Разработка экструдированных продуктов с добавлением гидролизатов жмыха брусники и дрожжевой биомассы

Введение: Разработка экструдированных специализированных профилактических продуктов предполагает введение в экструдируемую смесь значительного количества функциональных ингредиентов. Современной тенденцией в пищевой промышленности является стремление эффективно использовать вторичные ресурсы переработки плодово-ягодного сырья, как источников пищевых волокон, фенольных соединений, красителей, а также применять в качестве функциональных ингредиентов продукты биоконверсии. Значимое изменение рецептур экструдированных продуктов может негативно отразится на структурно-механических, гидратационных характеристиках готовых продуктов. 

Целью исследования являлась разработка сбалансированных по пищевой ценности экструдированных продуктов с добавлением гидролизата жмыха брусники, как источника пищевых волокон и фенольных соединений, и гидролизата дрожжевой биомассы как источника белка, а также исследование влияния состава смеси на физико-химические и структурно-механические характеристики экструдатов. 

Материалы и методы: С использованием метода D-оптимального планирования с ограничениями составлены рецептуры смесей на основе рисовой крупы с добавлением до 8% гидролизатов жмыха брусники и дрожжевой биомассы, обеспечивающие получение смесей с отличительными признаками «высокое содержание пищевых волокон» и «источник белка». Смеси экструдировали при влагосодержании 15% и температуре 155-160 °С, далее определяли их физико-химические и технологические характеристики.

Результаты: Получены адекватные математические модели, описывающие влияние состава смеси на удельную механическую энергию, коэффициент расширения и насыпную плотность экструдатов, твердость, количество микроразломов, цветовые характеристики, содержание фенольных соединений. С добавлением гидролизатов жмыха брусники и дрожжевой биомассы в рецептуры смесей до 8% снижался удельный расход механической энергии с 0,214 до 0,163 кВт·ч/кг. Ухудшения структурно-механических свойств не происходило: твердость экструдатов снижалась с 15,8 до 6,2 Н, количество микроразломов, косвенного показателя пористости или хрусткости, возрастало с 6,7 до 11,8. Динамическая вязкость водных суспензий помолов экструдатов с гидролизатами, заваренными как каши быстрого приготовления, составляла 2,3…3,2 Па·с. Внесение гидролизата жмыха брусники значимым образом увеличило в экструдатах содержание фенольных соединений с 57,2 до 1258…1261 мкг/г, при этом отмечено значимое смещение цветовой хроматической составляющей а* в область красного с 7,7 до 44.

Выводы: Использование гидролизатов жмыха брусники и дрожжевой биомассы в рецептурах экструдированных продуктов позволяет получать продукты, готовые к употреблению, с высокой пищевой ценностью без ухудшения потребительских характеристик, которые могут применяться для специализированного диетического питания.

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

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

3. Лютикова, М. Н., & Ботиров, Э. Х. (2015). Химический состав и практическое применение ягод брусники и клюквы. Химия растительного сырья, (2), 5-27. https://doi.org/10.14258/jcprm.201502429

4. Серба, Е.М., Юраскина, Т.В., Римарева, Л.В., Ревякина, В.А, Медриш, М.Э., & Погоржельская, Н.С. (2022). Ферментолизат Saccharomyces сerevisiae: научно-практическое обоснование использования в качестве биологически активной добавки. Биотехнология, 38(4), 107-113. https://doi.org/10.56304/S0234275822040123.

5. Тутельян, В.А. (2021). Здоровое питание для общественного здоровья. Общественное здоровье, 1(1), 56-64. https://doi.org/10.21045/2782-1676-2021-1-1-56-64.

6. Шариков, А.Ю., Поливановская, Д.В., Серба, Е.М., Амелякина, М.В., & Соколова, Е.Н. (2023) Использование гидролизата дрожжевой биомассы в технологии зерновых. Вестник КрасГАУ, 201(12), 267-275. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-12-267-275

7. Шариков, А.Ю., Иванов, В.В., Амелякина, М.В., Соколова, Е.Н., Ионов, В.В., & Серба, Е.M. (2024a). Влияние влагосодержания на режимы экструзии и физико-химические показатели экструдатов с добавлением ферментолизата жмыха аронии черноплодной. Российская сельскохозяйственная наука, (3), 66-71. https://doi.org/10.31857/S2500262724030135

8. Шариков, А.Ю., Поливановская, Д.В., Амелякина, М.В., Туршатов, М.В., Соловьев, А.О. & Абрамова, И.М. (2024b). Разработка технологии каш быстрого приготовления на основе экструдатов дробленого риса и барды топинамбура. Пищевая промышленность, (10), 58-63. https://doi.org/10.52653/PPI.2024.10.10.011

9. Akande, O.A., Nakimbugwe, D., & Mukisa, I.M. (2017) Optimization of extrusion conditions for the production of instant grain amaranth‐based porridge flour. Food Science & Nutrition, (5), 1205 – 1214

10. Alam, M. S., Kaur, J., Khaira, H., & Gupta, K. (2015). Extrusion and extruded products: Changes in quality attributes as affected by extrusion process parameters: A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 56(3), 445–473. https://doi.org/10.1080/10408398.2013.779568

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

12. Carneiro, A. F., Carneiro, C. N., de N Pires, L., Teixeira, L. S. G., Azcarate, S. M., & de S Dias, F. (2020). D-optimal mixture design for the optimization of extraction induced by emulsion breaking for multielemental determination in edible vegetable oils by microwave-induced plasma optical emission spectrometry. Talanta, 219, 121218. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121218

13. Delić, J., Ikonić, P., Jokanović, M., Peulić, T., Ikonić, B., Banjac, V., Vidosavljević, S., Stojkov, V.& Hadnađev, M. (2023). Sustainable snack products: Impact of protein-and fiber-rich ingredients addition on nutritive, textural, physical, pasting and color properties of extrudates. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 87, 103419. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2023.103419

14. Gat, Y., & Ananthanarayan, L. (2015). Physicochemical, phytochemical and nutritional impact of fortified cereal-based extrudate snacks: effect of underutilized legume flour addition and extrusion cooking. Nutrafoods, 14, 141-149. https://doi.org/10.1007/s13749-015-0036-7

15. Grasso, S. (2020). Extruded snacks from industrial by-products: A review. Trends in Food Science & Technology, (99), 284-294. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.03.012.

16. Guy, R. (Ed.). (2001). Extrusion cooking: technologies and applications (Vol. 61). Woodhead publishing.

17. Höglund, E., Eliasson, L., Oliveira, G., Almli, Vale, L., Sozer, N.,& Alminger, M. (2018) Effect of drying and extrusion processing on physical and nutritional characteristics of bilberry press cake extrudates. LWT - Food Science and Technology, 92(5), 422-428. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.02.042.

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

19. Jach M.E., Serefko A., Ziaja M.,& Kieliszek M. (2022) Yeast Protein as an Easily Accessible Food Source. Metabolites, 12(1), 63. https://doi.org/10.3390/metabo12010063.

20. Kaisangsri, N., Kowalski, R., Wijesekara, I., Kerdchoechuen, O., Laohakunjit, N.& Ganjyal, G. (2015). Carrot Pomace Enhances the Expansion and Nutritional Quality of Corn Starch Extrudates. LWT - Food Science and Technology, 68, 391-399. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2015.12.016.

21. Kitrytė, V., Kavaliauskaitė, A., Tamkutė, L., Pukalskienė, M., Syrpa, M.,& Venskutonis, P.R. (2020) 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, 322, 126767. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126767

22. Krawęcka, A., Sobota, A., & Sykut-Domańska, E. (2019). Functional cereal products in the diet for type 2 diabetes patients. International Journal of Food Science, 2019, 4012450. https://doi.org/10.1155/2019/4012450

23. Kumar, R., Sharma, H., & Kumar, N. (2013). Development and characterization of apple pomace and rice flour based extrudates. International Journal of Postharvest Technology and Innovation, 3(3), 285-303

24. Lai, C.S., Davis, A.B., & Hoseney, R.C. (1985). Effect of yeast protein concentrate and some of its components on starch extrusion. Cereal Chemistry, 62(4), 293-300.

25. Mburu, M.W., Gikonyo, N.K., Kenji, G.M., & Mwasaru A.M. (2011). Properties of a complementary food based on amaranth grain (Amaranthus cruentus) grown in Kenya. Journal of Agriculture and Food Technology, 12(2), 5959-5977.

26. Michalska-Ciechanowska, A. (2019). A review of new directions in managing fruit and vegetable processing by-products. Trends in Food Science & Technology, 88, 207-219. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.03.021

27. Mironeasa, S., Coţovanu, I., Mironeasa, C., & Ungureanu-Iuga, M. (2023). A Review of the changes produced by extrusion cooking on the bioactive compounds from vegetal sources. Antioxidants, 12(7), 1453. https://doi.org/10.3390/antiox12071453

28. Pismag, R.Y, Rivera, J.D., Hoyos, J.L, Bravo, J.E., & Roa, D.F. (2024) Effect of extrusion cooking on physical and thermal properties of instant flours: a review. Frontiers in Sustainable Food Systems, 8, 1398908. https://doi.org/10.3389/fsufs.2024.1398908

29. Robin, F., Karbstein, H. & Palzer, S. (2012). Dietary fiber in extruded cereals: Limitations and opportunities. Trends in Food Science & Technology, 28, 23–32. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2012.06.008.

30. Šárka, E., Sluková, M.,& Henke, S. (2021). Changes in Phenolics during Cooking Extrusion: A Review. Foods, 10(9), 2100. https://doi.org/10.3390/foods10092100

31. Schmid, V., Mayer-Miebach, E., Behsnilian, D., Briviba, K., Karbstein, H.& Emin, M.A. (2021). Enrichment of starch-based 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, 154, 112610. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112610.

32. Tas, A. A., & Shah, A. U. (2021). The replacement of cereals by legumes in extruded snack foods: Science, technology and challenges. Trends in Food Science & Technology, 116, 701-711. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.08.016

33. Vishwakarma, S., Dalbhagat, C. G., Mandliya, S., & Mishra, H. N. (2022). Investigation of natural food fortificants for improving various properties of fortified foods: A review. Food Research International, 156, 111186. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111186

34. Wang, S., Gu, B.-J., & Ganjyal, G. (2019). Impacts of the inclusion of various fruit pomace types on the expansion of corn starch extrudates. LWT - Food Science and Technology, 110, 223-230. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.03.094

35. Yu, H., Liu, H., Erasmus, S.W., Zhao, S., Wang, Q., & van Ruth, S.M. (2021). An explorative study on the relationships between the quality traits of peanut varieties and their peanut butters. LWT, 151, 112068. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112068