Raaka-aineiden ja niiden pitoisuuksien vaikutus kauran ja herneen kuivaekstruusiossa | The effect of raw materials and their concentrations in the dry extrusion of oats and peas

Kaura ja herne olisivat ravintoainekoostumuksen kannalta ajatellen hyviä, toisiaan täydentäviä raaka-aineita ekstruusion avulla valmistetuille elintarvikkeille. Kuitenkin niiden soveltuvuutta kuivaekstruusioon, varsinkin teksturoituihin proteiinituotteisiin (engl. textured vegetable protein, TVP), on tutkittu vain vähän. Kuivaekstruusiolla valmistetut ekstrudaatit voidaan jakaa proteiinipitoisuuden perusteella kuituisen rakenteen omaaviin TVP-tuotteisiin ( > 30 % proteiinia) ja muroja muistuttaviin puffautuneen rakenteen omaaviin snack tuotteisiin ( < 30 % proteiinia). Erot tuotteiden rakenteissa muodostuvat raaka-aineiden ja ekstruusioparametrien valinnan tuloksena. Ekstrudaattien rakenne muodostuu ekstruuderin kammiossa, jossa eri yksikköoperaatiot (esimerkiksi sekoitus, kypsyminen ja muotoilu) aiheuttavat raaka-aineissa monia fysikaaliskemiallisia muutoksia, kuten tärkkelyksen geeliytymisen sekä proteiinien denaturoitumisen ja uudelleenjärjestäytymisen virtauksen suuntaisesti. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten eri kauraraaka-aineet ja niiden pitoisuus sekä ekstruusioparametrit vaikuttavat kauraa ja herneproteiinia sisältävien TVP-tuotteiden ominaisuuksiin. Kaurapohjaisten TVP-tuotteiden rakenteesta tavoiteltiin kuituista ja liotusta kestävää. Ensimmäisessä vaiheessa käytettiin neljää kauraraaka-ainetta kolmella eri pitoisuudella (25 %, 30 % ja 35 %) ja ekstrudoitiin herneproteiini-isolaatin kanssa. Tuotteista määritettiin kosteuspitoisuus, ekspansio, bulkkitiheys, vedensidontakyky, rakennemittauksen avulla kovuus ja pureskeltavuus sekä tehtiin ruoanlaittoa imitoiva keittokoe. Ravintoainesisällöt laskettiin raaka-ainevalmistajilta saatujen tietojen perusteella. Analyysien tulosten ja tuotteista tehtyjen aistinvaraisten havaintojen perusteella kauraraaka-aineista valittiin kokeiden toiseen vaiheeseen kauraproteiinijauho, sillä se tuotti parhaat ekstrudaattien ominaisuudet. Toisessa vaiheessa testattiin kauraproteiinijauhon pitoisuuksia: 40 % ,50 % ja 60 % kuiva-aineesta. Ekstrudaateista tehtiin samat analyysit kuin aikaisemmin. Kauraraaka-aineella sekä sen pitoisuudella havaittiin olevan tilastollisesti merkitseviä vaikutuksia moniin tuotteiden ominaisuuksiin, kuten ekspansioon ja kovuuteen. Paras kauraraaka-aineista oli kauraproteiinijauho, josta ekstrudoidut tuotteet muodostivat kuituisen ja liotusta kestävän rakenteen. Kauraproteiinijauhon pitoisuuden nostaminen teki tuotteista kovempia ja ekspansio sekä vedensidontakyky pienenivät. Ruuvien pyörimisnopeuden nostaminen lisäsi muun muassa ekspansiota ja vedensidontakykyä. Analyysien ja aistinvaraisten havaintojen perusteella ei ollut mahdollista päätellä parasta ekstrudaattia, koska eniten arvioon vaikutti arvioijan mieltymykset esimerkiksi lihanrakenteesta. Tämän tutkimuksen perusteella kauraa ja hernettä yhdistämällä on mahdollista saada pureskeltavan rakenteen omaavia TVP-tuotteita jopa 60 %:n kauraproteiinijauhopitoisuudessa. Ekstrudaattien kaurapitoisuutta voi olla mahdollista kasvattaa yhdistämällä monia kauraraaka-aineita, mutta samalla pitää varmistaa ekstrudaattien rakenteen säilyminen.

Oats and peas have good nutritional composition and they could make up a favourable raw material combination for extruded food products. However, there are only few studies on their suitability for dry extrusion, especially for textured vegetable protein products (TVP). Based on protein content, dry extrudates can be divided into TVP products having fibrous structure (> 30% protein) and snack products having puffed structure (< 30 % protein). Differences in the structures of extrudates are formed as a result of the raw materials and extrusion parameters. The structure is formed in the extruder chamber, where different unit operations (for example mixing, ripening and shaping) cause many physicochemical changes in the raw materials, such as gelation of starch, denaturation and rearrangement of proteins in flow direction. The aim of the study was to find out how different extrusion parameters, oat raw materials and them concentration affect the properties of TVP products. Oat-based TVP products were targeted to have fibrous structure and resistance for soaking. In the first step, four oat raw materials in three different concentrations (25 %, 30 % and 35 %) were extruded with pea protein isolate. Moisture content, expansion, bulk density, water binding capacity, hardness and chewiness were determined from the products and a soup test simulating cooking was performed. The nutritional contents were calculated based on information received from raw material manufacturers. Based on the analysis results, the best of the oat raw materials (oat protein flour) was chosen for the second stage of the experiments. In the second stage, oat protein flour concentrations of 40%, 50% and 60% of the dry matter were tested. The extrudates were subjected to the same analyses as before. The oat raw material and its concentration were found to have statistically significant effects on many product properties, such as expansion and hardness. The best oat raw material was oat protein flour, from which the extruded products formed a fibrous and soaking-resistant structure. Increasing the oat content of the pulp in the case of oat protein flour resulted in a harder product and the expansion and water binding capacity decreased. Increasing the screw rotation speed was found to increase as well as expansion and water binding capacity. Based on the analyses and sensory observations, it was not possible to decide on the best extrudate, because the evaluation was most influenced by the evaluator's preference questions about for example meat structure. Based on this research, by combining oats and peas it is possible to obtain well-structured TVP products with a concentration of up to 60 % oat protein flour. It may be possible to increase the oat content of the extrudates by combining many oats raw materials, but at the same time it is necessary to ensure that the other properties of the extrudates are preserved.