Введение
Текстурированный растительный белок (TVP) является одним из наиболее значимых технологических достижений в области пищевых наук за последние шесть десятилетий. Являясь зарегистрированным товарным знаком компании Archer Daniels Midland, термин “TVP” стал синонимом целого класса продуктов на основе растительного белка, которые путем переработки из простой муки превращаются в материалы, обладающие текстурой, жевательностью и волокнистостью, напоминающими мясо. Эти продукты определяются как “пищевые продукты, изготовленные из съедобных источников белка и характеризующиеся структурной целостностью и распознаваемой текстурой, благодаря которым каждая единица продукта сохраняет свои свойства при гидратации в процессе приготовления и других операций, применяемых при подготовке пищи к употреблению”.
Появление текстурированных растительных белков в 1960-х годах стало прорывом в области использования растительных белков. До этого соевые белковые продукты представляли собой в основном муку или порошки, которые приходилось “скрывать” в существующих продуктах питания, таких как хлеб, макаронные изделия или напитки. Задача была двоякой: сделать эти порошки достаточно безвкусными и белыми, одновременно предотвращая любые негативные изменения органолептических характеристик “базового” продукта в масштабах, значимых с точки зрения питательности и экономики. Текстурирование изменило эту парадигму, позволив создавать продукты, которые могли бы существовать самостоятельно в качестве аналогов мяса или служить эффективными заменителями мяса, обладая собственной характерной и привлекательной текстурой.
В данном всеобъемлющем руководстве подробно рассматривается весь технологический процесс производства текстурированного растительного белка — от выбора сырья до конечной упаковки и применения. Содержание руководства построено таким образом, чтобы обеспечить как теоретическое понимание основ пищевой науки, так и практические рекомендации по ведению производственных операций для технологов пищевой промышленности, руководителей производств и специалистов по контролю качества, работающих в этой быстро развивающейся отрасли.
Глава 1: Сырье для производства текстурированного растительного белка
1.1 Соевый белок как основное сырье
Соевые белки являются наиболее широко используемым исходным сырьем для производства текстурированных растительных белков. Доминирующее положение сои в этом секторе обусловлено рядом преимущественных свойств: высоким содержанием белка, благоприятным аминокислотным профилем, функциональными характеристиками, которые хорошо поддаются процессу текстурирования, а также экономической целесообразностью. Однако текстурированию поддаются и другие растительные белки, в том числе белки хлопковых семян, кукурузы, пшеницы, арахиса и аналогичные белки.
Соевая мука (содержание белка 50%): Это наиболее широко используемое исходное сырье для производства TVP, особенно в процессах экструзии с низким содержанием влаги. Обезжиренная соевая мука с высоким индексом растворимости белка необходима для достижения надлежащей текстуризации. Мука должна быть измельчена достаточно мелко, чтобы проходить через сито с размером ячейки 100 меш или меньше, что обеспечивает равномерность переработки. Соевая мука обычно содержит около 50% белка и характеризуется индексом диспергируемости белка (PDI) 60–70. Этот диапазон значений PDI имеет решающее значение, поскольку он указывает на растворимость соевых белков, что напрямую влияет на их способность претерпевать структурные изменения, необходимые для текстурирования.
Концентрат соевого белка (белок 70%): Соевый белковый концентрат, получаемый из высококачественных, здоровых, чистых, очищенных от шелухи соевых бобов путем удаления большей части масла и водорастворимых небелковых компонентов, содержит не менее 65% белка в расчете на сухую массу. Концентраты позволяют получать текстурированные продукты с более высоким содержанием белка и более нейтральным вкусовым профилем по сравнению с продуктами, изготовленными из муки. Они также обладают превосходными характеристиками водопоглощения, обычно поглощая воду в объеме, равном 4,5–5 раз больше их собственного веса, в то время как для продуктов на мучной основе этот показатель составляет 2,5–3 раза.
Изолированный соевый белок (белок 90%): Изоляты — наиболее очищенный исходный материал на основе соевого белка — в основном используются в процессах волокнистого прядения и экструзии с высоким содержанием влаги. Хотя из изолятов получаются наиболее очищенные текстурированные продукты с чистейшим вкусом и максимальным содержанием белка, их применение ограничивается более высокой стоимостью.
1.2 Альтернативные источники белка
Белок фасоли фаба: Недавние исследования показали, что из белка бобов фаба можно успешно получать текстурированные растительные белки методом экструзии с низким содержанием влаги. Исследования, посвященные изучению переменных экструзии, включая температуру матрицы (110–140 °C), влажность сырья (30–40%) и скорость вращения шнека (200–400 об/мин), позволили установить оптимальные параметры для производства ТВП из белка фасоли. Текстурированный растительный белок из фасоли был успешно включен в состав гибридных бургеров (заменив 25% говядины) и веганских бургеров, продемонстрировав повышенный выход при приготовлении и лучшую способность удерживать влагу по сравнению с контрольными образцами, состоящими исключительно из говядины.
Белок маша: Изолированный белок маша продемонстрировал потенциал в качестве заменителя изолированного соевого белка при производстве мясозаменителей с высоким содержанием влаги. Исследования показывают, что увеличение содержания белка маша с 0% до 50% улучшает гелеобразующую способность и способствует формированию волокнистой структуры. При содержании белка маша на уровне 40–50% наблюдалась наиболее похожая на мясо волокнистая структура, что позволяло получать мягкие, сочные образцы с богатым содержанием волокон.
Белки из прессованного пирога: Утилизация отжимов — побочных продуктов производства миндального, кокосового, льняного, тыквенного, рапсового и подсолнечного масла — представляет собой новый подход к производству TVP, ориентированный на принципы устойчивого развития. Эти муки из отжимов, смешанные с изолятом горохового белка в пропорциях 25–100%, могут быть переработаны методом экструзии с низким содержанием влаги для получения ТВП, обладающих преимуществами с точки зрения питательности и экологической устойчивости. Было установлено, что продукты, изготовленные с использованием отжимов из семян подсолнечника, льна и тыквы, обладают более упругой и менее пористой текстурой по сравнению с ТВП с более высоким содержанием белка, что делает их текстуру более похожей на мясо.
Другие перспективные белки: Белки пшеницы, чечевицы и гороха всё чаще рассматриваются в качестве сырья для производства TVP. Такая диверсификация обусловлена как соображениями экологической устойчивости, так и спросом потребителей на продукты, изготовленные из привычных, не содержащих ГМО и минимально обработанных ингредиентов.
1.3 Функциональные ингредиенты и добавки
Крахмалы и мука из зерновых культур: Добавляются для изменения текстуры, водоудерживающей способности и характеристик набухания. В состав некоторых продуктов в значительных количествах вводятся крахмал и зерновая мука для придания им определенных текстурных свойств.
Соль и хлорид натрия: Добавляется в мучно-водную смесь перед экструзией с целью влияния на функциональные свойства белка и формирование вкусовых качеств.
Цвета и вкусы: Такие ингредиенты, как карамельный краситель, используются для имитации определенных видов мяса. Например, кусочки карамельного цвета имитируют приготовленное красное мясо, а кусочки красного цвета — баранину или копчёные мясные изделия. Также могут добавляться ароматизаторы, приправы и пищевые добавки, особенно в продукты, предназначенные для консервной промышленности.
Связующие вещества и вещества, придающие текстуру: При производстве изделий из волокон в состав добавляют связующие вещества, такие как яичный альбумин, для скрепления пучков волокон. В процессе экструзии с высоким содержанием влаги было показано, что пектин способствует формированию более выраженных волокнистых структур при концентрациях 2–4%. Масло авокадо, добавленное в соответствующих количествах, придает продукту нежность и сочность, не препятствуя формированию волокнистой структуры.
Глава 2: Методы текстурирования белков — обзор
2.1 Классификация методов текстуризации
Эффективные методы придания текстуры соевым продуктам можно разделить на две основные категории, каждая из которых имеет свои собственные принципы и технологические требования:
Категория 1: Метод сборки волокон
Данный подход направлен на создание гетерогенной структуры, состоящей из определенного количества белковых волокон, в матрице из связующего материала. Волокна получают в процессе “прядения”, аналогичном тому, который используется для производства синтетических волокон в текстильной промышленности. Данный метод, исторически известный как процесс Бойера (запатентован в 1954 году), позволяет получать продукты, наиболее похожие на мясо, однако при более высоких затратах.
Категория 2: Метод «случайной губчатой массы»
В рамках второго подхода соевое сырье преобразуется в гидратируемую, слоистую, жевательную массу, не содержащую настоящих волокон. Для получения такой массы можно использовать два различных процесса: термопластическую экструзию и паровую текстуризацию. Эти процессы являются более экономичными и позволяют производить текстурированные продукты, которые сегодня занимают доминирующее положение на рынке.
2.2 Историческое развитие технологий текстурирования белков
Стремление создать растительные заменители мяса имеет более долгую историю, чем многие думают. Аналог мяса на основе пшеничного глютена использовался в общественном питании ещё до начала XX века. В конце 1950-х годов в нескольких патентах была описана концепция жевательного геля на основе соевого белка, а также технологии его производства. В результате этих изобретений получались однородные, изотропные гели, которые обладали лишь одним элементом текстуры мяса: жевательностью. Их коммерческий успех был ограниченным, поскольку им не хватало структурной сложности и внешнего вида мяса.
Прорыв произошел в 1960-х годах, когда на рынке стали появляться все больше продуктов из текстурированного соевого белка приемлемого качества. Ключевым открытием стало понимание того, что для эффективного имитирования мяса продукт должен воспроизводить не только жевательную текстуру, но и структурную анизотропию (направленную организацию) мышечной ткани. Это понимание привело к разработке технологий как волокнистого прядения, так и экструзионной текстуризации.
Глава 3: Технология прядения волокон
3.1 Обзор принципов и процессов
Прядение волокон, также известное как текстурирование пряденных волокон, основано на принципе растворения изолированного соевого белка в щелочной среде с образованием вязкого белкового раствора, технически называемого “допом”. Затем этот доп прокачивается через филаментную головку (пластину с тысячами мелких отверстий диаметром примерно 75 микрон) в ванну с кислотной коагулирующей средой.
3.2 Подробное описание этапов процесса
Приготовление раствора белка: Изолированный соевый белок (ISP) смешивают с щелочью для получения концентрированного белкового раствора, содержащего примерно 20% белка, с pH от 12 до 13. Этот раствор “выдерживают”, чтобы обеспечить разворачивание молекул белка до тех пор, пока его вязкость не достигнет консистенции меда (от 50 000 до 100 000 сантипуаз). На этапе выдержки молекулы белка разворачиваются и выравниваются, что подготавливает их к последующему этапу образования волокон.
Центрифугирование и коагуляция: Раствор подается в коагуляционную ванну через форсунку. Ванна содержит раствор фосфорной кислоты и соли, pH которого поддерживается на уровне около 2,5. При контакте струй раствора с кислой средой ориентированные молекулы белка внезапно коагулируют и образуют волокна. Кислая среда нейтрализует щелочной раствор белка, в результате чего белки осаждаются в виде ориентированной волокнистой структуры.
Растяжка и ориентация: Волокна собираются в виде “пучка” и растягиваются для улучшения молекулярной ориентации и повышения прочности волокон. Растяжение уменьшает диаметр волокна до значения, значительно меньшего, чем диаметр отверстий в филаментообразующей головке, что способствует дальнейшему выравниванию белковых молекул вдоль оси волокна. Эта стадия растяжения имеет решающее значение для достижения прочности на разрыв и текстурных свойств, имитирующих волокна мяса.
Промывка и нейтрализация: Волокнистые жгуты проходят этап промывки для удаления избыточной кислотности и солей. Этот этап имеет решающее значение для придания конечному продукту нейтрального, приемлемого вкуса.
Переплет и сборка: Соевые белковые волокна являются лишь одним из ингредиентов структуры, имитирующей мясо. В число остальных ингредиентов входят жир, связующие вещества, красящие и вкусовые добавки, а также другие компоненты. Характер этих ингредиентов, доля волокон и их ориентация в матрице связующего вещества зависят от типа имитируемого мясного продукта. Матрица связующего вещества содержит термокоагулируемые компоненты, как правило, яичный альбумин, а конечная структура обычно стабилизируется путем термической фиксации.
3.3 Области применения и ограничения
Текстурированные соевые продукты на основе пряденного волокна используются в качестве “полноценных” заменителей мяса (для полной замены мяса) и в качестве наполнителей мясных продуктов (для частичной замены мяса в мясном фарше, котлетах и т. п.). Некоторые из этих продуктов нашли применение в общественном питании (больницах) и программах школьного питания.
Наиболее успешным аналогом мяса на основе пряденного волокна стали чипсы, имитирующие бекон. Этот продукт с длительным сроком хранения и низким содержанием влаги, обладающий текстурой, упругостью и вкусом обжаренных или запеченных кусочков бекона, широко используется в салатах, закусках и в качестве гарнира. В настоящее время, однако, этому продукту приходится конкурировать с имитацией бекона, изготовленной с помощью менее затратной технологии экструзионной текстуризации.
Основные недостатки: Основным ограничением текстурированных продуктов на основе пряденных волокон является их стоимость. Во-первых, для производства требуется дорогостоящее сырье: изолированный соевый белок. Кроме того, сам технологический процесс сопряжен с высокими затратами как в плане первоначальных капиталовложений, так и в плане текущих расходов. На сегодняшний день производителей пряденных соевых белковых волокон и текстурированных продуктов, содержащих их, осталось очень мало.
Глава 4: Текстурирование методом экструзии с низким содержанием влаги
4.1 Принципы текстурирования методом экструзии
Экструзия с низким содержанием влаги является основным промышленным методом производства текстурированных растительных белков. Процесс заключается в воздействии на обезжиренную соевую муку (или другие источники белка) с контролируемым содержанием влаги высокой температурой, высоким давлением и механическим сдвигом внутри шнекового экструдера. Продукт, выходящий из экструдера, имеет пористую ламинарную структуру, которая при гидратации обеспечивает жевательную текстуру, напоминающую мясо.
Экструдер в основном состоит из прочного шнека или червяка, вращающегося внутри цилиндрического цилиндра. Цилиндр может быть гладким или рифленым. Конструкция шнека такова, что свободный объем, ограниченный одним витком шнека и внутренней поверхностью цилиндра, постепенно уменьшается по мере продвижения от одного конца вала шнека к другому. Благодаря такой конструкции материал сжимается по мере его продвижения вперёд вращающимся шнеком. Для различных целей используются шнеки с разными степенями сжатия.
4.2 Этапы процесса экструзии
Предварительная обработка: Обезжиренная соевая мука с высоким показателем растворимости белка сначала подвергается обработке живым паром перед поступлением в собственно экструдер. Тщательно контролируемое кондиционирование имеет решающее значение для получения хорошей текстуры и однородности продукта. Содержание влаги в сырье играет очень важную роль; для текстурирования используется уровень влажности около 20–25%. Кондиционированная мука обычно принимает форму мелких шариков, что улучшает сыпучесть и обеспечивает равномерность переработки.
Приготовление пищи методом экструзии: Смесь муки и воды подается в экструдер и захватывается шнеком. По мере продвижения по цилиндру она быстро нагревается за счет трения, а также за счет энергии, подаваемой нагревательными элементами, расположенными вокруг цилиндра. Высокое давление, создаваемое механизмом сжатия, позволяет нагреть смесь до 150–180 °C. Этот быстрый процесс “приготовления под давлением” преобразует массу в термопластичный “расплав”, откуда и происходит название “термопластическая экструзия”, под которым также известен данный процесс.
Денатурация и выравнивание белков: Направленные сдвиговые силы вызывают некоторое выравнивание компонентов с высокой молекулярной массой, в то время как белки подвергаются интенсивной термической денатурации. Под совместным воздействием температуры и сдвиговых сил трехмерная структура белков частично разрушается в результате гидролиза пептидных связей, что приводит к разворачиванию аминокислотных цепей. Они вновь упорядочиваются за счёт образования поперечных связей между денатурированными белковыми цепями посредством амидных, дисульфидных и водородных связей и, в конечном итоге, преобразуются в волокнистую структуру благодаря образованию новых изопептидных связей.
Расширение и формирование структуры: Резкое снижение давления на выходе из матрицы приводит к мгновенному испарению части воды и “вздутию”. В результате получается пористая ламинарная структура. Процесс вздувания и, следовательно, пористость можно регулировать, контролируя температуру расплава на выходе из матрицы. Если требуется получить плотный продукт, расплав охлаждают в конечной части цилиндра, непосредственно перед входом в матрицу.
Формовка и резка: Экструдат непрерывно разрезается вращающимся ножом по мере выхода из матрицы. Размер и форма экструдированного материала зависят от размера и скорости вращения режущего ножа. Продукцию можно изготавливать различной формы: от мелких хлопьев или гранул размером около 2 мм до крупных “стейков” толщиной 12 мм, шириной 80 мм и длиной 120 мм. Также доступны такие формы, как кубики (6–20 мм) и лапша.
Сушка: Экструдированный продукт сушат до уровня влажности, обеспечивающего длительное хранение (обычно 6–10%), и упаковывают для отгрузки.
4.3 Характеристики и эксплуатационные показатели продукции
Экструзионно-текстурированная соевая мука получила название “TVP первого поколения”. Поскольку она изготавливается из муки, по составу и вкусу она напоминает термически обработанную соевую муку. Вкус усиливается в результате стерилизации в автоклаве. Она содержит сахара, присущие соевой муке, и вызывает метеоризм. В инструкциях по применению обычно рекомендуется этап восстановления: замачивание в воде и отжимание для удаления растворимых компонентов.
Характеристики гидратации: Водопоглощение TVP зависит от используемого сырья. Продукты на основе муки могут впитывать воду в объеме, в 2,5–3 раза превышающем их вес, тогда как продукты на основе концентрата — в 4,5–5 раз. Скорость регидратации зависит от размера и площади поверхности продуктов. Хлопья-наполнители регидратируются быстрее, чем измельченные продукты или мясные наполнители в виде кусочков.
Характеристики текстуры: Эти продукты отличаются хаотичной пористой структурой, напоминающей мясо, которая при увлажнении водой имитирует жевательную текстуру мяса. Их увлажняют до уровня влажности 60–65% и смешивают с мясом или мясными эмульсиями для увеличения содержания до 20–30% или выше.
4.4 Второе поколение: текстурированные концентраты
В последнее время были разработаны технологии текстурирования концентратов соевого белка. В настоящее время текстурированные концентраты (TVP второго поколения) широко доступны на рынке. По сравнению с продуктами на основе соевой муки эти продукты отличаются более высоким содержанием белка, более нейтральным вкусом и улучшенной текстурой.
Глава 5: Технология экструзии с высоким содержанием влаги
5.1 Переход от экструзии с низким содержанием влаги к экструзии с высоким содержанием влаги
Несмотря на почти три десятилетия развития, технология экструзии с высоким содержанием влаги (HME), появившаяся в 1990-х годах как дальнейшее развитие технологии экструзии с низким содержанием влаги, по-прежнему находится преимущественно на стадии исследований для многих областей применения. Тем не менее она представляет собой наиболее перспективный путь к созданию растительных аналогов мяса, которые точно имитируют текстуру цельномышечного мяса.
Ключевым отличием является содержание влаги: экструзия с низким содержанием влаги осуществляется при уровне влажности ≤ 40%, в результате чего получаются продукты с пористой, губчатой структурой, тогда как экструзия с высоким содержанием влаги осуществляется при влажности выше 40%, как правило, 50–80%, что позволяет получить волокнистые, слоистые структуры, более близкие по своему виду к мясу.
5.2 Параметры технологического процесса и оборудование
Компоненты экструзионной системы: Экструдер для сырья с высоким содержанием влаги (как правило, двухшнековый) состоит из пяти основных компонентов: (i) системы предварительной подготовки, (ii) системы подачи, (iii) шнека или червяка, (iv) цилиндра и (v) матрицы. При производстве мясных аналогов методом HME обычно используется двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением и зацеплением шнеков, оснащенный длинной охлаждающей матрицей. Конфигурация шнеков оказывает значительное влияние на характер преобразования сырья, уровень заполнения и потребляемую энергию.
Профиль температуры: В процессе HME сырье подвергается воздействию температур варки, как правило, в диапазоне от 140 до 180 °C. Хотя для денатурации белков высокие температуры не являются строго необходимыми, для получения выраженной волокнистой структуры требуются температуры в диапазоне от 155 °C до 180 °C. Температура цилиндра в зоне подачи обычно поддерживается на уровне около 80 °C и постепенно повышается до максимальной температуры в зоне варки.
Охлаждающая матрица: Ключевой инновацией технологии HME является установка охлаждающего устройства на выходе оборудования. После термической обработки горячий материал, поступающий на выход экструдера, охлаждается, что приводит к его затвердеванию от стенок охлаждающей матрицы к центру. Этот этап приводит к постепенному формированию условий течения, способствующих образованию волокон и перекрывающихся слоев в конечном продукте с анизотропной волокнистой структурой. По мере снижения температуры в охлаждающей матрице усиливаются белково-белковые взаимодействия и происходит специфическое сшивание, приводящее к образованию плотного волокнистого продукта. Прямоугольная охлаждающая матрица может иметь длину 30 см, а охлаждающая камера обернута сухим льдом для достижения температур до -12 °C.
Влажность корма: В установке HME используется сырье с влажностью 40–80%, в отличие от 20–25%, применяемой при экструзии сырья с низкой влажностью. Время пребывания составляет примерно 3–4 минуты.
5.3 Структурные изменения белков
В ходе термической обработки пищевых продуктов происходят различные процессы: распад и перестройка белков, разворачивание и сшивание белков, фрагментация и образование белковых комплексов, окисление липидов, желатинизация и разложение крахмала, а также разложение фитохимических веществ, антинутриентов и витаминов.
Механизм формирования волокнистой структуры включает в себя:
- Денатурация и разворачивание: Белки претерпевают структурные изменения, в результате чего обнажаются реакционноспособные группы
- Выравнивание: Вязкоупругая белковая масса выстраивается в направлении потока
- Сшивание: Между денатурированными белковыми цепями образуются новые связи (дисульфидные мостики, водородные связи, гидрофобные взаимодействия)
- Отвердевание под действием охлаждения: По мере охлаждения материала выровненная структура закрепляется
Исследования показали, что пектин (2-4%) способствует образованию более выраженных волокнистых структур, вероятно, за счет термодинамической несовместимости белков и полисахаридов, приводящей к фазовому разделению, которое способствует формированию волокон.
Глава 6: Управление технологическими процессами и их оптимизация
6.1 Критические параметры технологического процесса
Выбор сырья: Для соевой муки оптимальными являются показатель PDI (индекс диспергируемости белка) в диапазоне 60–70 и содержание белка 50%. Для производства соевых концентратов можно использовать сырье с более низкой растворимостью белка, чтобы получить продукт хорошего качества.
Влажность корма: Для экструзии с низким содержанием влаги стандартным показателем влажности является 20–25%. При экструзии с низким содержанием влаги из белка бобов фаба изучалось содержание влаги в исходном сырье на уровне 30–40%, причем более высокое содержание влаги приводило к получению TVP с более низкой насыпной плотностью и коэффициентом регидратации. Для экструзии с высоким содержанием влаги используется влажность 40–80%.
Температура: Текстурирование методом экструзии обычно осуществляется при температуре 150–180 °C, при этом для экструзии с высоким содержанием влаги требуется температура 155–180 °C, обеспечивающая оптимальное образование волокон.
Скорость вращения винта: В ходе исследований, посвящённых TVP из бобов фаба, изучались скорости вращения шнека в диапазоне 200–400 об/мин. Скорость вращения шнека в большей степени влияла на упругость, когезивность и эластичность, причём при скорости 200 об/мин эти показатели были выше. Более высокая скорость вращения шнека также приводила к увеличению насыпной плотности TVP.
Условия охлаждения: Скорость охлаждения при экструзии с высоким содержанием влаги имеет решающее значение. Было показано, что длительное охлаждение (например, 24 часа при 90 °C при обработке методом «су-вид») ухудшает текстурные свойства, одновременно усиливая водородные связи, гидрофобные взаимодействия и дисульфидные связи, что приводит к получению текстуры, схожей с текстурой куриной грудки.
6.2 Взаимосвязь между параметрами технологического процесса и свойствами продукта
| Параметр | Влияние на продукт |
|---|---|
| ↑ Влажность корма | ↓ Насыпная плотность, ↓ Коэффициент регидратации, ↑ Твердость, ↑ Клейкость |
| ↑ Температура экструдера | ↓ Удельная механическая энергия, ↑ Насыпная плотность |
| ↑ Скорость вращения винта | ↑ Насыпная плотность, ↓ Водоудерживающая способность |
| ↑ Содержание белка в сырье | → Более выраженная волокнистая структура |
6.3 Контроль качества и мониторинг
Постоянный контроль влажности, температуры и давления имеет решающее значение для обеспечения стабильности производства. К ключевым параметрам качества, подлежащим контролю, относятся:
- Содержание влаги (6-10% для сухих продуктов из ТВП)
- Насыпная плотность (для экструдированных изделий с низким содержанием влаги она, как правило, низкая, тогда как у прессованных изделий может составлять 30–40 фунтов/куб. фут)
- Водоудерживающая способность
- Скорость регидратации
- Текстурные свойства (твердость, упругость, связность, жевательность)
- Цвет
Глава 7: Последующая обработка экструдированных изделий
7.1 Сушка
Сушка является критически важным этапом для экструдированных продуктов с низким содержанием влаги. Экструдированный материал необходимо высушить до безопасного уровня влажности (обычно 8–13%) для обеспечения стойкости при хранении. Эту сушку можно осуществлять с помощью традиционных сушилок с горячим воздухом, сушилок с псевдоожиженным слоем или другого сушильного оборудования. Условия сушки необходимо контролировать, чтобы предотвратить чрезмерную усадку или поверхностное упрочнение, которые могут ухудшить характеристики регидратации.
7.2 Сжатие и уплотнение
Принцип и цель: Продукты из прессованного текстурированного соевого белка представляют собой инновацию в области упаковки и обращения. Эти продукты имеют содержание белка более 45%, влажность около 5–15%, насыпную плотность около 30–40 фунтов на кубический фут и способность к разбуханию при регидратации около 50–150%. Процесс прессования преобразует экструдированные частицы низкой плотности и большого объема в плотные прессованные блоки, которые не подвержены дроблению при транспортировке и коммерческой обработке, но при этом быстро регидратируются.
Процесс: Текстурированный соевый белковый продукт сначала подвергается текстурированию методом экструзии. После текстурирования содержание влаги доводится до уровня примерно 10–20%. Затем текстурированные частицы прессуются с помощью стандартного оборудования при давлении от 1 500 до 3 000 фунтов на квадратный дюйм. Полученный в результате прессованный блок сохраняет свою форму и не крошится, не рассыпается.
Преимущества: Прессованные изделия из ТВП удобны в обращении, хранении и транспортировке. Они устойчивы к дроблению и расслоению и быстро восстанавливают свою влажность. При увлажнении прессованный блок быстро разбухает, пока его объем не станет примерно равным объему неуплотненного увлажненного материала той же массы.
7.3 Добавление красителей и ароматизаторов
Продукты могут окрашиваться для имитации того или иного вида мяса. Например, кусочки карамельного цвета могут использоваться для имитации приготовленного красного мяса, а красные кусочки — для имитации баранины или вяленого мяса. В текстурированные белки, используемые в консервной промышленности, могут добавляться ароматизаторы, приправы и пищевые добавки.
Глава 8: Вопросы питания
8.1 Качество белка
Текстурированные растительные белки обладают коэффициентом белковой эффективности (PER), равным не менее 80% по отношению к казеину. Соевый белок содержит все незаменимые аминокислоты. Лизин присутствует в значительных количествах, тогда как метионин является первой ограничивающей аминокислотой. В продукты из соевого белка может добавляться метионин, чтобы обеспечить показатель PER, равный показателю казеина.
8.2 Антипитательные факторы
Одним из существенных преимуществ текстурирования методом экструзии является осуществляемая в ходе этого процесса термическая обработка. Данный процесс снижает микробиологическую нагрузку и инактивирует ингибитор трипсина. Однако, несмотря на высокие температуры в экструдере, инактивация ингибитора трипсина может быть неполной из-за относительно короткой продолжительности обработки.
Другие антипитательные факторы, присутствующие в соевой муке (такие как вызывающие метеоризм олигосахариды, гемагглютинины и сапонины), могут быть уменьшены в процессе переработки, но не устранены полностью.
8.3 Укрепление
Процессы, связанные с производством текстурированных растительных белков, позволяют обогащать пищевые продукты необходимыми питательными веществами. В текстурированные белки можно добавлять пищевые добавки для улучшения их питательной ценности.
Глава 9: Области применения и сегменты рынка
9.1 Наполнители для мяса
Наиболее широкое применение экструдированные продукты из ТВП находят в качестве наполнителей для мяса в мясных консервах, мясном фарше, котлетах и аналогичных продуктах. Продукты регидратируются до влажности 60–65% и смешиваются с мясом или мясными эмульсиями для увеличения объема до 20–30% или более. Наполнители для мяса выпускаются в виде кусочков (15–20 мм), рубленого мяса (>2 мм) и хлопьев (>2 мм).
9.2 Заменители мяса
Продукты из TVP всё чаще используются для полной замены мяса в вегетарианских блюдах и продуктах на растительной основе. В частности, экструдированные продукты с высоким содержанием влаги позиционируются как аналоги цельных мышечных волокон.
Гибридные мясные продукты: Результаты недавних исследований показывают, что замена говядины 25% на TVP из бобов фаба в составе гибридного бургера позволила повысить выход готового продукта и улучшить удержание влаги, а также уменьшить изменения толщины и диаметра по сравнению с говяжьим бургером без TVP.
Веганские мясные продукты: Были разработаны рецептуры веганских бургеров на основе TVP, хотя некоторые из них могут иметь более низкий выход готового продукта и худшие показатели удержания влаги по сравнению с коммерческими продуктами.
9.3 Прочие области применения
TVP используется в сухих завтраках, замороженных десертах и других продуктах питания. Благодаря своему нейтральному вкусу и способности впитывать ароматизаторы этот ингредиент отличается универсальностью.
Глава 10: Новейшие технологии и будущие тенденции
10.1 Диверсификация сырья
Наблюдается растущий интерес к производству TVP из более широкого спектра растительных белков, включая бобы, маш, чечевицу, подсолнечник и побочные продукты переработки масличных культур. Такая диверсификация обусловлена следующими факторами:
- Вопросы устойчивого развития
- Интерес потребителей к привычным белкам, не содержащим ГМО
- Волатильность цен на рынках сои
- Проблемы, связанные с аллергенами
10.2 3D- и 4D-печать
Передовая технология 3D-печати, основанная на постепенном наслоении материалов для создания сложных и замысловатых трехмерных структур, открывает широкие возможности в сфере производства продуктов питания, поскольку позволяет изменять структуру и текстуру продуктов. Технология 4D-печати позволяет создавать продукты, способные изменять свои характеристики или функциональные возможности под воздействием внешних факторов, таких как время, электричество, температура, влажность и другие стимулы.
10.3 Приготовление методом «су-вид»
Обработка методом «су-вид» представляет собой инновационную технологию преобразования текстурированного соевого белка с низким содержанием влаги в продукт с высоким содержанием влаги и текстурой, сравнимой с мясом. Обработка методом «су-вид» позволяет точно контролировать микроструктуру текстурированного соевого белка (TSP), поддерживая влажность на уровне примерно 70% и обеспечивая текстурные характеристики, схожие с куриной грудкой. Данная технология представляет собой революционный подход к производству мясных аналогов с высоким содержанием влаги без использования специализированного оборудования для экструзии с высоким содержанием влаги.
10.4 Повышение уровня устойчивости
Пищевая промышленность уделяет всё больше внимания вопросам экологической устойчивости при производстве TVP. Использование отжимов (побочных продуктов нефтепереработки) в качестве ингредиентов способствует повышению экологической устойчивости заменителей мяса. Растительные аналоги мяса признаны более экологичной альтернативой традиционному мясу, способной снизить ущерб, наносимый мясной промышленностью.
Глава 11: Проектирование завода и вопросы эксплуатации
11.1 Планировка производственной линии
Типичная производственная линия по выпуску TVP (экструзия с низким содержанием влаги) включает в себя:
- Обработка сырья: Бункеры для хранения, пневматическая транспортировка, системы взвешивания
- Измельчение и классификация: Молотковые мельницы, пневматические сепараторы
- Кондиционирование: Смесители, системы впрыска пара
- Экструзия: Двухшнековый экструдер с системой предварительной обработки и системой формования
- Резка: Ротационный нож
- Сушка: Сушилка с псевдоожиженным слоем или конвейерная сушилка
- Охлаждение: Естественное охлаждение или принудительное воздушное охлаждение
- Упаковка: Оборудование для формования, наполнения и запечатывания или для фасовки в мешки
Для экструзии с высоким содержанием влаги линия обычно включает:
- Обработка и смешивание сырья
- Экструдер: Двухшнековый экструдер с длинной охлаждающей матрицей
- Обращение с продуктом: Измельчение, маринование, перемешивание
- Упаковка: Упаковка в модифицированной атмосфере, замораживание
11.2 Выбор оборудования
Одношнековые и двухшнековые экструдеры: В производстве ТВП исторически широко использовались одношнековые экструдеры. Однако в пищевой промышленности двухшнековые экструдеры всё чаще вытесняют устаревшие одношнековые модели. В двухшнековых экструдерах значительная часть процессов перемешивания и нагрева за счёт трения происходит между шнеками. Валки могут быть оснащены сменными шнековыми элементами, что позволяет формировать различные профили переработки по всей длине экструдера.
Недорогие экструдеры: Так называемые недорогие экструдеры, используемые для непрерывной термической обработки полножирной соевой муки или кукурузно-соево-молочных пищевых добавок, не подходят для текстурирования. Эти экструдеры работают с сырьем с низким содержанием влаги и обеспечивают нагрев в основном за счет трения. Установки для экструзионного приготовления, применяемые для текстурирования, являются более сложными и дорогостоящими.
11.3 Обеспечение качества
Эффективная программа обеспечения качества должна включать:
- Анализ сырья (влажность, содержание белка, PDI, микробиологические показатели)
- Мониторинг в процессе производства (температура, давление, влажность)
- Испытания готовой продукции (водоудерживающая способность, скорость регидратации, анализ текстуры, органолептическая оценка)
- Испытания на срок хранения
- Соответствие требованиям HACCP
Глава 12: Устранение типичных неполадок, связанных с процессами
12.1 Проблемы, связанные с экструзией
| Задача | Возможные причины | Решения |
|---|---|---|
| Некачественная текстуризация | Неправильная влажность; неверные показатели PDI; несоответствующий температурный профиль | Отрегулировать влажность подаваемого материала; заменить сырье; оптимизировать температуру цилиндра |
| Неполная денатурация белка | Короткое время пребывания; недостаточная температура | Увеличить время пребывания за счет конструкции шнека; повысить температуру |
| Неравномерное расширение | Изменения влажности; колебания давления | Стабилизируйте скорость подачи; проверьте состояние матрицы |
| Неполная инактивация ингибитора трипсина | Короткое время обработки | Отрегулируйте температуру или время выдержки |
12.2 Проблемы с сушкой
| Задача | Возможные причины | Решения |
|---|---|---|
| Цементация | Слишком быстрая сушка | Снизить температуру сушки; увеличить расход воздуха |
| Неравномерная влажность | Неравномерная подача продукта; неравномерный поток воздуха | Отрегулируйте подаватель; проверьте равномерность распределения в сушилке |
| Усадка | Чрезмерное нагревание; длительная сушка | Оптимизировать профиль сушки |
Глава 13: Коммерческий ландшафт
13.1 Вопросы номенклатуры
Важно отметить, что “Текстурированный растительный белок” (Texturized Vegetable Protein) или “TVP” является зарегистрированным товарным знаком, относящимся к текстурированным соевым белкам, производимым компанией Archer Daniels Midland Company. В общем смысле часто используется термин “текстурированный соевый белок” или “TSP” (зарегистрированный товарный знак компании PMS Foods, ныне Legacy Foods). Министерство сельского хозяйства США (USDA) определило продукты из текстурированного растительного белка, предназначенные для использования в программе школьного питания, как “пищевые продукты, изготовленные из съедобных источников белка и характеризующиеся структурной целостностью и распознаваемой структурой, благодаря которой каждая единица выдерживает гидратацию, термическую обработку и другие процедуры, применяемые при приготовлении пищи к употреблению”.
13.2 Факторы, влияющие на рынок
Рост мирового рынка текстурированных растительных белков обусловлен следующими факторами:
- Растущий интерес потребителей к растительному питанию
- Экологические проблемы, связанные с животноводством (на долю животноводства приходится 12–18% выбросов парниковых газов)
- Проблемы со здоровьем (ожирение, гипертония, сердечно-сосудистые заболевания)
- Ценовые преимущества по сравнению с мясом (в определенных случаях)
- Колебания предложения мяса и ценовые колебания
13.3 Перспективы на будущее
Разработка растительных заменителей мяса открывает широкие перспективы для трансформации пищевой промышленности и содействия построению более устойчивого будущего. Ожидается, что достижения в области технологий экструзии, включая экструзию с высоким содержанием влаги и интеграцию 3D/4D-печати, позволят преодолеть существующие ограничения, связанные с пищевой ценностью и текстурой продукции. В отрасли, вероятно, будет продолжаться диверсификация сырья, при этом белки из различных растительных источников (бобы, горох, подсолнечник, побочные продукты переработки масличных культур) будут завоевывать долю рынка.
Заключение
Производство текстурированных растительных белков представляет собой сложную технологию пищевой промышленности, которая развивалась на протяжении более шести десятилетий. Начав с ранних экспериментов по вытягиванию волокон и образованию простых гелей, эта отрасль превратилась в технологически передовой сектор, способный выпускать широкий ассортимент продукции с различной текстурой — от пористых заменителей мяса до волокнистых аналогов мяса.
Преобладают два основных метода переработки: экструзионная текстуризация с низким содержанием влаги, с помощью которой производится большая часть коммерческих продуктов из ТВП, и экструзия с высоким содержанием влаги, представляющая собой передовую технологию в создании аналогов цельномышечного мяса. Оба процесса основаны на фундаментальном принципе воздействия на растительные белки контролируемых условий температуры, давления, влажности и механического сдвига с целью денатурации, выравнивания и сшивания белков, что позволяет получить продукты с мясоподобной жевательностью и структурой.
Эта отрасль продолжает стремительно развиваться, чему способствует спрос потребителей на экологичные, полезные для здоровья и привлекательные растительные альтернативы мясу. Диверсификация сырья, инновации в технологиях переработки, а также интеграция с передовыми методами производства, такими как 3D- и 4D-печать, обещают дальнейшее расширение возможностей и сфер применения продуктов на основе текстурированного растительного белка.
Для технологов пищевой промышленности, руководителей производственных подразделений и специалистов по качеству, работающих в данной отрасли, глубокое знание принципов и методов, изложенных в данном руководстве, имеет решающее значение для выпуска стабильной продукции высокого качества, отвечающей ожиданиям потребителей и нормативным требованиям на этом растущем рынке.
