакова, О. Особенности экструдирования зерна при вводе в корма для поросят / О. Щербакова, Р. Бехметьев // Комбикорма. – 2012. – № 8. – С. 57–59.
11. Anderson, R.A. Gelatinization of corn grits by roll-and extrusion-cooking / R.A. Anderson, H.F. Conway, V.F. Pfeifer [et al.] // Cereal Science Today. – 1969. – № 14 (1). – С. 4–11.
12. Bhat, N.A. Effect of extrusion cooking on the physicochemical, antioxidant and functional properties of wheat flour extrudates / N.A. Bhat, B.N. Dar, A.M. Wani // Measurement: Food. – 2023. – Vol. 9. – Article 100076.
13. Li, S. The Importance of Molecular Structure for Textural and Physicochemical Properties of Extruded Wheat Flour / S. Li, C. Li, X. Fu [et al.] // Foods. – 2022. – Vol. 11, iss. 3. – P. 450.
14. Wang, J. Food Potential of Wheat Brewer’s Spent Grain Modified by Extrusion: Impact on the Characteristics of Wheat Flour and Commercial Steamed Bread / J. Wang, X. Zhao, Y. Zou [et al.] // Foods. – 2023. – Vol. 12, iss. 21. – P. 3996.
15. Zhang, Y. Effect of extrusion on structural properties and in vitro digestibility of wheat gluten / Y. Zhang, Y. Liu, D. Li // Journal of Cereal Science. – 2022. – Vol. 104. – Article 103423.