Sivuvirtamateriaalien hyödyntäminen ja prosessin optimointi paisutettujen elintarvike-ekstrudaattien valmistuksessa
Ladataan...
suljettu
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Lataukset2
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
Omenamehun puristekakun ja panimomäskin kaltaiset elintarviketeollisuuden sivuvirrat ovat ravitsemuksellisesti ja kiertotalouden kannalta arvokkaita, mutta vajaasti hyödynnettyjä raaka-aineita. Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia näiden kuitupitoisten sivuvirtojen hyödyntämistä paisutettujen elintarvike-ekstrudaattien valmistuksessa ja samalla käyttöönottaa kaksiruuviekstruusiolaitteisto. Vaikka prosessin ensisijaisena päämääränä oli saavuttaa lopputuotteen mahdollisimman voimakas paisuminen, tavoitteena oli myös varmistaa tuotteen ravitsemuksellinen laatu ja hyödyntää sivuvirtoja. Erityisenä kiinnostuksen kohteena oli selvittää sivuvirtojen vaikutuksia prosessin hallittavuuteen ja ekstrudaattien lopullisiin fysikaalisiin ja aistinvaraisiin ominaisuuksiin.
Laitteiston käyttöönoton (ruuvin halkaisija 12 mm, pituus 479 mm) sekä perusparametrien tarkastelun ja kehittämisen jälkeen tutkimuksessa käytettiin ruispohjaista reseptiä, johon lisättiin perunatärkkelystä sekä eri pitoisuuksilla omenapuristetta tai panimomäskiä. Näitä seoksia vertailtiin rukiiseen vertailunäytteeseen. Ekstruusioprosessin aikana seurattiin ja rekisteröitiin suulakepaineen sekä massan lämpötilan muutoksia. Valmiista ekstrudaateista määritettiin poikittainen paisumiskerroin ja tilavuustiheys. Fysikaalisia mittauksia täydennettiin koulutetun raadin toteuttamalla kuvailevalla aistinvaraisella arvioinnilla.
Sivuvirran tyypillä ja pitoisuudella on ratkaiseva vaikutus prosessoitavuuteen ja rakenteen tavoiteltuun paisumiseen. Fysikaalisista mittauksista laskettu poikittainen paisumiskerroin osoitti viiden prosentin omenapuristelisäyksen tuottavan suurimman paisunnan, jolloin ekstrudaatin poikkipinta-ala kasvoi 21-kertaiseksi suulakkeeseen nähden. Kymmenen prosentin omenalisäyksellä kerroin pysyi vielä hyväksyttävällä tasolla, mutta korkeimmat lisäysmäärät, kuten 15 % omenapuristetta ja 7 % panimomäskiä, romahduttivat paisunnan ja tuottivat tiheimmät rakenteet. Laitetulosten rinnalla aistinvaraisella profiloinnilla todennettiin havaittujen rakennemuutosten ja sivuvirtojen tuomien makuominaisuuksien heijastuminen tuotteiden koettuun tekstuuriin ja kokonaislaatuun. Panimomäski korosti paahteisuutta ja rukiisuutta, kun taas omenan puristekakkua sisältävissä näytteissä korostui hedelmäisyys ja makeus. Kokonaisuudessaan työ osoittaa, että vaikka kuitupitoisten sivuvirtojen käyttö asettaa tiukat teknologiset rajat lisättäville määrille paisunnan ylläpitämiseksi, jo verrattain pienillä pitoisuuksilla voidaan tehokkaasti muokata ruispohjaisten ekstrudaattien fysiikkaa, rakennetta sekä makuprofiilia ja hyödyntää näitä merkittäviä sivuvirtoja.
Food industry side streams, such as apple pomace and brewer's spent grain, are valuable raw materials from both a nutritional and circular economy perspective, yet they remain underutilized. The objective of this Master's thesis was to investigate the utilization of these fiber-rich side streams in the production of expanded food extrudates and, simultaneously, to commission a twin-screw extrusion equipment. While the primary goal of the process was to achieve maximum expansion of the final product, the study also aimed to ensure the nutritional quality of the product and utilize the side streams. Particular interest was directed toward understanding the effects of the side streams on process controllability, as well as the final physical and sensory properties of the extrudates.
Following the commissioning of the equipment (screw diameter 12 mm, length 479 mm) and the evaluation and optimization of basic parameters, a rye-based recipe was used in the study. This recipe was supplemented with potato starch and varying concentrations of either apple pomace or brewer's spent grain. These mixtures were compared against a rye reference sample. During the extrusion process, changes in die pressure and melt temperature were monitored and recorded. The sectional expansion index and bulk density were determined for the finished extrudates. The physical measurements were complemented by a descriptive sensory evaluation conducted by a trained panel.
The type and concentration of the side stream have a crucial impact on processability and the targeted structural expansion. The sectional expansion index, calculated from the physical measurements, indicated that a 5% addition of apple pomace produced the greatest expansion, resulting in a cross-sectional area 21 times larger than the die. With a 10% apple pomace addition, the index remained at an acceptable level, but the highest addition levels (15% apple pomace and 7% brewer's spent grain) collapsed the expansion and resulted in the densest structures. Alongside the instrumental results, sensory profiling confirmed that the observed structural changes and the flavor properties introduced by the side streams were reflected in the perceived texture and overall quality of the products. Brewer's spent grain enhanced the roasted and rye notes, whereas fruitiness and sweetness were more prominent in the samples containing apple pomace. Overall, this study demonstrates that although using fiber-rich side streams sets strict technological limits on the addition levels required to maintain expansion, even relatively low concentrations can effectively modify the physics, structure, and flavor profile of rye-based extrudates while successfully utilizing these significant side streams.