Technológia suchej extrúzie Insta-Pro ®

(Spracované podľa materiálov firmy Insta-Pro®)

Späť

Technológia suchej extrúzie Insta-Pro® zabezpečuje rýchle a ekonomicky efektívne tepelné spracovanie, expandovanie, sterilizáciu, dehydratáciu, stabilizáciu, texturizáciu a tvarovanie množstva produktov. K dispozícii sú typorozmery výrobnej technológie širokého rozsahu výkonov. Ich flexibilita umožňuje takmer neobmedzené výrobné možnosti. Ekonomickou efektívnosťou, úrovňou výrobných nákladov a významom pri zabezpečovaní potravinovej sebestačnosti docielila extrúzna technológia Insta-Pro® majoritu v celosvetovom rozsahu.

Extrudéry Insta-Pro® boli uvedené na trh v roku 1969. Ich pôvodným účelom bolo umožniť lokálne spracovávanie sójových bôbov a cereálií priamo na farmách tak, aby umožnili poľnohospodárskemu prvovýrobcovi lepšie lokálne zhodnotenie kŕmnych zrnovín, dopestovaných na vlastnej farme. Pred existenciou technológie Insta-Pro® neumožňovali relatívne nízke ceny krmív a vysoké ceny technologických zariadení širšie uplatnenie procesu extrúzie.

Po mnohých rokoch výskumu sa docielilo množstvo aplikácií extrúznej technológie Insta-Pro® - od ekonomicky efektívneho spracovania olejnatých semien s možnosťou lisovania oleja, tvarovania výrobkov, cez recyklovanie vedľajších produktov (odpadov hlavnej výroby) až po výrobu potravín.

1. Proces suchej extrúzie Insta-Pro®

Metóda suchej extrúzie Insta-Pro® využíva trenie ako výlučný zdroj tepla, ktoré je sprevádzané tlakom a rozotieraním v porovnaní s metódami, ktoré používajú paru, vodu alebo iné formy úpravy (kondiciovania) materiálu. Teplo a tlak vznikajú procesom lisovania materiálu závitovkami v pracovnom valci vybavenom retardérmi, ktoré kladú odpor toku materiálu. Okamih výstupu materiálu z pracovného valca do atmosféry je sprevádzaný prudkým poklesom tlaku, ktorého dôsledkom je jeho expandovanie. Pri poklese tlaku dochádza k odpareniu vlhkosti, ktorého dôsledkom je rozpad škrobových buniek. Rozsah expanzie závisí od mnohých faktorov, napríklad od obsahu škrobu v produkte, od teploty, tlaku a vlhkosti produktu. Proces tepelného spracovania produktu netrvá dlhšie než 30 sek.

Rozlišujeme medzi procesom varenia a expandovania, pretože každý z nich slúži inému účelu. Varenie je obecný pojem, ktorý slúži na popis efektu pôsobenia tepla, tlaku a času na spracovávaný materiál. Varenie je potrebné kvôli účinku na podiel proteínov v kŕmnej dávke, pričom pôsobí na detoxikáciu alebo denaturáciu enzýmov. Naproti tomu expanzia spôsobuje rozpad bunkovej štruktúry a explodovanie produktu.

V extrúderoch Insta-Pro® sa tie isté podmienky trenia, tlaku a času, potrebné na vznik tepla, využívajú na na expandovanie podielu škrobu v krmive. Proces varenia prebieha počas pohybu materiálu pracovným valcom, pričom teplota progresívne vzrastá. Proces expanzie nastáva v okamihu, v ktorom produkt opúšťa ústie extrúdera. Efekt varenia a expanzie možno najlepšie opísať ich vplyvom na rôzne zložky potravy.

2. Účinok procesu extrúzie

2.1. Vplyv na proteín

Počas varenia dochádza k denaturovaniu proteínov. Účinnosť procesu je závislá od dosiahnutej teploty. Proteíny sú tvorené amínokyselinami, ktoré sú známe ako ich stavebné časti. Amínokyseliny, viazané primárnymi väzbami, tvoria sekundárnymi väzbami molekuly proteínov. Proces varenia deštruuje sekundárne väzby ale nevytvára také teploty, ktoré sú potrebné na porušenie primárnych väzieb amínokyselín.

Tento efekt je podobný efektu, ktorý sprevádza varenie vajíčka. Sekundárne väzby viažu proteíny vo vajíčku. Po zohriatí vajíčka sa proteín denaturuje a sekundárne väzby sa porušia. Porušením väzieb produkt stráca svoju pôvodnú fyzikálnu podobu. Ak sa vajíčko varí pri extrémne vysokej teplote, zničia sa aj primárne väzby amínokyselín, čo ovplyvní ich nutričnú hodnotu.

Proces Insta-Pro® nevplýva negatívne na primárne väzby ale vytvára dostatočnú teplotu na denaturáciu alebo deštrukciu sekundárnych väzieb.

Práve efekt denaturácie využívame pri extrudovaní olejnatých semien. Sójové semená obsahujú enzým ureázu, ktorý sa v procese extrudovania denaturuje. Enzýmy sú tvorené proteínmi a ich denaturáciou strácajú svoju účinnosť. Ureáza rozkladá močovinu na amoniak.

Ďaľším proteínom v sójových bôboch, ktorý sa denaturuje procesom extrúzie, je inhibítor trypsínu, ktorý vzniká v pankrease. Bez účinku trypsínu nemôžu zvieratá využiť proteín, pretože trypsín zabezpečuje hydrolýzu alebo štiepenie molekúl proteínu. Vhodné techniky umožňujú znížiť obsah trypsín inhibítora z obvyklej hladiny 20 % na zvyškových 5%. Zvlášť senzitívne na trypsín inhibítor sú ryby, teľce, mladé zvieratá a kožušinové zvieratá.

Iné menej dôležité inhibítory enzýmov, ktoré sa procesom denaturujú, sa pôsobia na tuk a uhľohydráty v potrave.

2.2. Vplyv na škrob

Škrob sa nachádza v tvare granuliek zhlukov škrobových molekúl. Molekuly škrobu tvoria reťazce s mnohými výbežkami, spojených do tuhej hmoty. Surový škrob má nízku absorbčnú schopnosť vody a po vysušení sa vracia do pôvodného stavu. Jedným z testov prítomnosti škrobu je meranie stupňa polarizácie svetla pri prechode testovaným materiálom. Pri prechode extrudérom škrob želatinizuje a pri výstupe z ústia extrudéra expanduje. Teto efekt je spôsobený rozpadom granulárnej štruktúry a molekulových reťazcov škrobu. Obdobou je efekt, ktorý vzniká pri varení škrobu za prítomnosti tepa a vody. Rozdiel je v tom, že v extrudéri tento jav nastáva pri oveľa nižšej vlhkosti a rýchlejšie. Po želatinizácia je nevratný jav. Po želatinizácii sa škrob už nevráti do pôvodného granulárneho stavu a stáva sa vodorozpustný. Pri prechode materiálom sa už svetelné lúče nepolarizujú. Želatinizáciou sa stráviteľnosť škrobu podstatne zvyšuje.

Pri prechode extrudérom si želatinizácia škrobu vyžaduje len tú vlhkosť, ktorá postačuje na lubrikáciu extrudéra a umožní výstup škrobu cez jeho ústie. Pri výstupe z extrudéra sa vnútorná vlhkosť materiálu vyparí a následne škrobový gél náhle stuhne. Stupeň expanzie materiálu je závislý od obsahu škrobu. Pri zmesiach s obsahom škrobu 40-50% sa normálny stupeň expanzie zväščí 2-3 násobne. Z tohoto dôvodu sa väčšina extrudovaných zmesí opätovne šrotuje, aby sa ich sypná hmotnosť priblížila pôvodnému materiálu.

2.3. Vplyv na tuk

Proces suchej extrúzie vplýva na tuk tromi spôsobmi:

Po prvé, tuk alebo olej je uzavretý v bunkách olejnatých semien. Po zošrotovaní je výsledný produkt suchý. Naproti tomu počas extrúzie sa olej uvoľňuje z buniek, čím sa produkt extrúzie stáva mastným. Stupeň porušenia buniek semien sa doposiaľ nezisťoval. Deštrukciu stien olejnatých buniek spôsobujú strižné sily, vznikajúce v procese extrúzie. Stupeň stráviteľného tuku a taktiež energetická hodnota suroviny vzrastá.

Za prítomnosti škrobu vzniká v procese extrúzie zlúčenina tuku a škrobu, ktorá nie je rozpustná v étere (éter sa bežne používa na zisťovanie prítomnosti tuku). Śtúdie ukázali, že tuk vstupuje do reakcie so škrobom v pomere 1:10. Na zistenie presného a skutočného obsahu tuku je potom potrebné uplatniť metódu hydrolýzy kyselinou.

Teplo, ktoré vzniká v procese extrúzie nevplýva negatívne na kvalitu tuku. Stabilita tuku sa zlepšuje, pretože enzýmy, napr. lipáza, ktoré spôsobujú tuchnutie tuku, sa procesom extrúzie likvidujú. Aktivita prírodných stabilizačných látok, napr. lecitínu a tokoferolov sa naproti tomu plne zachová. Surovina je vystavená maximálnym teplotám pracovného procesu len počas 5 - 6 sek, pričom oxidácia vzniká pri vyšších teplotách a dlhších časoch expozície. Na odstránenie pachov a na oxidáciu sú potrebné teploty 180-2000C, pričom teplota pri extrudovaní bežne dosahuje len 120-1500C.

2.4 Vplyv na vlákniny

Vplyv extrúzie na vlákniny sa primárne vzťahuje k ich mernej hmotnosti. V dôsledku pôsobenia trenia a strižných síl v pracovnom valci sa vlákna materiálu lámu. Zložky zmesí s vysokým podielom vláknin majú bežne nízku vlhkosť a zle prijímajú vodu, čo si môže v istých prípadoch vyžiadať potrebu niektorého z typov prekondiciovania pred extrudovaním. Extrúzia zvyšuje podiel stráviteľnej vlákniny.

2.5. Vplyv na nutričnú hodnotu

Efekt vplyvu procesu extrúzie na nutričné hodnoty sa mení v závislosti od živočíšneho druhu, veku zvierat a od druhu krmiva. Vo všeobecnosti sa však prejavuje na proteíne, energii (škrob a tuky) a vláknine krmiva prostredníctvom:

denaturácie ezýmov, ureázy, lipázy, amylázy a inhibítoru trypsínu,

zlepšenia stráviteľnosti škrobu, meranej prostredníctvom efektu na prírastky hmotnosti,

vzrastu mernej hmotnosti surovín s vysokým obsahom vláknin.

Mechanizmus, ktorým extrúzia zlepšuje stráviteľnosť a využitie energie, dopúosiaľ nie je plne preskúmany. Niektoré štúdie poukazujú na to, že kombinácia tepla, tlaku a vlhkosti vplýva na zlepšenie enzymatického trávenia škrobu.

Štúdie vo všeobecnosti indikujú podstatné zlepšenie rastu najmä mladých zvierat pri kŕmení extrudovaným krmivom. Tento efekt je dôsledkom ich do istej miery nevyvinutým tráviacim traktom v porovnaní s dospelými zvieratami. Denaturácia inhibítorov enzýmov umožňuje ich plné využitie pre normálny rozklad a využitie proteínov, tukov a uhľohydrátov.

2.6. Vplyv na chuťové vlastnosti

Skúsenosti poukazujú na výborné chuťové vlastnosti materiálov extrudovaných procesom suchej extrúzie Insta-Pro®. Dôvodov je viac:

škrob sa rozkladá na sladšie, jednoduchšie zložky,

nežiadúce nestabilné pachové zložky, ako napríklad fazuľová chuť sóje, sa odparia v mieste výstupu suroviny z extrudéra.

 

3. TECHNOLOGICKÉ MOŽNOSTI PROCESU EXTRÚZIE

3.1. Spracovávanie olejnatých semien

Sójové bôby, semeno slnečnice, bavlníka, ľanu, repky olejnej a kanoly sa pestujú na rôzne poľnohospodárske a priemyselné účely. Olejnaté semená získali široké použitie ako zdroj proteínov a energie pre hospodárske zvieratá. Napríklad sójové bôby obsahujú veľmi hodnotný proteín (38 - 42 %) a sú zdrojom energie vzhľadom na obsah oleja (18 - 22 %). Semená olejnín obsahujú antinutričné faktory, ktoré však možno procesom tepelného spracovania deaktivovať, modifikovať alebo redukovať. Tým sa minimalizuje alebo eliminuje ich negatívny účinok a stávajú sa energeticky bohatým komponentom krmív.

3.2. Lisovanie oleja

Ďalším cieľom spracovania olejnatých semien je získanie oleja, ktorý obsahujú. Metóda spojenia extrúzie s mechanickým lisovaním za studena umožňuje získať surový olej, ktorý je vhodný na rôzne účely vrátane humánnej výživy. Pôsobenie strižných síl, teploty a tlaku v procese extrúzie spôsobuje deštrukciu olejových buniek, čím sa zvyšuje efektívnosť separácie oleja. Vylisovaný olej má vysoký obsah prírodných antioxidantov a veľmi nízky obsah fosfolipidov a peroxidov, v dôsledku čoho je značne stabilný. Kvalita oleja lisovaného za studena je v mnohých ukazovateľoch vyššia ako kvalita oleja extrahovaného rozpúšťadlami.

3.3. Recyklovanie vedľajších produktov

Rastúca potreba potravín rozvíjajúcej sa populácie vedie k rozvoju výroby hydiny, mäsa a iných potravinových článkov. S jej rozvojom pribúda objem vedľajších produktov (odpady porážkární, vaječné škrupiny, rybí odpad, odrezky, vedľajšie produkty spracovania rastlinných výrobkov,...), ktoré je potrebné odstrániť alebo využiť. Spôsob manipulácie s vedľajšími produktmi je s ohľadom na environmentálne požiadavky čoraz prísnejšie regulovaný. Manipulácia s vedľajšími produktmi prostredníctvom ich zberu, zhromažďovania, spaľovania, zakopávania a kompostovania sú krátkodobými spôsobmi akceptovania starých metód avšak neumožňujú prípravu použiteľného konečného produktu.

Význam metódy extrúzie Insta-Pro® spočíva v tom, že spracovaním vedľajších produktov z nich vytvára vysokokvalitné kŕmne komponenty. S dôrazom na výživnú hodnotu boli receptúry krmív pre rôzne druhy zvierat počnúc pet food cez krmivá pre ryby a končiac hovädzím dobytkom koncipované na báze extrudovaných vedľajších produktov, ako ich hlavných zložiek. Pri dôkladnom spracovaní sa vedľajšie produkty stávajú stabilnými komponentami zbavenými patogénnych zárodkov, ktoré podstatne znižujú náklady na krmivá a v mnohých prípadoch zvyšujú ich kvalitu.

3.4. Výroba potravín

Metóda suchej extrúzie Insta-Pro® bola aplikovaná aj na výrobu potravín. Príprava polotovarov rôznych kombinácií cereálií a sóje našla široké využitie v masových výživových programoch v rámci potravinovej pomoci a v školskej výžive. Tieto typy potravinových produktov sa používajú na jednoduchú prípravu výživných nápojov a kašovitých jedál rozmiešaním v horúcej vode.

Veľmi chutné cereálne výrobky, hlavne na báze kukurice a sorga, ktoré sa pripravujú z instantných druhov pripomínajú tradičné potraviny alebo tvoria základnú zložku nápojov, polievok a kaší. Iné extrudované potraviny obsahujú texturizovaný proteín rastlinného pôvodu, napr. kukuričné pukance, snacky, chlebovú múku, tortilly a vysokovýživné potraviny pre osoby s oslabeným organizmom.

3.5. Tvarovanie kompletných krmív

Extrúziou možno vyrábať široký rozsah kompletných krmív. Z najbežnejších spomeňme štartéry pre ošípané a teľatá, krmivá pre kone, králiky, psy, mačky a pre ryby. Výhody, ktoré proces extrúzie prináša, sa líšia v závislosti od druhu a veku zvierat a typu krmiva. Vo všeobecnosti sa však tieto výhody prejavujú obsahom proteínu, energie a vlákniny v krmive. Deaktivizácia enzýmov, inhibítorov, patogénnych zárodkov, želatinizácia škrobu sú dôležité pri krmivách pre mladé a brezivé zvieratá a pre ryby.

Proces extrúzie Insta-Pro® je flexibilnou technológiou výroby kompletných krmív unikátnych a presných tvarov. Pelety, vločky, čipsy vo veľkostiach od 1,5 do 5 mm je možné vyrábať efektívne a podľa špecifických požiadaviek zákazníka.

Technológia suchej extrúzie Insta-Pro® si našla široký rozsah využitia a jej hranice sú obmedzené len fantáziou používateľa.

4. Účely extrúzie - zhrnutie

Tepelné spracovanie: Surovina sa úplne tepelne spracuje (uvarí) pri rýchlo rastúcej teplote, ktorej maximum v závislosti od druhu spracovávaného materiálu dosahuje 120 - 175° C. Tepelným spracovaním sa zvyšuje stráviteľnosť a chuťové vlastnosti krmív a redukuje sa obsah antinutritívnych látok.

Sterilizovanie a detoxikácia: Teplo a tlak, ktoré vznikajú v pracovnom valci extrudéra likvidujú škodlivé organizmy, napr. salmonely. Preto sa extrudovanie môže bezpečne použiť na spracovávanie takých materiálov akými sú odpady porážkární. Toxíny, vznikajúce činnosťou baktérií a húb sa zlikvidujú alebo redukujú na akceptovateľnú úroveň.

Expandovanie: V procese spracovania surovina expanduje, škrob želatinizuje a olejové bunky sa deštruujú.

Miešanie a drvenie: Hoci je potrebné väčšinu spracovávaných surovín pred extrudovaním nahrubo zošrotovať a riadne zmixovať, počas procesu extrúzie prebieha proces ďalšieho kontinuálneho miešania a drobenia, čím sa zabezpečí homogénny produkt.

Dehydrovanie: V mieste, v ktorom surovina opúšťa pracovný valec, nastáva náhly pokles tlaku a teploty, materiál expanduje a prichádza k odpareniu až 50 % vlhkosti.

Stabilizácia: Teplo a tlak deaktivizujú deštruktívne enzýmy, napr. tie, ktoré spôsobujú tuchnutie.

AGRO VOS s.r.o. Piešťany

Späť