BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ODDELEK ZA ŽIVILSTVO
Tina PEKOLJ
UPORABA STROČNIC V EKSTRUDIRANIH IZDELKIH
DIPLOMSKO DELO
Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana
Ljubljana, 2021
Tina PEKOLJ
UPORABA STROČNIC V EKSTRUDIRANIH IZDELKIH
DIPLOMSKO DELO
Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana
USE OF LEGUMES IN EXTRUDED PRODUCTS
B. SC. THESIS
Academic Study Programmes: Field Food Science and Nutrition
Ljubljana, 2021
Diplomsko delo je zaključek univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje Živilstvo in prehrana. Delo je bilo opravljeno na Oddelku za živilstvo Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani.
Komisija za študij 1. in 2. stopnje Oddelka za živilstvo je za mentorja diplomskega dela imenovala prof. dr. Blaža Cigića in za recenzenta izr. prof. dr. Tomaža Požrla.
Mentor: prof. dr. Blaž CIGIĆ
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo Recenzent: izr. prof. dr. Tomaž POŽRL
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo
Komisija za oceno in predstavitev:
Predsednik:
Član:
Član:
Datum zagovora:
Tina Pekolj
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ŠD Du1
DK UDK 664.04:635.65(043)=163.6
KG stročnice, ekstruzija, ekstrudirani izdelki, živila, beljakovine, fizikalno kemijske lastnosti
AV PEKOLJ, Tina
SA CIGIĆ, Blaž (mentor), POŽRL, Tomaž (recenzent) KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101
ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo LI 2021
IN UPORABA STROČNIC V EKSTRUDIRANIH IZDELKIH
TD Diplomsko delo (Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana) OP VIII, 25 str., 1 sl., 45 vir.
IJ sl JI sl
AI V zadnjih letih se je omajalo tradicionalno prepričanje, da stročnice niso primerne za pripravo ekstrudiranih izdelkov. Ugotovili so, da lahko stročnice učinkovito zamenjajo žita. Pri samem postopku ekstrudiranja stročnic je pomembna regulacija tehnoloških parametrov kot so temperatura, strižne sile in tlak, kar vpliva na fizikalno kemijske lastnosti in prehransko vrednost izdelka. Med procesom prihaja do konformacijskih sprememb in interakcij med beljakovinami, ogljikovimi hidrati, lipidi in drugimi komponentami, kar vpliva na kakovost. V splošnem ekstrudiranje pozitivno vpliva na prehransko vrednost, saj povzroča pomembne spremembe na škrobu in beljakovinah, kar izboljša njihovo prebavljivost in biološko dostopnost.
Hkrati se zmanjša tudi vsebnost antinutritivnih dejavnikov kot so inhibitorji tripsina, lektini, fitinska kisline ter tanini, ki so običajno prisotne v stročnicah. S postopkom ekstrudiranja stročnic lahko tako izboljšamo njihove hranilne lastnosti. V zadnjem času se vse bolj uveljavlja tudi uporaba proteinov iz stročnic za pripravo produktov, ki so tradicionalno temeljili na mesu.
KEY WORD DOCUMENTATION DN Du1
DC UDC 664.04:635.65(043)=163.6
CX legumes, extrusion, extrusion products, food, proteins, physicochemical properties AU PEKOLJ, Tina
AA CIGIĆ, Blaž (supervisor), POŽRL, Tomaž (reviewer) PP SI – 1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101
PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Food Science and Technology
PY 2021
TI USE OF LEGUMES IN EXTRUDED PRODUCTS
DT B. Sc. Thesis (Academic Study Programmes: Field Food Science and Nutrition) NO VIII, 25 p., 1 fig., 45 ref.
LA sl AL sl/en
AB In recent years, the traditional belief that legumes are not suitable for the preparation of extruded products has been re-examined. It has been shown that legumes can effectively replace grains in extruded products. In the process of extrusion of legumes, the regulation of processing parameters (temperature, shear forces, pressure) is important, which affects the physicochemical and nutritional properties of the product. During the process, conformational changes and interactions occur between proteins, carbohydrates, lipids, and other components, affecting quality. The process of extrusion actually has a positive effect on the nutritional properties, as it causes significant changes in starch and proteins, which improves their digestibility.
At the same time, the content of antinutritive factors such as trypsin inhibitors, lectins, phytic acids and tannins, which are usually present in legumes, is reduced.
The process of extruding legumes can thus improve their nutritional properties.
Recently, the use of protein from legumes for the preparation of products that have traditionally been based on meat is on rise.
KAZALO VSEBINE
Str.
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ... III KEY WORD DOCUMENTATION ... IV KAZALO VSEBINE ... V KAZALO SLIK ... VII OKRAJŠAVE IN SIMBOLI ... VIII
1 UVOD ... 1
2 PREGLED OBJAV ... 1
2.1 MAKROHRANILA V STROČNICAH ... 1
2.2 ANTINUTRITIVNE SPOJINE V STROČNICAH ... 2
2.2.1 Zaviralci proteaz ... 4
2.2.2 Tanini ... 4
2.2.3 Fitinska kislina ... 4
2.2.4 Lektini ... 4
2.3 PROCES EKSTRUDIRANJA IN VRSTE EKSTRUDERJEV ... 5
2.3.1 Pincip delovanja ekstrudiranja ... 6
2.3.2 Ekstruderji ... 7
2.3.3 Enopolžni ekstruder ... 9
2.3.4 Dvopolžni ekstruder ... 9
2.3.5 Surovine ali sestavine, uporabljene pri ekstrudiranju ... 10
2.4 FIZIKALNO KEMIJSKE SPREMEMBE STROČNIC MED POSTOPKOM EKSTRUDIRANJA ... 10
2.4.1 Učinki ekstrudiranja na fizikalno kemijske lastnosti ... 10
2.4.1.1 Prehranske vlaknine ... 11
2.4.1.2 Beljakovine ... 11
2.4.1.3 Ogljikovi hidrati ... 12
2.4.1.4 Lipidi... 12
2.4.1.5 Minerali in vitamini ... 13
2.4.1.6 Antinutrienti ... 13
2.4.1.7 Vsebnost antioksidantov in fenolnih spojin ... 13
2.5 SPREMEMBA HRANILNE VREDNOSTI TER PREBAVLJIVOSTI EKSTRUDIRANIH STROČNIC ... 14
2.5.1 Učinek na škrob in beljakovine ... 15
2.5.2 Učinek na antinutritivne dejavnike ... 16 2.6 EKSTRUDIRANI IZDELKI ... 16 2.7 STRUKTURIRANJE NADOMESTKOV MESA NA OSNOVI BELJAKOVIN RASTLINSKEGA IZVORA ... 18 3 ZAKLJUČEK ... 20 4 VIRI ... 21
KAZALO SLIK
Slika 1: Enopolžni ekstruder (A) in dvopolžni ekstruder (B) (Pasqualone in sod., 2020) .... 9
OKRAJŠAVE IN SIMBOLI
AIT aktivnost inhibitorjev tripsina ANF antinutritivni faktorji
BV biološka vrednost IP4 inozitol tetrafosfat IP5 inozitol pentafosfat IP6 inozitol heksafosfat OH ogljikovi hidrati PV prehranska vlaknina TIU enota inhibitorjev tripsina TRP teksturiran rastlinski proteini
1 UVOD
Povpraševanje potrošnikov po že pripravljenih živilih se povečuje zaradi sodobnega načina življenja, ko pripravi hrane pogostokrat namenimo manj časa. Kuhanje z ekstrudiranjem je tehnika, ki se v veliki meri uporablja za proizvodnjo že pripravljenih izdelkov za uživanje, kot na primer hrustljavih ekspandiranih prigrizkov, žit za zajtrk, hrane za dojenčke, instant juh, analogov mesa in prehrane športnikov. Ekstrudirana živila lahko pritegnejo potrošnika zaradi cenovne dostopnosti, prijetnega videza in teksture. Surovine za ekstrudiranje so večinoma žitarice, zaradi svojih dobrih lastnosti ekspandiranja. Ekstrudirana živila so praviloma škrobnata energijsko bogata živila, ki so dobri nosilci arom. Za tista pripravljena iz stročnic pa je značilna tudi velika vsebnost proteinov in vlaknin (Pasqualone in sod., 2020).
S procesom ekstrudiranja se znižuje ravni nekaterih antinutritivnih snovi, ki jih vsebujejo stročnice, kot so tanini, fitinska kislina, inhibitorji tripsina ter lektini. Poleg vsega tega pa lahko kuhanje z ekstrudiranjem poveča še prebavljivost škroba in beljakovin. Največ študij glede uporabe stročnic v ekstrudiranih izdelkih je bilo izvedenih na fižolu in grahu. Izhodišče je, da se v ekstrudiranih izdelkih žita delno nadomesti s stročnicami in na ta način poveča prehransko vrednost predvsem v kontekstu ustreznejše sestave esencialnih aminokislin in vsebnosti določenih mikrohranil, s katerimi so stročnice bogate.
Namen diplomske naloge je predstaviti sam proces ekstruzije, uporabnost stročnic, njihove fizikalno kemijske spremembe med postopkom ekstrudiranja ter predstaviti kako lahko izboljšamo prebavljivost stročnic med ekstruzijsko predelavo.
2 PREGLED OBJAV
2.1 MAKROHRANILA V STROČNICAH
Stročnice so dober vir beljakovin, škroba, prehranskih vlaknin, vitaminov in mineralov, še posebej pa so pomembne, kadar v prehrano niso vključena živila animalnega izvora, zaradi omejene dostopnosti ali verske, prehranske in etične navade. V zadnjih letih je vse več študij, poleg soje upoštevalo tudi vključitev drugih stročnic v živila, kot so fižol, leča, grah, čičerika, z namenom izboljšanja hranilne vrednosti ekstrudiranih živil (Pasqualone in sode., 2020).
Stročnice so pomembna živila zaradi zelo dobre hranilne vrednosti, enostavnosti konzerviranja in pogostokrat relativno nizkih stroškov pridelave. So bistven vir nekaterih ključnih hranilnih snovi, zlasti beljakovin (Rahate in sod., 2020). Stročnice so v splošnem boljši vir prehranskih beljakovin kot žita in imajo nizek glikemični indeks. Glede na sestavo
beljakovin so ugotovili, da so lahko beljakovine stročnic in žit komplementarne. To je zato, ker imajo stročnice relativno majhno vsebnost žveplo vsebujočih aminokislin (metionin je esencialna aminokislina) in triptofana, vendar so bogatejše z lizinom, katerega vsebujejo žita relativno malo (Ali in sod., 2014).
V splošnem velja, da so beljakovine iz rastlinskih virov, zaradi prisotnosti celične stene, slabše dostopne. Izkoristili naj bi le 40 % - 48 % beljakovin boba in 58 %-69 % beljakovin soje, kar je manj kot pri jajcih, kjer ta vrednost doseže tudi 97 %. Izkoristljivost beljakovin pri fižolu je odvisna tudi od aminokislinske sestave. Na izkoristljivost beljakovin in drugih nutrientov vpliva tudi prisotnost antinutritivnih dejavnikov, kot so inhibitorji tripsina, kondenzirani tanini, fitinska kislina, saponini in lektini (Revilla, 2015). Ugotovili so, da se razmerja in vsebnosti esencialnih aminokislin v stročnicah razlikujejo. Čičerika je npr.
relativno dober vir levcina, izolevcina in arginina; leča vsebuje več fenilalanina in serina;
fižol pa je bogat z metioninom in treoninom. Ugotovili so, da bob vsebuje več vitamina C kot fižol, beli fižol, čičerika, rjava in zelena leča (Margier in sod., 2018). Za uspešno absorpcijo železa v človeškem telesu je vitamin C izrednega pomena, saj kot dober reducent omogoča nastanek reducirane oblike železa (Fe2+), ki je bolj topna in se lažje absorbira v prebavilih (Luo in Xie, 2013).
Ključnega pomena pri vzdrževanju življenskih procesov vseh živih organizmov so minerali, ki jih stročnice vsebujejo veliko. Bob v primerjavi z nekaterimi drugimi stročnicami vsebuje več kalcija, fosforja, železa in cinka. Vsebnost železa v bobu (15,18 mg/100 g) je sorazmerno večja kot v grahu (7,36 mg/100 g) in čičeriki (6,96 mg/100 g) ter primerljiva z vsebnostjo v soji, ki je ravno tako dober vir železa. Fosfor je v veliki meri sestavni del fitinske kisline, na katero so vezani določeni minerali. Pogostokrat vsebnost mineralov korelira z vsebnostjo fosfata (fitata). Soja in navadni fižol vsebujeta sorazmerno največ magnezija (Mayer Labba in sod., 2020).
2.2 ANTINUTRITIVNE SPOJINE V STROČNICAH
Antinutritivne spojine so molekule, ki so naravno prisotne v rastlinah in negativno vplivajo na prehransko vrednost ali zmanjšajo senzorično kakovost izdelka (predvsem tanini in saponini), prebavljivost beljakovin (zaviralci tripsina) in biološko uporabnost mineralov (fitat), skratka, zmanjšajo izkoristljivost določenih makrohranil in mikrohranil (Hoehnel in sod., 2020). Zaradi prisotnosti teh antinutritivnih spojin se stročnic ne uživa surovih oziroma v neprocesirani obliki. Napredne tehnologije v živilstvu, kot so iztiskanje (ekstruzija), segrevanje z mikrovalovi ali fermentacija so skupaj s tradicionalnimi metodami dale pozitivne rezultate, ki omogočajo vključevanje stročnic v prehrano ljudi in v različne nove prehrambene izdelke (Rahate in sod., 2020).
Rezultati študije, v kateri so Hoehnel in sod. (2020) spremljali aktivnost inhibitorjev tripisna (AIT) v testeninah obogatenih z beljakovinami stročnic ter v navadnih pšeničnih testeninah, so pokazali, da je AIT pri testeninah (tako surovih kot kuhanih), obogatenih z beljakovinami stročnic višja od tistih navadnih testeninah, kar je pričakovano, saj je naravno prisotnih inhibitorjev tripsina več v stročnicah. Rezultati te študije poleg tega kažejo, da postopek kuhanja oziroma termične obdelave bistveno zmanjša AIT tako v navadnih testeninah kot tudi pri tistih, obogatenih s stročnicami. Pri testeninah, obogatenih z beljakovinami stročnic, je postopek kuhanja rezultiral v več kot trikratnem zmanjšanju AIT in sicer s 3,36 TIU/mg v surovih testeninah na 0,91 TIU/mg v kuhanih testeninah (Hoehnel in sod., 2020). Številni članki so obravnavali tudi različne metode inaktivacije tripsinskih inhibitorjev. Termični postopki, kot so blanširanje, kuhanje in praženje so bili omenjeni kot najučinkovitejši postopki za inaktivacijo zaviralcev tripsina iz stročnic. Mehanizem te inaktivacije temelji predvsem na denaturaciji, oziroma konformacijskih spremembah inhibitorjev, zaradi katerih se le ti ne morejo vezati v aktivno mesto tripsina (Hoehnel in sod., 2020). Doseženo zmanjšanje AIT v testeninah obogatenih s stročnicami se ujema z rezultati, navedenimi v literaturi za modelne sisteme, kjer se po 9 minutah kuhanja doseže znižanje AIT za 15–51
%. Predvidevajo, da bi s sušenjem pri povišanih temperaturah lahko še dodatno inaktivirali tripsinske inhibitorje (Hoehnel in sod., 2020).
Kot že omenjeno, je velika vsebnost fitata v stročnicah problematična, ker ta tvori slabo topne komplekse z železovimi in magnezijevimi ioni, kar zavira njihovo absorpcijo. Za bob so ugotovili, da sicer vsebuje veliko mineralov, vendar je absorpcija zaradi fitata in velike vsebnosti fenolnih spojin relativno slaba. Namakanje in kaljenje lahko izboljšata biološko uporabnost bakra in cinka v fižolu ter bobu. Razpoložljivost mineralov se je izboljšala zaradi zmanjšanja antinutritivnih dejavnikov, kot so fitati in tanini, ki so se delno izločili z namakanjem, oziroma so se do določene mere razgradili med kaljenjem (Rahate in sod., 2020). Tanini poleg slabše absorpcije mineralov zmanjšajo tudi prebavljivosti beljakovin in s tem efektivno energijsko vrednost.
Določeni glikozilirani alkaloidi, ki jih najdemo v bobu, lahko predstavljajo veliko prehransko tveganje za posameznike, saj zaradi njih pride do pomanjkanja encima glukoza- 6-fosfat dehidrogenaza, ki katalizira reakcijo v kateri nastajajo reducirani kofaktorji.
Alkaloidi se v našem metabolizmu pretvorijo do molekul, ki so močni oksidanti, kar lahko vodi do hemolitične anemije, ki je posledica pomanjkanja reducirane oblike glutationa v eritrocitih, posledično pa pride do poškodbe le-teh (Almutairi in sod., 2018).
Med antinutritivne spojine stročnic lahko v širšem smislu uvrščamo tudi nekatere oligosaharide, ki jih ne moremo razgraditi s telesu lastnimi encimi. Lahko pa jih razgradijo bakterije v našem prebavnem traktu, kar vodi v nastanek plinskih produktov (npr. metan), posledično do napenjanja, ki ga občutimo po zaužitju stročnic iz katerih med procesom predelave niso v zadostni meri razgradili oligosaharide (Rahate in sod., 2020).
2.2.1 Zaviralci proteaz
V glavnem so odgovorni za slabšo prebavljivost beljakovin pri živalih in ljudeh. Na ta način so rastline manj privlačne za rastlinojedce. Njihova druga fiziološka vloga je tudi regulacija proteolitične aktivnosti med kalitvijo. Stročnice vsebujejo zaviralce različnih proteolitičnih encimov kot so tripsin, kimotripsin, pronaza, trombin in papain, ne inhibirajo pa encimov, kot so pepsin, karboksipeptidaza A in B ter proteaz subtilizinskega tipa. Poleg aminokislinskega zaporedja, ki definira prostorsko strukturo, imajo veliko vlogo predvsem pri termični stabilnosti tudi intramolekularne disulfidne vezi. V odsotnosti termične obdelave so inhibitorji relativno dobro stabilni med pH 2 in 8 (Rahate in sod., 2020)
2.2.2 Tanini
Tanini so polifenoli in jih najdemo v skoraj vseh stročnicah in sicer predvsem v semenskih ovojnicah. So vključeni v obrambni mehanizem rastline. Poznamo dve vrsti taninov in sicer kondenzirane tanine (proantocianidini), ki ne vstopajo v reakcije hidrolize, in hidrolizabilne tanine, kjer so na monosaharide (največkrat glukoza) z estrskimi vezmi vezane različne fenolne kisline (npr. galna kislina) (Crozier in sod., 2006). Tanini imajo sposobnost kompleksiranja in obarjanja beljakovin v vodnih raztopinah. Posledično kondenzirani tanini nekaterih stročnic, kot je fižol, zmanjšujejo prebavljivost beljakovin (Gilani in sod., 2012).
Pri primerjavi vsebnosti taninov v različnih vrstah stročnic se ta ni močno razlikovala (Rahate in sod., 2020). So pa Pasqualone in sod. (2020) poročali, da ima bob med stročnicami največjo vsebnost taninov, najmanj pa jih ima čičerika.
2.2.3 Fitinska kislina
Inozitol heksafosfat (IP6) ali fitat je najpogostejši inozitol fosfat v stročnicah (Arribas in sod., 2019). Fitat (deprotonirana oblika fitinske kisline) je skladišče fosforja v rastlinski celici. Neprežvekovalci je ne morejo razgraditi zaradi odsotnosti encima fitaze. Šest fosfatnih skupin, prisotnih v fitinski kislini, ki so vključene v kompleksacijo kovinskih ionov, je odgovornih za antinutritivni učinek. Je močan kelator, saj veže nekatere prehransko pomembne minerale, kot so kalcij, magnezij, železo, cink, kar zmanjšuje dostopnost vseh teh mikrohranil. Soja in navadni fižol jo vsebujeta največ (Rahate in sod., 2020). IP6 in inozitol pentafosfat (IP5) negativno vplivata na biološko uporabnost mineralov, ki jih kelirata. Po drugi strani pa lahko fitinski kislini pripišemo tudi antioksidativni učinek, saj kelira redoks aktivne ione železa (Berrios, 2011).
2.2.4 Lektini
Lektini so beljakovine, ki vežejo ogljikove hidrate in glikozilirane proteine ter lipide. V stročnicah predstavljajo lektini zaščito pred plenilci, saj po zaužitju poškodujejo sluznico
prebavil ter poslabšajo prebavljivost nekaterih hranil in biološko dostopnost mineralov (Balamurugan in sod., 2010). Nekateri lektini so strupeni, povzročajo bruhanje in drisko.
Vsebnost lektinov lahko zmanjšamo s predhodnim namakanjem stročnic in termično obdelavo, ki rezultira v denaturaciji. Po drugi strani pa so določeni učinki lektinov lahko zaželeni. Lektini tvorijo komplekse z -amilazo in posredno prispevajo k počasnejši razgradnji škroba, kar znižuje raven glukoze v krvi in ima ugoden vpliv na diabetične bolnike (Rahate in sod., 2020).
V splošnem velja, da je za zmanjšanje učinkov antinutritivnih dejavnikov v stročnicah potrebno uporabiti različne postopke, kot so namakanje, kuhanje, kaljenje, fermentacija ter tudi proces ekstrudiranja.
2.3 PROCES EKSTRUDIRANJA IN VRSTE EKSTRUDERJEV
Ekstrudiranje je kratkotrajen postopek obdelave pri visoki temperaturi, ki se komercialno uporablja za proizvodnjo ekstrudiranih živil, testenin, otroške hrane, zajtrkov in prigrizkov na osnovi žit. Ekstruzijsko kuhanje je šaržni postopek, ki združuje operacije transporta surovine, mešanja, gnetenja, segrevanja, oblikovanja novih tekstur in sušenja oz. izparevanja vode/pare. Z ekstruzijo se zmanjšuje mikrobna obremenitev, inaktivira se določene encime in ostale proteine, ki negativno vplivajo na stabilnost in biološko dostopnost hranil ter izgubo okusa (Camire in sod., 2009; Choton in sod., 2020). Visoka temperatura (do 200 °C) in tlak (20 MPa = 200 bar) sta običajna pogoja za proces ekstrudiranja. Surovine je potrebno pred dovajanjem v ekstruder ustrezno zmleti in kondicionirati do določene vsebnosti vlage.
Ekstruder je v osnovi sestavljen iz enega ali dveh vrtljivih vijakov, ki jih imenujemo polži, in so nameščenih v ogrevani cevi (cilinder). V začetnem delu cevi (dovodno območje) se surovina transportira in premeša z vrtljivim polžem. Nato s pomočjo mehanske strižne energije material dodatno gnetemo in stisnemo (območje gnetenja) ter s trenjem in dodatnim segrevanjem cevi v zadnjem delu ekstruderja dosežemo pogoje, pri katerih prihaja do plastifikacije bioloških makromolekul (Moscicki in Zuilichem, 2011). Ko plastificiran škrobni material izstopi iz šobe ekstruderja, se zračni mehurčki, ki so ujeti v matriko, zaradi takojšnjega padca tlaka razširijo. Poleg tega, ko se ekstrudiran material segreje na temperature nad 100 °C, na izhodu iz ekstruderja voda izpari, kar še izboljša učinek ekspanzije. Ekspanzija se zaključi s hlajenjem, ko plastificirana masa materiala postane steklasta ter razvije želeno hrustljavo teksturo. Ekstrudiranje je učinkovit postopek ekspanzije hrane, s katero se gosti, trdi materiali pretvorijo v lažje dostopne in vizualno privlačnejše oblike. Kakovost ekstrudiranega izdelka je torej večinoma določena s stopnjo njegove ekspanzije (Pasqualone in sod., 2020). Glavni parametri, ki jih je potrebno prilagoditi v procesu ekstrudiranja, so temperatura, hitrost polža in vsebnost vlage v dovodnih sestavinah. Ti parametri močno vplivajo na lastnosti ekstrudiranega izdelka.
Poleg parametrov predelave pa na stopnjo ekspanzije ekstrudatov vplivajo tudi vsebnost moke stročnic, njena stopnja rafiniranosti in velikost delcev ter vrsta stročnic. Na primer ekstrudirani prigrizki iz čičerike kažejo najnižje ekspanzijske lastnosti, kar je mogoče pripisati nižji vsebnosti škroba in večji vsebnosti maščobe v primerjavi z nekaterimi drugimi stročnicami (Pasqualone in sod., 2020). Najpomembnejše lastnosti samih surovin so zlasti vrsta materiala, fizikalno stanje, kemična sestava, vključno z vsebnostjo vode, škroba, beljakovin, maščob in sladkorjev pa tudi pH surovine (Offiah in sod., 2019).
2.3.1 Pincip delovanja ekstrudiranja
Predelava z ekstrudiranjem je ena takih tehnologij, ki ponuja mnogo možnosti za funkcionalizacijo sestavin za namen komercialne uporabe. Ekstruderji lahko delujejo kot neprekinjeno delujoči reaktorji z možnostmi spreminjanja več spremenljivk kot so temperatura, strižne sile, čas zadrževanja v ekstruderju, vsebnost vlage, hitrost dovajanja surovin itd. Med postopkom ekstrudiranja v ekstruderju pride do mnogih fizikalnih sprememb in različnih reakcij, katerih nadzor je še vedno zelo zahteven, zato je potrebno dobro razumevanje parametrov ekstruzije in reakcijske kinetike. Ustrezno usmerjene reakcije v cevi ekstruderja lahko vodijo v izboljšano funkcionalnost živil (Arora in sod., 2020). Pred ekstrudiranjem se stročnice zmelje v moko, bodisi se uporabi cela zrna ali pa se jim predhodno odstrani lupino. Odstranjevanje lupine zmanjšuje vsebnost vlaknin in mineralov, vendar izboljša stopnjo ekspanzije. Vlaknine, zlasti netopne, obdajo zračne mehurčke in posledično zmanjšajo obseg ekspanzije, beljakovine in lipidi pa zmanjšujejo ekspanzijo zaradi interakcij z želatiniziranim škrobom, kar učvrsti strukturo (Pasqualone in sod., 2020).
Pri ekstrudiranju se surovine dovajajo v cilinder ekstruderja skozi dovodni zalogovnik, vrtljivi polži pa nato surovine potiskajo naprej proti koncu ekstruderja. Polž je v dovajalnem delu sestavljen samo iz transportnih elementov, ki imajo predvsem vlogo dostave v naslednji segment, kjer poteka mešanje surovine s tekočino, največkrat vodo (Zhang in sod., 2019).
Ko se surovina premika naprej vzdolž cilindra, polž pri visokih tlakih in temperaturah zgnete material v poltrdo, plastificirano maso. Na koncu se potisne skozi eno ali več odprtin na izpustnem koncu cevi. Ko material izstopi iz ekstruderja, se ekspandira do končne oblike in hitro ohladi ter posuši (Choton in sod., 2020). Ekstrudiranje je termomehanski proces, pri katerem se komponente surovine podvržejo kompleksnim fizikalnim in kemijskim spremembam, nato pa izstopijo iz ekstruderja kot preoblikovan izdelek (Emin in Schuchmann, 2017).
V procesu ekstruzije se lahko oblikujejo izdelki različnih oblik npr. cevčice, palčke, kroglice, trakovi, krofi ali ploščice. Tipični izdelki predstavljajo široko paleta prigrizkov z nizko gostoto ter hrana že pripravljena za uživanje (ready to eat). Če se material med postopkom segreje nad 100 ºC, je postopek znan kot vroče ekstrudiranje (ekstruzijsko kuhanje). Tu
energija trenja in morebitno dodatno ogrevanje povzročata hiter dvig temperature. Poznamo še hladno iztiskanje, pri katerem temperatura materiala le malo naraste, uporablja pa se pri izdelavi testenin. Ekstrudiranje pod nizkim tlakom pri temperaturah pod 100 °C pa se uporablja za proizvodnjo, na primer ribjih past, surimija, sladkega korena in hrane za hišne živali (Choton in sod., 2020). Nizka vsebnost vlage v ekstruderju zmanjšuje trdoto in gostoto materiala in povečuje trenje, kar ima za posledico višjo temperaturo in večji tlak, ki povzroči večje širjenje stisnjenih mehurčkov na izhodu iz ekstruderja in posledično večji volumen ekstrudata. Poleg nizke vlage tudi visoka temperatura poveča pritisk v ekstruderju in nato pozitivno vpliva na raztezanje, kar zmanjša trdoto in gostoto (Oke in sod., 2011; Yağci in sod., 2020). Yovchev in sod. (2017) so ugotovili, da na ekspanzijo pozitivno vpliva nizka vsebnost vlage, visoka temperatura matrice in večja hitrost vrtenja polža, pri čemer nastanejo izdelki z boljšimi lastnostmi. Izboljšanje ekspanzije materiala posledično zmanjša trdoto izdelkov in tako so le-ti bolj krhki, česar pa si želijo potrošniki (Yağcı in sod., 2020). V samem procesu je potrebno poiskati kompromis med dobro ekspanzijo in procesi porjavenja, ki so zelo obsežni pri takih pogojih, saj bi bila pretemna barva produktov nesprejemljivo za potrošnika. Na barvo večinoma vpliva temperatura matrice, vpliva pa tudi količina dodajanja stročnic (Pasqualone in sod., 2020).
V procesu ekstrudiranje se spreminjajo fizikalne in kemijske lastnosti makrohranil, prisotnih v surovini, kar posledično vodi do povečane prebavljivosti škroba ter beljakovin (Pasqualone in sod., 2020). Zaradi procesov želiranja in denaturacije v povezavi z visokimi tlaki in temperaturo ob prisotni vlagi nastanejo nove konformacije ter teksture (Day in Swanson, 2013).
2.3.2 Ekstruderji
Ekstruder za živila je reaktor z neprekinjenim tokom, v katerem se ob relativno visokih temperaturah, pri visokih tlakih in strižnih silah, pri relativno nizki vsebnosti vlage predeluje biopolimere in mešanice sestavin (Camire in sod., 2009). Ekstruderji za hrano so lahko zasnovani za sočasno izvajanje več postopkov, vključno z mešanjem, ustvarjanjem strižnih sil, želiranjem škroba, denaturacijo beljakovin, taljenjem, teksturiranjem, inaktivacijo encimov, zmanjšanjem velikosti delcev, kuhanjem in dehidracijo (Choton in sod., 2020).
Večina ekstruderjev je sestavljena iz kovinskega ovoja (cev, cilinder), skozi katerega potuje material, ki ga poganjata en ali dva vrtljiva polža. Zaradi delovanja strižnih sil in trenja se sprošča toplota, kar privede do povišanja temperature. Pogostokrat je potrebno za doseganje ustreznih procesnih parametrov dodatno ogrevati (Arora in sod., 2020).
Ekstruderji so sestavljeni iz:
1. Sistem za predkondicioniranje: Predkondicioniranje se izvede s paro ali vodo ob stalnem mešanju v predkondicionerju, ki je lociran pred vsipnim zalogovnikom. V fazi predkondicioniranja se material enakomerno hidrira, kar skrajša zadrževalni čas
znotraj ekstruderja. Ustrezno predkondicioniranje je pomembno, saj zmanjša obrabo komponent cevi in polžev, podaljša življenjsko dobo opreme in zmanjša stroške energije, vključene v postopek.
2. Sistem dovajanja materiala (vsipni zalogovnik): Dovajanje surovin v ekstruder mora biti stalno in neprekinjeno, da lahko proces ekstruzije učinkovito in enakomerno poteka.
3. Polž: polž dovaja material v cev ekstruderja in nato naprej po njem, ustvarja strižne sile in zagotavlja dobro mešanje sestavin ter kakovost končnega izdelka.
4. Cev (cilinder) ekstruderja: Pogosto je obdan s plaščem, da se omogoči kroženje pare/olja za ogrevanje in vode/zraka za hlajenje, kar omogoča natančno regulacijo temperature v različnih območjih ekstruderja.
5. Izhodna šoba (matrica): Izhodna šoba, oziroma večje število šob v odvisnosti od izvedbe, ima dve glavni funkciji: daje obliko končnemu izdelku in zaradi zmanjšanega premera tudi rezultira v povišanju tlaka, kar pri kasnejšem padcu tlaka omogoča učinkovitejšo ekspanzijo materiala.
6. Rezalni mehanizem: Zagotavlja enakomerno velikost ekstrudiranih izdelkov.
Dimenzije izdelka se določi s hitrostjo vrtenja rezil. Ta mehanizem je lahko vodoraven ali navpičen (Choton in sod., 2020).
Ektruderji se lahko razlikujejo glede na konfiguracijo polža, cevi in izhoden šobe. Izbira vsakega od teh je odvisna od uporabljene surovine in želenega končnega izdelka. Ekstruderji so razvrščeni na podlagi:
1) Načina delovanja a) Hladni ekstruderji
b) Vroči ekstruderji (kuhanje z ekstrudiranjem) 2) Načina konstrukcije
a) Enopolžni ekstruder b) Dvopolžni ekstruder
Vroča ekstruzija: pri vroči ekstruziji gre za kratek čas obdelave pri visokih temperaturah ter pod pritiskom. Del energije se sprosti zaradi mehanskih sil pri mešanju, vsebino pa pogostokrat dodatno segrevamo. Uporablja se predvsem za proizvodnjo teksturiranih živil in izdelkov, kot so žita za zajtrk ter ekstrudiranih voluminoznih prigrizkov.
Hladna ekstruzija: uporablja se za nežno mešanje in oblikovanje testa brez neposrednega segrevanja ali kuhanja v ekstruderju. Pri predelavi živil se uporablja predvsem za proizvodnjo testenin, kjer ne želimo, da bi prišlo do želiranja škroba ter denaturacije beljakovin (Choton in sod., 2020).
2.3.3 Enopolžni ekstruder
Enopolžni ekstruderji vsebujejo en sam vrtljivi polž v kovinski cevi. Najpogosteje uporabljeni enojni polži imajo konstantno debelino in so različnih vzorcev ter oblik.
Surovine se dovajajo iz lijaka, ki se nahaja v dovodnem odseku, vrtljivi polž pa material prenaša v prehodni odsek. V tem predelu so utori na polžu bolj globoki. V prehodnem odseku pa so utori na polžu bolj plitvi (niso tako globoki), kar material stisne ter povzroči zvišanje temperature materiala, saj pride do večjih strižnih sil. Škrob se želatinizira in material postane bolj koheziven. Nato gre material naprej po cevi ekstruderja in se potisne skozi odprtino matrice (Rao in Thejaswini, 2015).
2.3.4 Dvopolžni ekstruder
V osemdesetih letih so dvopolžni ekstruderji začeli izpodrivati enopolžne ekstruderje zaradi večje predelovalne zmogljivosti, manjše porabe energije (med 200 in 1200 kJ/kg) in širokega razpona vsebnosti vlage (od 5 % do 95 %) (Krintiras in sod., 2016).
Sestavljen je iz dveh vzporednih polžev z enako dolžino, ki se vrtita znotraj iste cevi, običajno je notranja površina cevi dvopolžnih ekstruderjev gladka. Je bolj zapleten kot enopolžni ekstruder, zagotavlja veliko večjo prilagodljivost in boljši nadzor. Dvopolžni ekstruderji se uporabljajo za surovine, ki vsebujejo veliko vlage, za izdelke, ki vsebujejo večje količine komponent, kot so vlaknina, maščobe itd., uporablja se za bolj dovršene izdelke. Glede na položaj polžev in njihovo smer vrtenja so možne štiri različne vrste konfiguracij:
• Sočasno vrteča polža, ki se med seboj prepletata
• Sočasno vrteča polža, ki se ne prepletata med seboj
• Nasprotno vrtljiva polža, ki se med seboj prepletata
• Nasprotno vrtljiva polža, ki se ne prepletata med seboj (Choton in sod., 2020)
Slika 1: Enopolžni ekstruder (A) in dvopolžni ekstruder (B) (Pasqualone in sod., 2020) zalogovnik
Polž Šoba Cev ekstruderja
Dovodno območje
Območje gnetenja, mešanja
Talilno območje
2.3.5 Surovine ali sestavine, uporabljene pri ekstrudiranju
Procesi kuhanja z ekstrudiranjem zajemajo različne kombinacije sestavin, vključno z žiti, škrobom, gomolji, oljnimi semeni, stročnicami ter beljakovinami. Surovina za ekstruzijo je definirana z vrsto materiala, vsebnostjo vlage, pH in kemijsko sestavo (količina in vrsta škroba, beljakovin, maščob in sladkorjev). Večina surovin, ki se uporabljajo za iztiskanje hrane, je v trdnem agregatnem stanju. Večina izdelkov, kot so prigrizki, žitarice za zajtrk in piškoti, je oblikovanih iz s škrobom bogatih surovin, beljakovine pa se uporabljajo za proizvodnjo mesnih analogov, ki v celoti ali delno nadomestijo meso v pripravljenih jedeh, posušeni hrani in številnih izdelkih za ljubljenčke (Choton in sod., 2020).
2.4 FIZIKALNO KEMIJSKE SPREMEMBE STROČNIC MED POSTOPKOM EKSTRUDIRANJA
V procesu ekstruzije potekajo številne kompleksne strukturne in kemijske spremembe kot na primer hidroliza polisaharidov (nastanek dekstrinov) ter kemijske modifikacije funkcionalnih skupin na proteinih, ki vodijo do cepitve, oziroma vzpostavitev novih kovalentnih vezi med proteini. Konformacijske spremembe beljakovin vodijo do denaturacije in sprememb v medmolekulskih interakcijah (Arora in sod., 2020).
V živilski industriji se tehnologija ekstrudiranja pogosto uporablja za proizvodnjo ekspandiranih, neekspandiranih in teksturiranih živilskih izdelkov. Povišana temperatura lahko skupaj s tlakom in strižnimi učinki v ekstruderju povzroči številne fizikalne spremembe in kemijske reakcije med sestavinami. Zaradi teh fizikalnih in kemijskih sprememb se spremenijo tudi funkcionalne lastnosti izdelka. Na splošno lahko funkcionalnost v hrani induciramo ali spremenimo s konformacijskimi spremembami, kot je denaturacija beljakovin ali želatinizacija škroba. Med ekstruzijo prihaja tudi do kemijskih reakcij kot so delna hidroliza polisaharidov in proteinov, kemijske modifikacije aminokislinskih preostankov, Maillardova reakcija, karamelizacija, tvorba in razgradnja disulfidnih vezi, polimerizacija in reakcije, ki vodijo do zamreženja. Do reakcij prihaja zaradi povišane temperature, strižnih sil, visokega tlaka in sprememb v pH ali ionski jakosti (če se doda sol) v cevi ekstruderja (Arora in sod., 2020). Kompleksne fizikalne in kemijske ter encimsko katalizirane reakcije, do katerih prihaja med ekstrudiranjem, vodijo do makroskopskih (oblika, tekstura in barva) kot mikroskopskih sprememb (sprememba konformacije in kovalentnih povezav) (Day in Swanson, 2013).
2.4.1 Učinki ekstrudiranja na fizikalno kemijske lastnosti
Spremembe fizikalnih parametrov: Spremembe v barvi izdelka so lahko posledica neencimskega porjavenja v Maillardovi reakciji med beljakovinami in reducirajočimi sladkorji pri pogojih povišane temperature in ustrezne vlažnosti (Choton in sod., 2020).
Na reakcijo vplivajo parametri ekstrudiranja kot so temperatura, čas zadrževanja, strižne sile, sestava materiala (vrsta beljakovin in polisaharidov) in reakcijski pogoji (pH, koncentracija soli, vlaga) (Arora in sod., 2020). Procesni pogoji, uporabljeni pri ekstruziji, pri visokih temperaturah cevi in primerni vlažnosti surovine omogočajo Maillardovo reakcijo, kar zmanjšujejo prehransko razpoložljivost lizina. Povečanje deleža beljakovin pri stalni vsebnosti vlage v surovini rezultira v povečani krhkosti, trdoti in hrustljavosti, kakor tudi v zmanjšanju intenzivnosti barve (Choton in sod., 2020).
V procesu ekstruzije prihaja do strukturnih sprememb makrohranil (proteini, lipidi, ogljikovi hidrati), transformacije prehranskih vlaknin, vsebnosti antinutritivnih dejavnikov in biološke dostopnosti mikrohranil (vitamini, minerali) ter antioksidativnega potenciala.
2.4.1.1 Prehranske vlaknine
Prehranske vlaknine so pomemben del vsakdanje prehrane, saj zagotavljajo ustrezno konsistenco blata, hrano za mikroorganizme v debelem črevesu. Ker topne vlaknine vplivajo na viskoznost prebavne vsebine, posredno znižujejo glikemični indeks ter zagotavljajo pomoč pri uravnavanju sladkorne bolezni (Arora in sod., 2020).
Za prehranske vlaknine v zelenjavi in sadju je značilno, da imajo relativno visoko razmerje netopnih / topnih prehranskih vlaknin. Zlasti topne prehranske vlaknine so pri vzdrževanju sistemskega zdravja učinkovitejše od netopnih. V procesu ekstruzije prihaja do povečanja vsebnosti topnih PV, ki je bila verjetno posledica spremembe strukture oz. mehanske transformacije celične stene med ekstrudiranjem, kjer na splošno pride do delne razgradnje netopnih prehranskih vlaknin v topne (Choton in sod., 2020).
Povečanje topnih prehranskih vlaknin so določili v raziskavi, kjer je bil uporabljen dvopolžni ekstruder in sicer za ekstruzijsko kuhanje s povečano vsebnostjo vlage in hitrejšim vrtenjem polžev. Ključni dejavniki pri ekstruziji, ki vplivajo na prerazporeditev netopnih vlaknin v topne, so vsebnost vlage, hitrost vrtenja polžev ter temperatura (Arora in sod., 2020).
2.4.1.2 Beljakovine
Sprememba hitrosti vrtenja polža med ekstrudiranjem povzroči spreminjanje strižnih sil, ki igrajo pomembno vlogo pri spreminjanju hranilne vrednosti beljakovinskih materialov.
Denaturacija beljakovin pri visoki temperaturi med ekstruzijskim kuhanjem inaktivira antinutritivne faktorje (tripsinski inhibitorji, lektini) in izboljša prebavljivost. Izkazalo se je, da zelo visoke temperature ekstrudiranja zmanjšujejo prebavljivost beljakovin in biološko uporabnost lizina, saj pogoji kot sta visoka temperatura ter nizka vlaga povečujeta Maillardovo reakcijo med prostimi amino skupinami beljakovin in karbonilnimi skupinami
reducirajočih sladkorjev, kar vodi do zmanjšanja razpoložljivosti vključenih aminokislin ter prebavljivosti beljakovin. (Singh in sod., 2007; Choton in sod., 2020). Ekstruzija zaradi visokih tlačnih in temperaturnih razmer privede do denaturacije beljakovin, pri tem pa ostane primarna struktura nedotaknjena. Funkcionalnost beljakovin je tako spremenjena, saj je odvisna od sekundarne in terciarne strukture, ki se z denaturacijo poruši. Različni raziskovalci so tudi ugotovili, da ekstrudiranje poveča dovzetnost beljakovin za hidrolizo in modifikacijo ali plastifikacijo. Beljakovine so podvržene denaturaciji in konformacijskim spremembam. Prihaja do sprememb v hidrofobnih interakcijah, vodikovih vezeh in medsebojnih disulfidnih povezavah, kar vodi v teksturiranje, tvorijo se navzkrižne kovalentne povezave med beljakovinami, kar je pomembno pri proizvodnji mesnih analogov. Eden najpomembnejših parametrov, ki vodi do konformacijskih sprememb beljakovin, je temperatura (Arora in sod., 2020). Tudi vsebnost vlage ima pomembno vlogo pri spreminjanju beljakovinske konformacije v ekstruderju. Velika vsebnost vlage zmanjšuje strižne sile, vendar so denaturirane beljakovine bolj dostopne za orientacijo in poravnavo, kar rezultira v bolj plastični strukturi. Pogoji z nizko vlago pa povzročijo fragmente beljakovin z nižjo molekulsko maso, saj se zaradi večjih strižnih sil, ki so v ekstruderju, sprosti zadosti energije, da se prekinejo vezi (Arora in sod., 2020).
2.4.1.3 Ogljikovi hidrati
Med postopkom iztiskanja škroba prihaja do različnih strukturnih sprememb, vključno z želiranjem, dekstrinacijo in drobljenjem, obseg transformacije pa je odvisen od tlaka, temperature, vsebnosti vlage in strižnih sil (Choton in sod., 2020). Ogljikovi hidrati med ekstrudiranjem želirajo in tvorijo medij, kjer lahko pride do reakcij, kot so razgradnja, dekstrinacija, modifikacija škroba in po znižanju temperature tudi retrogradacija (Arora in sod., 2020). Pretvorbe ogljikovih hidratov v fazi ekstruzije (predvsem škroba) so ključnega pomena za prehransko in senzorično kakovost izdelkov. Med procesom ekstruzije se zmanjša tudi vsebnost sladkorjev. Saharoza lahko delno hidrolizira v glukozo in fruktozo, ki sta reducirajoča sladorja in vstopata v Maillardovo reakcijo z beljakovinami. Stopnja želatinizacije škroba se poveča pri višjih temperaturah in večji vlagi, nižji hitrosti polža ter pri daljšem času zadrževanja (Dogan in sod., 2013).
Ugotovili so, da tudi razmerje med amilozo in amilopektinom pomembno vpliva na kakovost ekstrudiranih izdelkov. Optimalne lastnosti ekspandiranih in hrustljavih izdelkov so določili za razmerje amiloza/amilopektin, ki v škrobni frakciji surovin predstavlja 1:3 – 1:4 (Van der Sman in Broeze, 2012).
2.4.1.4 Lipidi
Lipidi imajo pomembno vlogo pri ekstruziji. Ker se s hidrofobnimi interakcijami vežejo na denaturirane proteine, zmanjšujejo stopnjo medmolekulskih povezav med proteini, kar
rezultira v bolj mehkih izdelkih. Manjša je tudi sila trenja in strižne sile med ekstruzijo (Arora in sod., 2020). Pri veliki vsebnosti lipidov v materialu se tvorijo kompleksi z amilozo in tako prispevajo k manjši hidrataciji in tudi kasnejši retrogradaciji škroba (Yağci in sod., 2020). Zmanjša se stopnja želatinizacije zaradi tvorbe amilozno-lipidnih kompleksov, tako amiloza ne more želatinizirati (Dogan in sod., 2013). Pri povišani temperaturi se tudi denaturirajo lipaze in lipooksigenaze, kar na dolgi rok poveča stabilnost lipidov glede hidrolize in oksidacije (Choton in sod., 2020).
2.4.1.5 Minerali in vitamini
Učinki ekstrudiranja na vitamine in minerale se razlikujejo zaradi razlik v kemijskih lastnostih. Med lipidotopnimi vitamini sta vitamina A in E zaradi vstopanja v reakcije oksidacije manj stabilna od vitaminov D in K (Leonard in sod., 2019). Ekstruzijsko kuhanje pomembno vpliva tudi na stabilnost drugih vitaminov v ekstrudiranih prigrizkih. Ob ustrezni vlažnosti in povišani temperaturi med ekstruzijo lahko prihaja do izgube askorbinske kisline – vitamina C. Opazili so, da tudi dolžina cevi ekstruderja vpliva na stabilnost nekaterih vitaminov (Choton in sod., 2020). Večja vlažnost materiala in nižja temperatura v ekstruderju sta na splošno povezani z večjo stabilnostjo vitaminov. To je povezano z manjšo viskoznostjo pri veliki vsebnosti vlage, kar omogoča hitrejši pretok materiala in skrajša čas zadrževanja v ekstruderju. Ekstrudiranje načeloma lahko izboljša absorpcijo nekaterih mineralov, zaradi delne hidrolize fitata pri povišanih temperaturah (Kamau in sod., 2020), čeprav različni avtorji pogostokrat navajajo nasprotujoče si rezultate o vplivu na biološko uporabnost (Leonard in sod., 2019).
2.4.1.6 Antinutrienti
Prehranska vrednost mešanice stročnic in žit je pogostokrat zmanjšana zaradi prisotnosti antinutritivnih dejavnikov kot so fitinska kislina, tanini, zaviralci tripsina, ki zmanjšajo prebavljivost beljakovin. Proces ekstruzije v splošnem zmanjšuje vsebnost in aktivnost spojin z antinutritivnimi lastnostmi (Choton in sod., 2020).
2.4.1.7 Vsebnost antioksidantov in fenolnih spojin
Antioksidanti imajo v živilski industriji vlogo preprečevanja oksidacije molekul, zlasti maščob in živil bogatih z maščobami, služijo pa tudi za podaljšanje roka uporabnosti izdelkov. V fazi ekstruzije prihaja do sproščanja vezanih fenolov iz živil v biološko dostopne oblike – proste fenole (Arora in sod., 2020). Proste fenolne spojine povečajo antioksidativno aktivnost živil. Postopek ekstrudiranja je rezultiral v nekoliko povečani vsebnosti topnih fenolnih spojin in antioksidantov v ekstrudatih (od 2-8 %). To lahko pripišemo sproščanju bioaktivnih spojin vezanih na celične stene, zaradi mehanskih sil in sproščene energije med ekstruzijo (Choton in sod., 2020). Sprostila naj bi se predvsem ferulna kislina, ki je vezana
na arabinoksilane, katerih topnost se poveča med postopkom ekstrudiranja. Po drugi strani pa nekatere raziskave kažejo, da lahko zaradi visoke toplote med obdelavo prihaja do kemijskih modifikacij fenolov in zmanjšanega antioksidativnega učinka (Arora in sod., 2020).
Kar zadeva antioksidativno aktivnost ekstrudiranih živil na osnovi stročnic, je treba poudariti, da ta ni samo posledica vsebnosti bioaktivnih spojin, ki jih prispevajo ekstrudirane surovine, ampak se določeni antioksidanti tvorijo tudi med Maillardovo reakcijo v fazi ekstrudiranja (Arribas in sod., 2019), zato se na splošno antioksidativna aktivnost med postopkom kuhanja z ekstrudiranjem poveča.
2.5 SPREMEMBA HRANILNE VREDNOSTI TER PREBAVLJIVOSTI EKSTRUDIRANIH STROČNIC
Postopek ekstrudiranja pozitivno vpliva na prehransko vrednost končnih proizvodov, saj povzroča pomembne spremembe na škrobu in beljakovinah, povečuje njihovo prebavljivost in zmanjšuje vsebnost inhibitorjev tripsina, lektinov, fitinske kisline ter taninov (Pasqualone in sod., 2020).
Da bi povečali uporabnost in uporabo stročnic, ki so odličen vir beljakovin, jih je potrebno pred zaužitjem ustrezno obdelati. Izvedenih je bilo veliko študij v zvezi z različnimi predelovalnimi postopki, ki bi bili uspešni pri zmanjševanju ali odpravljanju že opisanih antinutritivnih dejavnikov. Za zmanjšanje vsebnosti antinutritivnih dejavnikov so bili uporabljeni ločeni postopki, kot so namakanje, kuhanje, kuhanje pod pritiskom, ekstrudiranje itd. Uporabljajo se tudi nekatere tehnike biopredelave, kot so fermentacija, kaljenje in encimske modifikacije (Rahate in sod., 2020).
Predkondicioniranje pred ekstruzijsko obdelavo je na splošno izboljšalo hranilno vrednost izdelkov, saj se je znatno zmanjšala raven inhibitorjev tripsina. Mokro predkondicioniranje v kombinaciji z ekstrudiranjem se je izkazalo za bolj učinkovito kot sušenje pri 90–150 C.
S tehniko ekstrudiranja lahko temperatura sušenja prispeva k spremembam v sestavi, vendar v veliko manjši meri odpravi antinutritivne dejavnike. Ekstruzijsko kuhanje boba je rezultiralo v znatnem zmanjšanju vsebnosti fitinske kisline. Opazili so tudi zmanjšanje vsebnosti kondenziranih taninov (proantocianidini) in ostalih polifenolov. Glavni razlogi za zmanjšanje učinka antinutrientov so povezani s kemijskimi modifikacijami pri povišani temperaturi ali s tvorbo netopnih kompleksov (Rahate in sod., 2020). Znano je, da fitinska kislina, pa tudi kondenzirani tanini ter polifenoli medsebojno delujejo s proteini in tvorijo netopne komplekse. Posledično so ti kompleksi manj dovzetni na proteolizo kot pa sam protein (Alonso in sod., 2000).
V primeru fitinske kisline so opazili, da prihaja do delne hidrolize inozitol heksafosfata v tri-, tetra- in penta-fosfate. Ugotovili so veliko zmanjšanje aktivnosti zaviralcev tripsina (98,8 % zmanjšanje), aktivnosti zaviralca kimotripsina (52,8 %) in aktivnosti zaviralcev amilaze (100 %) (Rahate in sod., 2020). Škrob je v ekstrudiranih živilih delno že želatiniziran, kar je zelo zaželjeno pri hrani za dojenčke, saj tako hitro tvorijo viskozno, gosto pasto ob dodatku rahlo tople tekočine. Poleg tega pa, ker so ekstrudirane moke že želatinizirane, se hitreje hidrirajo kot surove moke in so zato lažje prebavljive. Če so med procesom ekstrudiranja intenzivne strižne sile, to lahko vpliva na viskoznost v drugi smeri, saj se lahko makromolekule razgradijo na manjše enote in tako bo tudi viskoznost produkta manjša (Sandrin in sod., 2017).
2.5.1 Učinek na škrob in beljakovine
Med ekstrudiranjem prihaja do želiranja škroba pri precej nižjih vsebnostih vode (12–22 %), kot pri večini ostalih tehnologijah predelave (Singh in sod., 2007). Prebavljivost škroba se lahko občutno poveča s povišanjem temperature ekstrudiranja, zaradi večje stopnje želatinizacije škroba (Rathod in Annapure, 2015). Poleg tega strižne sile pri ekstrudiranju rezultirajo v delni hidrolizi amiloze in zlasti molekul amilopektina, kar ima za posledico manjše in bolj prebavljive fragmente, to je dekstrine in reducirajoče sladkorje (Drulyte in Orlien, 2019). Prebavljivost škroba v ekstrudatih na osnovi leče je bila boljša, če je proces potekal pri povišani temperaturi ter večji vlažnosti surovine. Torej je prebavljivost škroba mogoče regulirati z uravnavanjem procesnih parametrov ekstrudiranja, saj morajo biti določena ekstrudirana živila lahko prebavljiva (živila za dojenčke), spet druga manj (npr.
živila z manjšim glikemičnim indeksom) (Rathod in Annapure, 2015).
Visoke temperature, trenje ter strižne sile pri ekstrudiranju pozročijo denaturacijo beljakovin in tako izboljšajo dostopnost le-teh za proteolizo. Posledično se tudi povečuje njihova površina, kar še dodatno poveča dostopnost beljakovin encimom v fazi prebave (Shah in sod., 2019). Po drugi strani pa lahko pride do tvorbe beljakovinskih agregatov denaturiranih proteinov. Lahko se tvorijo tudi dodatne disulfidne vezi ter izopeptidne vezi med določenimi aminokislinskimi preostanki, posledično pa se zmanjša njihova topnost in tudi prebavljivost.
Poleg tega prihaja med ekstrudiranjem do Maillardove reakcije, zlasti pri visokih temperaturah in nizki vlažnosti surovine. Ta vpliva na biološko uporabnost lizina, ki je v žitih limitirajoča aminokislina. Z vključitvijo stročnic, ki so relativno dober vir lizina, pa lahko prehransko vrednost ekstrudiranih izdelkov povečamo. Da bi zmanjšali obseg Maillardove reakcije, lahko ekstruzijo izvajamo pri bolj “blagih” pogojih (<180 C in >15
% vlage) (Singh in sod., 2007). Prebavljivost beljakovin je kot omenjeno boljša, zaradi denaturacije inhibitorjev prebavnih encimov (Arribas in sod., 2019). Na prebavljivost beljakovin vpliva tudi prisotnost celične stene in vsebnost vlaknin. V ekstrudiranih izdelkih iz fižola, graha ter leče so ugotovili, da se poveča delež topnih prehranskih vlaknin, kar pozitivno vpliva na biološko dostopnost proteinov (Morales in sod., 2015).
2.5.2 Učinek na antinutritivne dejavnike
Stročnice vsebujejo več antinutritivnih faktorjev, kot so zaviralci tripsina, lektini, tanini ter fitati. Na vsebnost teh spojin vplivajo delovni pogoji med ekstrudiranjem. Zvišanje temperature in vlage v surovini znižuje vsebnost fitata, inhibitorjev tripsina in lektinov, vendar se pri tem zmanjša tudi vsebnost nekaterih fenolnih antioksidantov ter tokoferolov (Pasqualone in sod., 2020). Aktivnost zaviralcev tripsina se po ekstrudiranju izrazito zmanjša zaradi visokih temperatur in strižnih sil, ki prispevajo k denaturaciji. Po ekstrudiranju leče so opazili 90 % zmanjšano aktivnost inhibitorjev tripsina (Ciudad-Mulero in sod., 2020). Če ekstruzija poteka pri nižjih temperaturah, je za ustrezen učinek potrebno podaljšati zadrževalni čas (Kamau in sod., 2020). Prav tako so poročali o močnem zmanjšanju aktivnosti lektinov po ekstrudiranju in sicer, da se je po ekstruziji leče prav tako zmanjšala za 90 % (Ciudad-Mulero in sod., 2020).
Ekstrudiranje povzroči tudi zmanjšanje skupnih fitatov, kar je v bistvu posledica zmanjšanja IP6, medtem ko se nekatere manj fosforilirane oblike, zlasti IP4 in IP5, povečujejo (Arribas in sod., 2019). Te manj fosforilirane oblike imajo tudi pozitivno vlogo pri sladkorni bolezni tipa 2 in celo izboljšajo absorpcijo mineralov (Pasqualone in sod., 2020).
Druge spojine, na katere vpliva proces ekstrudiranja, so α-galaktozidi, kot so rafinoza, stahioza in verbaskoza. Te spojine povzročajo napenjanje zaradi pomanjkanja α- galaktozidaze v človeški črevesni sluznici, hkrati pa imajo prebiotični učinek, ker jih zlahka fermentira naša črevesna flora, kar ima za posledico nastanek kratko verižnih maščobnih kislin, ki spodbujajo rast bifidobakterij in pozitivno vplivajo na zdravje sluznice debelega črevesa (Kelkar in sod., 2012). Ugotovljeno je bilo, da ekstrudiranje povzroči znatno povečanje vsebnosti skupnih α-galaktozidov in sicer do 85 % v primerjavi z neekstrudirano surovino. Obseg tega povečanja je z naraščanjem temperature ekstrudiranja višji in naj bi bil povezan z boljšo dostopnostjo ter ekstrakcijo oligosaharidov po termični obdelavi (Ciudad- Mulero in sod., 2020).
2.6 EKSTRUDIRANI IZDELKI
Kljub dobri prehranski vrednosti so široko uporabo stročnic v prehrani omejevale predvsem potreba po namakanju in dokaj dolgotrajni termični obdelavi, relativno intenzivni okusi in prisotnost antinutritivnih dejavnikov, kot so saponini, lektini, fitinska kislina in zaviralci prebavnih encimov. Kot že omenjeno se v fazi ekstrudiranja lahko občutno zmanjša vsebnost nekaterih antinutritivnih dejavnikov (Rahate in sod., 2020).
V okviru raziskave so analizirali vpliv ekstrudiranja na hidratizirano fižolovo moko, kjer so ohranjali temperaturo 140 C pri relativno veliki hitrosti polža. Pripravili so dobro ekspandiran in hrustljav prigrizek s senzoričnimi lastnostmi, podobnimi komercialnim
ekstrudiranim koruznim prigrizkom. Na osnovi tovrstnih raziskav je mogoče sklepati, da ekstrudirani izdelki predstavljajo dodatno možnost uporabe stročnic v produktih, ki še niso prisotni na trgu. Pri poskusu pa so uporabljali dvopolžni ekstruder (Smith in Hardacre, 2011). Analizirali so tudi vpliv dodatka kaljene čičerikine moke v ekstrudate. Kaljenje je povečalo prebavljivost beljakovin, izboljšalo razpoložljivost esencialnih aminokislin ter vsebnost linolne kisline v čičerikini moki. Dodatek take moke do 20 % ni vplival na ekspanzijske lastnosti (Fernandez in Berry, 1988). Tudi otroška hrana v obliki ekstrudiranega prahu, katerega se pripravi z dodatkom vode predstavlja eno od možnosti uporabe ekstrudiranih stročnic. Tovrstna živila imajo manj stroge zahteve po ekspanziji kot prigrizki, zato lahko vsebujejo relativno velik delež stročnic (Pasqualone in sod., 2020), ki pa morajo vsebovati zelo malo antinutritivnih spojin in slabo prebavljivih oligosaharidov.
Ugotovili so, da nepredelana oz. neekstrudirana moka stročnic kaže višjo stopnjo retrogradacije škroba kot ekstrudirana, ki je bila podvržena ustrezni toplotni in mehanski razgradnji. Zato bi lahko ekstrudirane stročnične moke dodali pekovskim izdelkom, kar bi lahko zmanjšalo obseg retrogradacije škroba (Mitrus in sod., 2020).
Ekstrudirani izdelki predstavljajo široko paleto izdelkov, kot so prigrizki, žitarice za zajtrk, analogi mesa in sira, hrana za dojenčke, testenine, slaščice in druga teksturirana živila kot so teksturirane rastlinske beljakovine. Ekstruzijo se uporablja tudi za pripravo polizdelkov kot so predželatinizirana moka, škrob in kemično modificirana vlakna. Te sestavine se nadalje uporabljajo v proizvodnji drugih živilskih izdelkov (Choton in sod., 2020).
Izdelki za prehrano ljudi pripravljeni z ekstruzijo vključujejo:
a) Žvečilni gumiji, bonboni: Z vročo ekstruzijo iz mešanice sladkorja, glukoze, škroba in hidrokoloidov lahko pripravimo žvečilne gumije in različne bonbone. Pri povišani temperaturi škrob želatinizira, raztopi se sladkor in izhlapi odvečna voda.
Plastificiranemu materialu se dodajo barvila in arome, ki se po mešanju ohladijo in iztisnejo. S pogoji ekstruzije se lahko prilagodi teksturo izdelka, obliko. Te različne kombinacije omogočajo zelo širok nabor izdelkov (Choton in sod., 2020).
b) Testenine: pogosto proizvedena z enopolžnim ekstruderjem pri nižji temperaturi.
c) Neposredno ekspandirani izdelki, žitarice za zajtrk (ready to eat): So zelo pogosta kategorija ekstrudiranih izdelkov na trgu. So različnih oblik in velikosti. Ti izdelki imajo značilnosti lahke, hrustljave, zračne teksture. Pri izdelavi teh izdelkov je zelo pomembna ekspanzija škrobnega materiala, ko izstopi iz matrice ekstruderja. Ekstrudirana masa je pod visokim pritiskom in temperaturo pred izstopom iz matrice, kar omogoči ekspanzijo plinov pri izhodu iz ekstruderja. Običajne surovine za te izdelke so žitne moke z visoko vsebnostjo škroba. Poleg moke ali škroba kot glavne sestavine se v manjših količinah uporabljajo tudi druge sestavine, kot so sol, vlaknine, sladkor, sredstva za vzhajanje in drugo. Poljščine, ki se uporabljajo za izdelavo neposrednih ekspandiranih izdelkov, so koruza, pšenica, riž, tapioka, krompir, kvinoja, proso in druge. Bela moka se najpogosteje uporablja, ker ima visoko sposobnost ekspandiranja. Polnozrnata moka ima
običajno nižjo ekspanzijo v primerjavi z belo moko, zaradi večje prisotnosti vlaknin.
Večina neposredno ekspandiranih izdelkov je proizvedena v pogojih z nizko vlažnostjo surovine v območju od 12 % do 16 % in v temperaturnem območju 100-160 °C. Pri tej relativno nižji vlažnosti je potrebno vložiti dosti energije, ker je potrebna večja sila za potiskanje materiala skozi ekstruder v primerjavi z večjim deležem vode. Večji vnos energije privede do večje stopnje hidrolize škroba, kar prispeva k hrustljavi teksturi izdelkov (Cockle, 2020).
Z ekstrudiranjem lahko povečamo tudi vrednosti nekaterim živilskim odpadkom in stranskim proizvodom ter jih tako ponovno koristno uporabimo. Odpadki iz predelave hrane zajemajo vse ostanke hrane, ki so ostali v različnih predelovalnih postopkih. Ti stranski proizvodi so dragoceni viri antioksidantov, esencialnih maščobnih kislin, prehranskih vlaknin, mineralov, vitaminov in fitokemikalij, vključno s polifenoli, karotenoidi, fitosteroli.
Predelava z ekstrudiranjem je uporaben način, s katerim lahko v prehrano vključimo nekonvencionalne, premalo izkoriščene vire hranil in ostanke predelave hrane (Choton in sod., 2020).
2.7 STRUKTURIRANJE NADOMESTKOV MESA NA OSNOVI BELJAKOVIN RASTLINSKEGA IZVORA
Z naraščajočo populacijo v državah v razvoju se bo povpraševanje po beljakovinah vsekakor povečalo in samo z živili živalskega izvora ne bo mogoče zadostiti naraščajočim potrebam.
Beljakovine rastlinskega izvora imajo veliko prednost v kontekstu manjšega obremenjevanja okolja in nižjih stroškov pridelave (Rahate in sod., 2020). Z ekstrudiranjem se spreminjajo fizikalne lastnosti in prebavljivost beljakovin, ki jih lahko ustrezno funkcionaliziramo.
Rastlinske beljakovine se naravno ne pojavljajo v fibrilarni usmerjenosti, ki je značilna za mesne izdelke (Schreuders in sod., 2021). Med ekstrudiranjem za proizvodnjo rastlinskih analogov mesa se beljakovinska masa prenaša vzdolž cevi ekstruderja in se nato črpa skozi dolge šobe, kjer se masa podvrže teksturiranju. Z ustreznimi izvedbami šob se lahko zagotovi počasno ohlajanje mase na temperaturo pod 100 °C, da ne pride do ekspanzije ter se dobi gosto teksturirane mesu podobne izdelke. Poleg tega lahko z ustrezno konfiguracijo v povezavi z znižanjem tlaka delno odpravimo moteče in atipične okuse, arome ter grenak okus, ne da bi negativno vplivali na teksturne lastnosti (Arora in sod., 2020).
Teksturiranje beljakovin je večstopenjski proces. Prvi predstavlja ekstrudiranje proteinske mase skozi takšno obliko šobe, da se tvori tanka plast. Nato se maso izpostavi povišani temperaturi, da se ustrezno strukturira. Debelina plasti, zadrževalni čas in način ter količina prenesene toplote pomembo vplivajo na lastnosti materiala. Viskoznost mase je v pozitivni korelaciji s stopnjo denaturacije proteinov in tvorbo kovalentnih vezi med proteini. Pri daljših zadrževalnih časih je potrebno dovesti več mehanske energije, kar kaže na večji obseg kemijskih modifikacij in agregacij ter kinetično naravo procesa (Arora in sod., 2020).
Ustrezno teksturirani rastlinski proteini z ekstrudiranjem lahko do določene mere pridobijo lastnosti, ki so značilne za mišične proteine. Imajo vlaknasto strukturo, visoko sposobnost absorpcije in zadrževanja vode tudi pri povišani temperaturi. Na kakovost teksturiranih rastlinskih proteinov vpliva uporabljena surovina (komponente, zrnatost, pogoji predhodne obdelave, aditivi), ekstruder (oblika šobe, razmerje med dolžino in premerom polža) in procesni parametri iztiskanja (temperatura, vsebnost vlage, hitrost dovajanja surovine, hitrost vrtenja polža). Med postopkom iztiskanja zaradi povišane temperature, strižnih sil in tlaka, prihaja do agregacije beljakovin. Do določene mere se hidrolizira škrob in oksidirajo maščobe. Glede na vsebnost vode lahko teksturirane rastlinske proteine razdelimo v dve kategoriji: tiste z nizko vlažnostjo (20 ~ 40 % vlage) in tiste z visoko vlažnostjo (40 ~ 80 % vlage). Teksturirani rastlinski proteini z nizko vlažnostjo še niso končni produkt, saj jih je pred uporabo potrebno rehidrirati. Postopek ekstrudiranja z višjo vlažnostjo se bolj uporablja za izdelke z višjo kakovostjo. Ekstruderji, v katerih pripravljajo izdelke z višjo vlažnostjo, imajo daljšo hladilno regijo kot ekstruderji z nizko vsebnostjo vlage, kar omogoča nastanek vlaknaste strukture pri relativno nizki temperaturi (nižji od 75 °C). Poleg tega se mikrohranila ali bioaktivne snovi, zaradi relativno nizke temperature, dosežene z visoko vlažno ekstruzijo, bolje ohranijo. Izdelki z visoko vlažnostjo imajo tako teksturo, ki je dokaj podobna živalskemu mesu z bogato vlaknasto, gosto strukturo, ustrezno elastičnostjo in primerljivo vsebnostjo vlage. Medtem, ko je pri tehnologiji ekstrudiranja z nizko vlažnostjo zadrževalni čas krajši, je temperatura za teksturiranje in ekspandiranje beljakovin običajno višja od 120 °C (Zhang in sod., 2019).
Reološke lastnosti materiala v fazi ekstruzije so odvisne od posamezne faze procesa, ki ga v grobem razdelimo na štiri segmente: dovodno območje, mešalno območje, talilno območje in iztiskanje materiala skozi šobo. V dovodnem območju so vhodne surovine na sobni temperaturi in še niso medsebojno premešane, polž služi za transport v naslednje področje.
V mešalnem območju je polž pogosto opremljen z nekaterimi gnetilnimi elementi, ki izboljšajo mešanje materialov. V tem segmentu se dodaja tudi voda, katere temperatura je vedno nižja od 80 °C, kar zagotavlja enakomerno porazdelitev vode v materialu. Tako imenovano talilno območje je osrednje funkcionalno območje ekstruderja z več gnetilnimi elementi na polžu. V tem področju prihaja tudi do segrevanja mase na temperaturo, ki je običajno nad 130 °C, kar zagotavlja pogoje v katerih prihaja do fizikalnih in kemijskih sprememb rastlinskih beljakovin. Ko segreta masa prehaja skozi šobo, prihaja do strižnih obremenitev, padca tlaka in izhlapevanja vode. V tem področju so ustrezni pogoji, ki bodo kasneje omogočili tvorbo vlaknaste strukture. V hladilnem območju po iztiskanju iz šobe je temperatura največkrat nižja od 75 °C, kar zagotavlja ustrezno strukturiranje beljakovin in spodbuja oblikovanje vlaknaste strukture (Zhang in sod., 2019). Kot že omenjeno je v tej zadnji fazi potrebno zagotoviti, da ne pride do ekspanzije materiala, kar dosežemo z uporabo ustreznih šob s temperaturnim gradientom, da pride do stabilizacije beljakovinskih agregatov, temperatura mase pa pade pod 100 °C (Arora in sod., 2020).
3 ZAKLJUČEK
Stročnice so se pokazale kot primeren material za proizvodnjo ekstrudiranih živil, v katerih lahko delno ali v celoti zamenjajo žita. Z ustrezno izbiro parametrov obdelave je mogoče izboljšati ekspanzijo in ekstrudatom pridobiti gobasto ter hrustljavo strukturo, ki jo pričakujejo potrošniki. Dodatek moke stročnic izboljša hranilno vrednost končnih proizvodov na osnovi žit, saj se poveča vsebnost skupnih beljakovin in pridobi ustreznejše razmerje esencialnih aminokislin. Poveča se delež mnogih mikrohranil, hkrati pa postopek ekstrudiranja pri povišani temperaturi zagotavlja še inaktivacijo mnogih antinutrientov, ki so običajno prisotni v stročnicah. Ekstruzija stročnic predstavlja primerno strategijo za vključevanje stročnic v prehrano, saj je ravno dolgotrajen čas priprave živil iz stročnic ena njihovih večjih slabosti (Pasqualone in sod., 2020). Poleg tega pa lahko ekstrudirane stročnice (tudi v kombinaciji z žiti) predstavljajo visoko hranljiva živila, pripravljena za zaužitje, ki so dlje časa stabilna na policah. To je še posebej pomembno na geografskih območjih, kjer tovrstna živila lahko pripomorejo k lajšanju podhranjenosti (Kamau in sod., 2020).
Ključne prednosti ekstrudiranja vključujejo sposobnost pridobivanja raznolike vrste ekstrudiranih izdelkov iz poceni surovin v minimalnih časih predelave, kar omogoča enotno proizvodnjo v neprekinjenem sistemu. Ekstruderji so zasnovani tako, da hkrati izvajajo več operacij znotraj ene same naprave. So tako rekoč reaktorji, ki lahko spremenijo raznoliko paleto živilskih materialov in jih preoblikujejo v končne izdelke z želenimi lastnostmi.
Ekstruderji z enojnim polžem so primerni za poceni obdelavo manj kompleksnih sestavin, medtem ko pa se bolj zapleteni dvopolžni ekstruderji uporabljajo za bolj dovršene izdelke, ki vsebujejo večje količine komponent (Offiah in sod., 2019).
Ekstrudiranje predstavlja zahtevno tehnološko operacijo, kjer veliko dejavnikov vpliva na fizikalne in kemijske lastnosti končnega produkta (Zhang in sod., 2019). Zelo je pomembno razumeti vpliv posameznih parametrov ekstruzije za namen priprave funkcionalnih, senzorično sprejemljivih živil z veliko prehransko vrednostjo (Arora in sod., 2020). Za razumevanje kompleksnih biokemičnih reakcij v ekstruderju bo v bodoče potrebno vključiti tudi informacijsko tehnologijo in ustrezne simulacije procesov, ki bodo temeljile na kvalitetnih vhodnih podatkih o lastnosti surovin, parametrih ekstrudiranja, konformacijskih spremembah komponent in kemijskih spremembah, ki vplivajo na končno kakovost ekstrudatov (Zhang in sod., 2019). Na splošno se je treba izogibati visoki temperaturi ekstrudiranja (200 °C) in nizki vsebnosti vlage (pod 15 %), da se ohrani hranilna kakovost (Singh in sod., 2007). Dobro razumevanje celotnega procesa bo omogočilo optimizacijo v kontekstu energije in skupnih stroškov ob zagotavljaju varnosti ter kvalitete živil.
4 VIRI
Ali E.A.A.M.O., Awadelkareem A.M., Gasim S., Yousif N.E.A. 2014. Nutritional composition and antinutrients of two faba bean (Vicia faba L.) lines. International Journal of Advanced Research, 2, 12: 538-544
Almutairi M.K.O., Alsayyid A.A.H., Abo el-Fetoh N.M., Alenzi A.A.E. 2018. Glucose-6- phosphate dehydrogenase deficiency (G6PD) (Favism) in Dammam, Eastern Province of Saudi Arabia. Egyptian Journal of Hospital Medicine, 70, 5: 713-717 Alonso R., Aguirre A., Marzo F. 2000. Effects of extrusion and traditional processing
methods on antinutrients and in vitro digestibility of protein and starch in faba and kidney beans. Food Chemistry, 68: 159-165
Arora B., Yoon A., Sriram M., Singha P., Rizvi S.S.H. 2020. Reactive extrusion: A review of the physicochemical changes in food systems. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 64: 102429, doi:10.1016/j.ifset.2020.102429: 12 str.
Arribas C., Cabellos B., Cuadrado C., Guillamón E., Pedrosa M.M. 2019. Extrusion effect on proximate composition, starch and dietary fibre of ready-to-eat products based on rice fortified with carob fruit and bean. LWT – Food Science and Technology, 111:
387-393
Balamurugan R., Dokladny K., Moseley P.L., Patel Y.R., Lin H.C. 2010. Sucrose co- administration reduces the toxic effect of lectin on gut permeability and intestinal bacterial colonization. Digestive Diseases and Sciences, 55: 2778-2784
Berrios J.D.J. 2011. Extrusion cooking: Legume pulses. V: Encyclopedia of agricultural, food and biological engineering. 2nd ed. Heldman D.R., Moraru C.I. (ur.). Boca Raton, CRC Press: 453-464
Camire M.E., Camire A., Krumhar K. 2009. Chemical and nutritional changes in food during extrusion. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 29: 35-57
Choton S., Gupta N., Bandral J. D., Anjum N., Choudary A. 2020. Extrusion technology and its application in food processing: A review. Pharma Innovation Journal, 9, 2: 162- 168
Ciudad-Mulero M., Fernandez-Ruiz V., Cuadrado C., Arribas C., Pedrosa M.M., Berrios J.D.J., Pan J., Morales P. 2020. Novel gluten-free formulations from lentil flours and nutritional yeast: Evaluation of extrusion effect on phytochemicals and non-
nutritional factors. Food Chemistry, 315: 126175, doi:
10.1016/j.foodchem.2020.126175: 7 str.
Cockle C. 2020. Basics of extrusion processing. V: Extrusion cooking: cereal grains processing. 2nd ed. Ganjyal G.M. (ur.). Duxford, Elsevier: 1-29
Crozier A., Jaganath I., Clifford M.N. 2006. Phenols, polyphenols and tannins: An overview.
V: Plant secondary metabolites: Occurrence, structure and role in the human diet.
Crozier A., Clifford M.N., Ashihara H. (ur.). Oxford, Blackwell Publishing: 1-24 Day L., Swanson B.G. 2013. Functionality of protein-fortified extrudates. Comprehensive
Reviews in Food Science and Food Safety, 12, 5: 546-564
Dogan H., Gueven A., Hicsasmaz Z. 2013. Extrusion cooking of lentil flour (Lens Culinaris -red)-corn starch-corn oil mixtures. International Journal of Food Properties, 16, 2:
341-358
Drulyte D., Orlien V. 2019. The effect of processing on digestion of legume proteins. Foods, 8: 224, doi:10.3390/foods8060224: 9 str.
Emin M.A., Schuchmann H.P. 2017. A mechanistic approach to analyze extrusion processing of biopolymers by numerical, rheological, and optical methods. Trends in Food Science and Technology, 60: 88-95
Fernandez M.L., Berry J.W. 1988. Nutritional evaluation of chickpea and germinated chickpea flours. Plant Foods for Human Nutrition, 38: 127-134
Gilani G.S., Xiao C.W., Cockell K.A. 2012. Impact of antinutritional factors in food proteins on the digestibility of protein and the bioavailability of amino acids and on protein quality. British Journal of Nutrition, 108, S2: 315-332
Hoehnel A., Bez J., Petersen I.L., Amarowicz R., Juskiewicz J., Zannini E., Arendt E.K.
2020. Combining high-protein ingredients from pseudocereals and legumes for the development of fresh high-protein hybrid pasta: enhanced nutritional profile. Journal of the Science of Food and Agriculture, doi:10.1002/jsda.11015: 11 str. (v tisku) Kamau E.H., Nkhata S.G., Ayua E.O. 2020. Extrusion and nixtamalization conditions
influence the magnitude of change in the nutrients and bioactive components of cereals and legumes. Food Science and Nutrition, 8: 1753-1765
