DOI: https://doi.org/10.15406/mojfpt.2024.12.00301
تاريخ النشر: 2024-03-22
المؤلف: Stephen Sule وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تستعرض هذه المراجعة التطبيقات المتعددة الجوانب لتكنولوجيا البثق الغذائي، وهي طريقة معالجة حرارية تستخدم الحرارة العالية والضغط وقوى القص لتحويل المواد غير المطبوخة إلى مجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية، بما في ذلك الوجبات الخفيفة، والحبوب، والحلويات، وبدائل اللحوم. تتضمن العملية عدة مراحل—الطحن، والتكييف، والبثق—التي تغير بشكل كبير من تركيب النشويات، والبروتينات، والفيتامينات، والدهون، والألياف. ومن الجدير بالذكر أن البثق يعزز من الخصائص الحسية والتغذوية، ويطيل من عمر التخزين، ويقلل من أكسدة الدهون، ويخفض من تكاليف الإنتاج، ويزيل العوامل المضادة للتغذية. التكنولوجيا قابلة للتطبيق على كل من الأطعمة البشرية والحيوانية، فضلاً عن المنتجات ذات القيمة المضافة المشتقة من المواد المهدرة.
في الختام، تُعترف تكنولوجيا البثق الغذائي بتنوعها وكفاءتها، حيث تنتج مجموعة واسعة من العناصر الغذائية ذات القوام والأشكال الفريدة. تساهم في تحسين جودة الطعام، بما في ذلك تعزيز القابلية للهضم والملفات الغذائية، بينما تلبي الطلبات المتزايدة للمستهلكين على خيارات صحية ومريحة. وقد وسعت الابتكارات الحديثة، مثل البثق بالحرارة المنصهرة، والبثق باستخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج، والطباعة ثلاثية الأبعاد، من إمكانيات هذه التكنولوجيا، مما يعد بتقدم في الاستدامة وجودة المنتج. مع استمرار تطور هذا المجال، من المتوقع أن يلعب البثق الغذائي دورًا حاسمًا في تشكيل عروض الطعام المستقبلية.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية تطبيق تكنولوجيا البثق، التي كانت شائعة في الأصل في صناعة البلاستيك، والتي تُستخدم الآن بشكل واسع في قطاع الأغذية الزراعية، والتي تُعرف باسم البثق الغذائي أو طهي البثق. تتضمن هذه العملية المعقدة تعريض المواد الغذائية غير المطبوخة لحرارة عالية، وضغط، وقوى قص داخل جهاز البثق، مما يؤدي إلى مجموعة من المنتجات مثل الوجبات الخفيفة، والحبوب الجاهزة للأكل، والحلويات. تتطلب العملية دفع المكونات المختلطة من خلال قالب، حيث يتم قطعها إلى الحجم، ويمكن تصنيفها إلى البثق البارد أو الساخن. تعتبر التعبئة الفعالة أمرًا حيويًا للحفاظ على جودة المنتجات المبثوقة من خلال منع الأكسدة وامتصاص الرطوبة.
تسلط الورقة الضوء على أن جودة الأطعمة المبثوقة، التي تتكون أساسًا من الحبوب والنشويات، تتأثر بكل من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد الخام—مثل محتوى الرطوبة، والتركيب الكيميائي، ودرجة الحموضة—وظروف تشغيل جهاز البثق، بما في ذلك درجة الحرارة ومعدل القص. تُعرف تكنولوجيا البثق بقدرتها على التكيف، مما يسمح للمصنعين بالاستجابة بسرعة لمتطلبات المستهلكين من خلال تعديل المكونات وظروف المعالجة. بالإضافة إلى ذلك، تتميز بكفاءة الطاقة وتأثير بيئي ضئيل، مما يجعلها خيارًا مستدامًا لإنتاج مجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية مع الحفاظ على إنتاجية عالية وتحكم آلي.
طرق
في عملية طهي البثق، يتم استخدام مجموعة متنوعة من المواد الخام، بما في ذلك الحبوب، والحبوب، والنشويات، والدرنات، والبذور الزيتية، والبقوليات، والبروتينات من مصادر اللحوم والنباتات. تتميز هذه المواد بنوعها، وحالتها الفيزيائية، ومحتوى الرطوبة، ودرجة الحموضة، وتركيبها الكيميائي، الذي يشمل مكونات مثل النشويات، والبروتينات، والدهون، والسكريات. يتم تصنيفها بناءً على أدوارها الوظيفية في عملية البثق: مواد تشكيل الهيكل (مثل نشا الذرة والدقيق)، وحشوات المرحلة المشتتة (مثل البروتينات النباتية والحيوانية)، والمضافات البلاستيكية، والمواد المزلقة، وعوامل النواة، وعوامل التلوين، والمواد المنكهة، والمواد الحافظة.
تعتبر مواد تشكيل الهيكل، التي تتكون أساسًا من النشويات من الحبوب والدرنات، ضرورية لتعريف قوام المنتجات المبثوقة، وتتأثر بنسب الأميلوز والأميلوبكتين. تساهم حشوات المرحلة المشتتة، التي تشمل بروتينات وألياف متنوعة، في السلامة الهيكلية للمنتج المبثوق، حيث تعتبر البروتينات النباتية ذات القوام مثالًا بارزًا. بالإضافة إلى ذلك، تلعب المضافات البلاستيكية والمواد المزلقة، مثل الماء، والزيوت، والمستحلبات، دورًا كبيرًا في تعديل الخصائص الميكانيكية للمزيج من خلال تقليل اللزوجة وتغيير نقاط الانصهار، مما يعزز كفاءة المعالجة وجودة المنتج النهائي.
مناقشة
تعتبر عملية البثق طريقة متعددة الجوانب تبدأ بطحن المواد الخام إلى قوام يشبه الدقيق الخشن، تليها خلطها مع مكونات إضافية مثل السكريات، والدهون، والماء. يتم بعد ذلك تكييف هذا المزيج بالبخار لبدء الطهي قبل أن يتم بثقه من خلال جهاز متخصص يعرف بجهاز البثق. تتضمن عملية البثق تحولات فيزيائية كبيرة، بما في ذلك الانتفاخ والتغيرات القوامية بسبب إطلاق الحرارة والرطوبة، مع ضغوط تتراوح عادة بين 10 إلى 20 بار. تشمل المعلمات الرئيسية التي تؤثر على نتيجة البثق تركيب المزيج، وسرعة اللولب، ودرجة حرارة البرميل، وشكل القالب، وكلها يجب أن تُراقب بدقة لتحقيق جودة منتج موحدة.
يمكن تصنيف أجهزة البثق إلى نوعين بارد وساخن، حيث يحافظ البثق البارد على درجات حرارة أقل من 100 درجة مئوية، مما يناسب المنتجات مثل المعكرونة، بينما يتضمن البثق الساخن درجات حرارة أعلى تسهل الطهي السريع وإنشاء الوجبات الخفيفة المنتفخة. يعتمد الاختيار بين هاتين الطريقتين على الخصائص المرغوبة للمنتج ومتطلبات المعالجة. كما أن عملية البثق تغير بشكل كبير من الملف الغذائي للطعام، مما يعزز من توافر العناصر الغذائية بينما قد يؤدي إلى تدهور الفيتامينات الحساسة للحرارة. علاوة على ذلك، يمكن أن تقلل من العوامل المضادة للتغذية وتحسن من الخصائص المضادة للأكسدة للمنتج النهائي، مما يجعل البثق تكنولوجيا حيوية في معالجة الطعام الحديثة التي تدعم إنتاج مجموعة متنوعة من العناصر الغذائية والمغذية.
DOI: https://doi.org/10.15406/mojfpt.2024.12.00301
Publication Date: 2024-03-22
Author(s): Stephen Sule et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
This review examines the multifaceted applications of food extrusion technology, a thermal processing method that utilizes high heat, pressure, and shear forces to transform uncooked materials into a diverse range of food products, including snacks, cereals, confectioneries, and meat analogs. The process involves several stages—grinding, conditioning, and extrusion—that significantly alter the composition of starches, proteins, vitamins, lipids, and fibers. Notably, extrusion enhances sensory and nutritional qualities, extends shelf life, reduces lipid oxidation, lowers production costs, and eliminates antinutritional factors. The technology is applicable to both human and animal foods, as well as value-added products derived from waste materials.
In conclusion, food extrusion technology is recognized for its versatility and efficiency, producing a wide variety of food items with unique textures and shapes. It contributes to improved food quality, including enhanced digestibility and nutritional profiles, while catering to evolving consumer demands for healthier and convenient options. Recent innovations, such as hot melt extrusion, supercritical CO₂ extrusion, and 3D printing, have expanded the potential of this technology, promising advancements in sustainability and product quality. As the field continues to evolve, food extrusion is expected to play a crucial role in shaping future food offerings.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the application of extrusion technology, originally prevalent in the plastic industry, now extensively utilized in the agri-food sector, termed food extrusion or extrusion cooking. This complex process involves subjecting uncooked food materials to high heat, pressure, and shear forces within an extruder, resulting in a variety of products such as snacks, ready-to-eat cereals, and confectioneries. The process entails forcing mixed ingredients through a die, where they are cut to size, and can be categorized into cold or hot extrusion. Effective packaging is crucial for preserving the quality of extruded products by preventing oxidation and moisture absorption.
The paper highlights that the quality of extruded foods, primarily composed of cereals and starches, is influenced by both the physicochemical properties of the raw materials—such as moisture content, chemical composition, and pH—and the operating conditions of the extruder, including temperature and shear rate. Extrusion technology is noted for its adaptability, allowing manufacturers to quickly respond to consumer demands by modifying ingredients and processing conditions. Additionally, it is characterized by energy efficiency and minimal environmental impact, making it a sustainable choice for producing a diverse range of food products while maintaining high productivity and automated control.
Methods
In the extrusion cooking process, a variety of raw materials are utilized, including cereals, grains, starches, tubers, oilseeds, legumes, and proteins from both meat and plant sources. These materials are characterized by their type, physical state, moisture content, pH, and chemical composition, which includes components such as starches, proteins, fats, and sugars. They are classified based on their functional roles in the extrusion process: structure-forming materials (e.g., maize starch and flour), dispersed phase fillers (e.g., plant and animal proteins), plasticizers, lubricants, nucleating agents, coloring agents, flavoring substances, and preservatives.
Structure-forming materials, primarily composed of starches from cereals and tubers, are crucial for defining the texture of extruded products, influenced by the ratios of amylose and amylopectin. Dispersed phase fillers, which include various proteins and fibers, contribute to the structural integrity of the extrudate, with textured vegetable protein serving as a notable example. Additionally, plasticizers and lubricants, such as water, oils, and emulsifiers, play a significant role in modifying the mechanical properties of the mixture by reducing viscosity and altering melting points, thereby enhancing the processing efficiency and final product quality.
Discussion
The extrusion process is a multifaceted method that begins with milling raw materials to a coarse flour-like consistency, followed by mixing with additional ingredients such as sugars, fats, and water. This mixture is then preconditioned with steam to initiate cooking before being extruded through a specialized device known as an extruder. The extrusion process involves significant physical transformations, including puffing and textural changes due to heat and moisture release, with pressures typically ranging from 10 to 20 bars. Key parameters influencing the extrusion outcome include the composition of the mixture, screw speed, barrel temperature, and die shape, all of which must be meticulously controlled to achieve uniform product quality.
Extruders can be classified into cold and hot types, with cold extrusion maintaining temperatures below 100°C, suitable for products like pasta, while hot extrusion involves higher temperatures that facilitate rapid cooking and the creation of expanded snacks. The choice between these methods depends on the desired product characteristics and processing requirements. The extrusion process also significantly alters the nutritional profile of the food, enhancing nutrient bioavailability while potentially degrading heat-sensitive vitamins. Furthermore, it can reduce anti-nutritional factors and improve the antioxidant properties of the final product, making extrusion a vital technology in modern food processing that supports the production of diverse and nutritious food items.