DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2024.1398908
تاريخ النشر: 2024-07-31
المؤلف: Remigio Yamid Pismag وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
إنتاج الدقيق الفوري هو قطاع ينمو بسرعة ويتكيف باستمرار مع منهجياته لتحسين الكفاءة والابتكار. تشمل الطرق الرئيسية لإنتاج الدقيق المطبوخ مسبقًا التجفيف بالرش، التجفيف بالأسطوانة، والطهي بالبثق، حيث يظهر الأخير كطريقة متعددة الاستخدامات وعالية الإمكانات. يعد الفهم الشامل لعملية البثق، بما في ذلك مبادئها الميكانيكية وتأثير معلمات العملية مثل الطاقة الميكانيكية المحددة (SME)، ووقت الإقامة المتوسط، ودرجة الحرارة، وسرعة اللولب، ومحتوى الرطوبة، أمرًا حيويًا لتحسين الخصائص الفيزيائية للدقيق الفوري المبثوق. تسلط هذه المراجعة الضوء على أهمية معلمات النظام المختلفة وتأثيراتها على خصائص مثل مؤشر امتصاص الماء (WAI)، ومؤشر الذوبان في الماء (WSI)، والخصائص الحرارية.
يتم التعرف على البثق بشكل متزايد كطريقة فعالة لإنتاج الدقيق المطبوخ مسبقًا من المواد الخام غير التقليدية، بما في ذلك الكينوا، والأمارانث، والمنتجات الثانوية الزراعية. تتأثر الخصائص الفيزيائية لهذه الدقيقات بتكوينها الكيميائي والظروف أثناء البثق، والتي يمكن أن تغير تفاعل المواد الخام مع المذيبات. تتبع عملية ترطيب هذه الدقيقات نمطًا من أربع مراحل: الترطيب، الغمر، التشتت، والذوبان. ومع ذلك، لا تزال المنهجيات الخاصة بتحديد هذه المراحل في الدقيق المطبوخ مسبقًا المبثوق غير متطورة. إن البحث المستمر في هذا المجال ضروري لتعزيز الفهم وتوسيع التطبيقات المحتملة للدقيق المبثوق في إعداد الطعام الفوري.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التأثير الكبير للتحضر والنمو الاقتصادي على إنتاج الغذاء والطلب عليه، مع التركيز بشكل خاص على سوق الدقيق المطبوخ مسبقًا، الذي بلغ 1.3 تريليون دولار في عام 2020 ومن المتوقع أن ينمو إلى 1.6 تريليون دولار بحلول عام 2027. يخدم الدقيق المطبوخ مسبقًا تطبيقات متنوعة، بما في ذلك غذاء الأطفال ومنتجات المخابز، ويستخدم عبر صناعات مختلفة مثل الأدوية ومستحضرات التجميل. يمكن تقسيم السوق حسب مصادر المواد الخام (مثل القمح، والذرة، والأرز)، والأصل (عضوي مقابل تقليدي)، وقنوات التوزيع، والمناطق الجغرافية.
تناقش هذه القسم أيضًا التقنيات الرئيسية لطهي الدقيق مسبقًا، وهي التجفيف بالرش (SD)، التجفيف بالأسطوانة (DD)، والبثق (E)، مع التركيز بشكل خاص على البثق بسبب كفاءته في استخدام الموارد وقدرته على تعديل خصائص الدقيق بشكل كبير. يعزز البثق من جيلاتينية النشا وقابلية هضم البروتين مع تقليل العوامل المضادة للتغذية. تهدف المراجعة إلى تحليل تأثيرات معلمات العملية (درجة الحرارة، الرطوبة، سرعة اللولب) على أداء البثق والخصائص الفيزيائية والهيدروسكوبية للدقيق الفوري المنتج من خلال البثق، مما يبرز إمكانيات هذه الطريقة في إنشاء أطعمة عالية الجودة وسريعة التحضير مع تحسين قابلية الهضم ونكهات محسنة.
نقاش
تتناول قسم النقاش في ورقة البحث عملية البثق، مع التركيز على التفاعل بين المعلمات المستقلة والتابعة التي تؤثر على خصائص المنتجات المبثوقة. تعتبر المعلمات المستقلة، التي يمكن تعديلها (مثل تكوين اللولب، وتصميم القالب) أو متغيرة (مثل درجة حرارة البرميل، ومحتوى الرطوبة)، حاسمة لتخصيص خصائص المنتج النهائي. تُصنف المعلمات التابعة إلى معلمات النظام (مثل الطاقة الميكانيكية المحددة (SME)، والعزم (T)، والضغط (P)) التي تصف أداء المعدات، ومعلمات المنتج التي تعكس التغيرات الفيزيائية والكيميائية في المواد الخام. يساعد النموذج التحليلي المقدم في التنبؤ بكيفية تأثير التعديلات في عملية البثق على هذه المعلمات، خاصة في سياق إنتاج الدقيق المطبوخ مسبقًا.
تناقش هذه القسم أيضًا تأثيرات البثق على معلمات النظام، مشيرة إلى أن التغيرات في درجة الحرارة، ومحتوى الرطوبة، وسرعة اللولب تؤثر بشكل كبير على SME وT وP. على سبيل المثال، عادةً ما تقلل درجات الحرارة العالية ومحتوى الرطوبة من SME والعزم بسبب انخفاض لزوجة المادة، بينما تزيد سرعة اللولب المرتفعة من قوى القص، مما يؤدي إلى زيادة SME. كما يبرز النقاش معلمات المنتج مثل مؤشر امتصاص الماء (WAI) ومؤشر الذوبان في الماء (WSI)، التي تعمل كمؤشرات لتحويل النشا أثناء البثق. تشير النتائج إلى أن درجات حرارة البثق الأعلى تعزز عمومًا WSI بسبب زيادة جيلاتينية النشا، بينما يظهر WAI غالبًا علاقة عكسية مع WSI، مما يشير إلى أن قيم WAI الأعلى تتوافق مع تغييرات هيكلية أقل في النشويات. بشكل عام، يبرز القسم تعقيد عملية البثق وتأثيرها على كل من معلمات النظام والمنتج، والتي تعتبر ضرورية لتحسين إنتاج الدقيق المبثوق.
DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2024.1398908
Publication Date: 2024-07-31
Author(s): Remigio Yamid Pismag et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
The production of instant flour is a rapidly growing sector that continuously adapts its methodologies to improve efficiency and innovation. Key methods for producing precooked flours include spray drying, drum drying, and extrusion cooking, with the latter emerging as a versatile and high-potential technique. A thorough understanding of the extrusion process, including its mechanical principles and the impact of process parameters such as specific mechanical energy (SME), mean residence time, temperature, screw speed, and moisture content, is crucial for optimizing the physical characteristics of extruded instant flours. This review highlights the significance of various system parameters and their effects on properties like Water Absorption Index (WAI), Water Solubility Index (WSI), and thermal characteristics.
Extrusion is increasingly recognized as an effective method for producing precooked flours from unconventional raw materials, including quinoa, amaranth, and agroindustrial byproducts. The physical properties of these flours are influenced by their chemical composition and the conditions during extrusion, which can alter the interaction of raw materials with solvents. The hydration process of these flours follows a four-stage pattern: wetting, sinking, dispersion, and solubilization. However, methodologies for quantifying these stages in extruded pre-cooked flours remain underdeveloped. Continued research in this area is essential to enhance understanding and expand the potential applications of extruded flours in instant food preparation.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant impact of urbanization and economic growth on food production and demand, particularly focusing on the pre-cooked flour market, which reached $1.3 trillion in 2020 and is projected to grow to $1.6 trillion by 2027. Pre-cooked flours serve diverse applications, including infant food and bakery products, and are utilized across various industries such as pharmaceuticals and cosmetics. The market can be segmented by raw material sources (e.g., wheat, corn, rice), origin (organic vs. conventional), distribution channels, and geographical regions.
The section further discusses the primary techniques for pre-cooking flours, namely spray drying (SD), drum drying (DD), and extrusion (E), with a particular emphasis on extrusion due to its resource efficiency and ability to significantly modify flour properties. Extrusion enhances starch gelatinization and protein digestibility while reducing antinutritional factors. The review aims to analyze the effects of process parameters (temperature, moisture, screw speed) on extruder performance and the physical and hygroscopic properties of instant flours produced through extrusion, underscoring the method’s potential for creating high-quality, instant preparation foods with improved digestibility and flavor profiles.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the extrusion process, emphasizing the interplay between independent and dependent parameters that influence the characteristics of extruded products. Independent parameters, which can be adjustable (e.g., screw configuration, die design) or variable (e.g., barrel temperature, moisture content), are critical for tailoring the final product’s properties. Dependent parameters are categorized into system parameters (e.g., Specific Mechanical Energy (SME), Torque (T), and pressure (P)) that describe equipment performance, and product parameters that reflect the physicochemical changes in the raw materials. The analytical model presented aids in predicting how modifications in the extrusion process affect these parameters, particularly in the context of producing pre-cooked flours.
The section further discusses the effects of extrusion on system parameters, noting that changes in temperature, moisture content, and screw speed significantly influence SME, T, and P. For instance, higher temperatures and moisture content typically reduce SME and torque due to decreased material viscosity, while increased screw speed raises shear forces, thereby elevating SME. The discussion also highlights product parameters such as the Water Absorption Index (WAI) and Water Solubility Index (WSI), which serve as indicators of starch conversion during extrusion. The findings indicate that higher extrusion temperatures generally enhance WSI due to increased starch gelatinization, while WAI often shows an inverse relationship with WSI, suggesting that higher WAI values correspond to lesser structural changes in starches. Overall, the section underscores the complexity of the extrusion process and its impact on both system and product parameters, which are essential for optimizing the production of extruded flours.