Kasviproteiinien ekstruusio—Prosessitekniikat, parametrien optimointi ja vertailu

Abstract

Tutkimuksessa tarkastellaan hellävaraisia ja ympäristöystävällisiä menetelmiä kotimaisten kasviproteiinien, kuten hampun (Cannabis sativa), herneen (Pisum sativum) ja härkäpavun (Vicia faba) prosessointiin. Keskeiseksi menetelmäksi nousee kuivafraktiointi, missä proteiini ja tärkkelys erotetaan ilmavirtauksen avulla ilman kemikaaleja, säilyttäen proteiinin rakenteen mahdollistaen jopa 75 % proteiinisaannon. Uusimpina menetelminä tutkitaan myös sähköstaattista ja sähkömagneettista erotusta, jotka säilyttävät proteiinin toiminnalliset ominaisuudet paremmin kuin perinteiset menetelmät (märkäprosessointi), mutta vaativat lisäkäsittelyä haitallisten yhdisteiden poistamiseksi. Yhdistelmäteknologiat tarjoavat korkean, jopa 87 %, proteiinisaannon. Prosessoitujen kasviraaka-aineiden proteiinipitoisuutta voidaan nostaa esimerkiksi spraykuivauksella. Jalostettua proteiinikonsentraattia/ isolaattia pystytään ajamaan ekstruusiomenetelmillä proteiinijalosteiksi. Märkäekstruusio soveltuu erityisesti lihankaltaisiin tuotteisiin (liha-analogit), kuivaekstruusio korkean varastosäilyvyyden omaaviin tuotteisiin (naksut, snacksit) sekä PowerHeat-ekstruusio massamaisiin, kosteisiin liha-analogeihin (pihvit, makkarat). Lopputuotteiden laatuun vaikuttavat kosteuspitoisuus, viipymäaika, sekä prosessin lämpötila-, että nopeusparametrit. Kokeellisessa osuudessa jalostettiin kuivaekstruusiolla kahta erityyppistä kasviproteiinia, härkäpapua (Viljava ”Fava Bean Flour P60” (raaka-aineen lahjoittaja Raisio) ja hamppua (Food Farm ”Hamppuproteiini 65”). Molemmat raaka-aineet ovat kotimaisia kaupallisia tuotteita. Tutkimuksen tarkoituksena oli vertailla kahden erilaisen proteiinikonsentraatin käyttäytymistä samalla prosessointimenetelmällä (kaksiruuviekstruuderi, kuivaekstruusio LME). Prosessiparametrejä tarkkailtiin laitteiston ohjauspaneelin avulla. Laatua arvioitiin niin aistinvaraisin menetelmiin (maku, koostumus, rakenne, väri, tuoksu) kuin myös analyysilaittein. Lopulliset jalosteet tutkittiin rakennemittarilla, mikroskooppikameralla, sekä kuiva-ainemittarilla. Hamppu osoittautui helpommaksi raaka-aineeksi ajaa, sekä optimoida. Härkäpavun prosessinoptimointi häiritsi liian kevyt raaka-aine materia, mikä aiheutti ongelmia ekstruuderin syöttölaitteessa.

The study examines gentle and environmentally friendly methods for processing domestic plant proteins, such as hemp (Cannabis sativa), pea (Pisum sativum) and broad beans (Vicia faba). A key method is dry fractionation, where protein and starch are separated by airflow without chemicals, preserving the structure of the protein and enabling up to 75 % protein yield. Electrostatic and electromagnetic separation are also being studied as the latest methods, which preserve the functional properties of the protein better than traditional methods (wet processing), but require additional treatment to remove harmful compounds. Combination technologies provide a high protein yield of up to 87 %. The protein content of processed plant raw materials can be increased, for example, by spray drying. Refined protein concentrate/isolate can be driven into protein processed by extrusion methods. Wet extrusion is particularly suitable for meat-like products (meat analogues), dry extrusion for products with a high shelf life (snacks, snacks) and PowerHeat extrusion for mass-like, moist meat analogues (steaks, sausages). The quality of the end products is affected by the moisture content, residence time, and both the temperature and speed parameters of the process. In the experimental part, two different types of plant proteins, fava bean (Viljava "Fava Bean Flour P60" (donor of the raw material Raisio) and hemp (Food Farm "Hemp Protein 65") were processed by dry extrusion. Both raw materials are domestic commercial products. The purpose of the study was to compare the behavior of two different protein concentrates using the same processing method (twinscrew extruder, dry extrusion LME). The process parameters were monitored using the control panel of the equipment. Quality was assessed using sensory methods (taste, texture, texture, colour, smell) as well as analysis equipment. The final processed products were examined with a structural meter, a microscope camera, and a dry matter meter. Hemp turned out to be an easier raw material to drive, as well as optimize. The process optimization of fava beans was disrupted by too light raw material, which caused problems in the extruder feeder.