ВведениеВ настоящее время значительная часть растите-льного сырья, используемого при производствепродуктов питания, подвергается экструдирова-нию [1]. Достоинством этой технологии являетсярадикальное изменение структуры сырья, егофизических свойств и питательной ценности, атакже химического состава в процессе обработки [2].Кроме того, экструдирование создает возможностьизменения в широких пределах свойств готовогопродукта при варьировании параметров про-цесса [3, 4].Экструдированию подвергают широкий спектрвидов растительного сырья: зерно, бобы, фрукты,овощи, клубни, листья и стебли растений, а такжеих смеси [5]. Важным преимуществом технологииэкструдирования является возможность обработкиотходов пищевой промышленности, таких каквыжимки плодов, кожура фруктов и др., с цельюих последующего включения в состав пищевыхпродуктов [1, 2, 6].Для осуществления процесса экструдированияиспользуют одношнековые и двухшнековыеэкструдеры [3]. Несмотря на большое разнообразиемоделей, их конструкция сходна и включаетбункер для загрузки сырья, шнек с винтовойнавивкой, вращающийся в неподвижном цилиндри-ческом корпусе, в конце которого имеетсяотверстие (фильера) для выхода экструдата [3, 7].Дополнительно в конструкцию экструдера могутвключать электрические нагреватели корпуса дляповышения температуры процесса и устройствадля подачи в корпус воды или пара для увлажнениясырья [8]. Одношнековые экструдеры обычноиспользуют для обработки однокомпонентных илималокомпонентных продуктов, а двухшнековые– для получения сложных многокомпонентныхпродуктов [9].Обычно в экструдер загружают предварительноподготовленное методами измельчения, увлажненияи кондиционирования растительное сырьеили смесь сырьевых компонентов [10]. Сырье,перемещаемое шнеком по корпусу, под действиемвысокого давления и температуры, а также резкогоперепада давления при выходе из фильеры изменяетсвою структуру и свойства [4, 11]. В качествепеременных входных параметров, изменяющихтечение процесса экструдирования и свойстваготового экструдата, обычно выступают скоростьподачи сырья в экструдер, частота вращенияшнека, соотношение диаметра и длины шнека,температура экструдирования, давление и диаметрфильеры [4, 12]. Также значение имеют исходныесвойства сырья, такие как влажность, степеньизмельчения, химический состав, жирностьи др. [4, 13].В процессе экструдирования растительноесырье претерпевает целый ряд физико-химическихизменений и изменений питательной ценности [13].Они включают окисление жиров, денатурациюбелка, формирование перекрестных связейбелков с другими веществами, желатинизацию идекстринизацию крахмала, разрушение витаминови каротина, денатурацию энзимов, изменениеструктуры (консистенции), цвета и запахапродукта [13, 14]. Эти изменения являютсярезультатом комплексного воздействия на сырьеперечисленных выше переменных входныхпараметров процесса экструдирования [4, 5, 12].Параметры процесса экструдирования раститель-ного сырья изменяют, чтобы добиться полученияпродукта с требуемыми свойствами и обеспечитьминимальное снижение питательной ценностипродукта вследствие разрушения полезныхвеществ [15]. Помимо этого, подбором рациональныхпараметров процесса экструдирования возможноStudy objects and methods. The research featured extrusion methods of plant raw materials in food production. The review includedscientific articles published in English in 2000–2020.Results and discussion. Extrusion is an effective processing method for plant raw materials in food industry. The analysis made itpossible to define the effect of extrusion parameters on the components of plant raw materials. Extrusion increases digestibility ofsuch plant components as protein and starch. High temperature, speed, and moisture are the optimal parameters for extrusion. Highbarrel temperature has a negative effect on vitamin and carotene content, while feed rate and screw speed are not important. Extrusionleads to complete mycotoxins reduction at critical temperatures. While high temperature and screw speed are important for processefficiency, they have a negative effect on the nutritional value of the final product.Conclusion. Optimal parameters of various raw materials and their compounds remain largely understudied, in spite of the fact thatthey are responsible for the balance between the required extrudate properties and nutritional value. Formation of nutrient complexesand their effect on the process parameters also require further research, especially in regard with protein-carbohydrate and amylaselipidcomplexes. In general, extrusion of plant raw materials remains a promising but largely neglected research topic in food science.Keywords. Vegetable raw materials, extrusion, extrudate, processing parameters, extrudate properties, nutritive valueFunding. The research was performed on the premises of the Agricultural Research Center “Donskoy” as part of state assignmentNo. 0706-2019-0006.For citation: Bakhchevnikov ON, Braginets SV. Extrusion of Plant Raw Materials in Food Production: A Review. Food Processing:Techniques and Technology. 2020;50(4):690–706. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-690-706.692Bakhchevnikov O.N. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 4, pp. 690–706решить еще две важные задачи: разрушениеантипитательных веществ (ингибиторы протеазы идр.), содержащихся в некоторых видах растительногосырья, и уничтожение патогенных микроорга-низмов [1, 2, 16].Так как воздействие входных параметров насырье в процессе экструзии является комплексным,то бывает сложно определить изменение какихпараметров привело к конкретному изменениюсвойств экструдата. Правильное определениевзаимосвязи входных параметров процесса ивыходных свойств продукта осложнено большимразнообразием видов и смесей растительногосырья. Также составляющие растительного сырьяхимические вещества при экструдировании поддействием высокой температуры и давления могутвступать в химические реакции друг с другом,образуя сложные комплексы [17]. Это приводитк тому, что экспериментальные результаты,полученные разными исследователями, противоречатдруг другу.Все это потребовало проведения обзора икритического анализа научных публикаций,посвященных теме экструдирования растительногосырья при производстве продуктов питания. Ввидузначительного количества таких публикаций вданной работе выполнен обзор статей на английскомязыке. Обзор русскоязычных публикаций будетпредставлен позднее.Целью исследования является обобщение исравнительный анализ англоязычных научныхпубликаций, посвященных технологиям экструди-рования растительного сырья, используемого дляпроизводства пищевых продуктов, извлечениюинформации о рациональных параметрах ихосуществления и влиянию на свойства готовыхэкструдатов.Объекты и методы исследованияОбъектом исследования является процессэкструдирования растительного сырья в ходепроизводства пищевых продуктов.Отбор и систематический обзор научнойлитературы по теме исполнен по методикеR. J. Torraco и C. Okoli [18, 19].Для отбора научных статей на английскомязыке провели поиск по ключевым словам вбиблиографических базах «Google Scholar» и«Scopus». Дополнительно был выполнен обзорнаучных журналов по теме исследования. Привыборе статей для обзора приоритет отдаваливысокоцитируемым источникам (более 15цитирований в «Scopus»). Списки литературыотобранных статей были просмотрены для выявлениядополнительных релевантных источников.Поиск публикаций осуществляли по следующимключевым словам (на английском языке) и ихкомбинациям: vegetable raw materials (растительноесырье), extrusion (экструдирование), extrudate(экструдат), processing parameters (парметрыпроцесса), extrudate properties (свойства экструдата),food (пища).В качестве временных рамок для выбора научныхпубликаций нами был принят интервал 2000–2020гг. Более ранние научные статьи изучали толькопри отсутствии новых публикаций по конкретномуаспекту исследуемой тематики.Результаты и их обсуждениеВлияние параметров экструдирования насоставляющие растительного сырья. Протеин.Параметры экструдирования оказывают значительноевлияние на свойства и структуру растительногопротеина, а также на его взаимодействие с другимивеществами [20]. При высокой температуре экструзиитакое влияние может быть негативным, приводя кденатурации белка и образованию меланоидиновв результате реакции Майяра аминокислот ссахарами [21]. В результате происходит снижениеусвояемости белка [22]. Правильно подобранныепараметры экструдирования приводят к повышениюусвояемости протеина в результате происходящегопри денатурации увеличения площади поверхностибелковых молекул, доступной для взаимодействия сферментами [23]. B. Zhang с соавторами установил,что при экструдировании семян рапса высокаяусвояемость белка наблюдалась лишь при исходнойвлажности сырья более 30 % [24].Анализ аминокислотного профиля исходногорастительного сырья и экструдатов позволяетоценить влияние экструдирования на качество исохранность протеина [5]. Лизин, цистеин и аргининявляются самыми нестабильными из аминокислотпри экструзии [2, 5]. Температура процесса ивлажность сырья оказывают наибольшее влияниена сохранность аминокислот [5, 25]. S. Singh и др.установили, что минимальные потери лизина в ходеэкструзии наблюдаются при влажности сырья более15 % и температуре менее 180 °С [5]. Авторы сделаливывод, что причиной снижения содержания лизинаявляется протекание при высокой температуре инизкой влажности реакции Майяра, происходящеймежду сахарами и аминогруппой молекуламинокислот, в том числе ε-аминогруппой лизина [5].M. O. Iwe и его соавторы выяснили, чтоувеличение частоты вращения шнека экструдерадо 80–140 мин–1 и уменьшение диаметра фильерыдо 6–10 мм повышает сохранность лизина [26]. Ониобъясняют это сокращением продолжительноститермической обработки сырья. Помимо этого,высокая частота вращения шнека и высокая скоростьподачи увеличивают переваримость белка за счетусиления его денатурации под действием высокогонапряжения сдвига в экструдируемом сырье [2, 5].693Бахчевников О. Н. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 4 С. 690–706Экструзия приводит к взаимодействиюпротеина с различными питательными веществамирастительного сырья с образованием перекрестныхсвязей, что влияет на свойства экструдатов.Так, R. Alonso и A. A. F. Marzo установили,что экструдирование приводит к образованиюдисульфидных связей и нековалентных взаимо-действий, уменьшая растворимость белка вэкструдате из гороха и фасоли [23].S. Beck с соавторами определил, что низкаявлажность сырья приводила к снижению раство-римости протеина в гороховом экструдате [27]. Ониустановили, что температура и напряжение сдвигаоказывают большее влияние на растворимостьбелка, чем влажность. Во время денатурациибелка изменения в поверхностной гидрофобностипозволяют его молекуле формировать трехмернуюструктуру с высокой водопоглотительной спо-собностью и низкой растворимостью. D. Panyamи A. Kilara установили, что растворимость белкаиграет важную роль в его эмульгирующих свойствах,ускоряя диффузию протеина на поверхностьпродукта. Это снижает поверхностное натяже-ние [28]. По мнению A. Silva и др., экструдиро-вание положительно влияет на эмульгирующуюспособность растительного протеина, что важно припроизводстве пищевых продуктов [29].Таким образом, процесс экструдирования приневысокой температуре, высокой частоте вращенияшнека экструдера и повышенной влажностисырья повышает усвояемость содержащегося врастительных продуктах протеина (рис. 1) [30].Жиры. При приготовлении пищевых продуктов израстительного сырья методом экструдирования жиры(липиды) обычно присутствуют в них в небольшомколичестве [2, 31]. При этом они оказываютположительное влияние на процесс экструзии,способствуя снижению трения, пластифицируяпродукт и склеивая его составные части [13]. Носодержание жиров более 5–6 % нежелательно,т. к. это замедляет работу экструдера и ухудшаетпротекание процесса экструзии [32]. Вращающиймомент шнека экструдера уменьшается из-заувеличения трения продукта, также снижается индексрасширения экструдата [5, 32].Известно, что окисление жиров в процессеобработки ухудшает свойства продукции.Результаты исследований показывают, что в ходеэкструдирования это явление не наблюдается ввидукратковременности процесса [5]. Кроме того, приэкструзии разрушаются ферменты, ускоряющиеокисление, а образующиеся в ходе реакцииМайяра протеин-углеводные комплексы являютсяантиокислителями [5, 32].Процесс экструдирования растительного сырьяприводит к уменьшению содержания жиров вготовом продукте [2]. J. S. Tumuluru и др. связываютснижение содержания жира с низкой влажностьюсырья и высокой температурой экструзии [33]. Втоже время T. de Pilli и его соавторы установили,что сжигание жиров увеличивалось при влажностисырья (смесь пшеничной и миндальной муки) от26 до 30 %, но уменьшалось при влажности от30 до 36 % [34]. Причина этого противоречия неустановлена. Вероятно, влияние оказали другиепараметры процесса, в том числе вязкость сырья [2].По мнению R. Sandrin и др., при экструзии риса и(а) (b)Рисунок 1. Влияние технологических параметров на усвояемость протеина при экструдировании измельченных зеренамаранта: a – влияние температуры и частоты вращения шнека; b – влияние температуры и влажности [30]Figure 1. Effect of technological parameters on protein digestibility during extrusion of ground amaranth grains: a – temperature and screw speed;b – temperature and moisture [30]Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, °С /Barrel temperature, °СЧастота вращения, с-1 /Screw speed, HzaВлажность, % /Moisture content, %Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, °С /Barrel temperature, °СЧастота вращения, с-1 /Screw speed, HzaВлажность, % /Moisture content, %Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, ºС /Barrel temperature, ºСУсвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, °С /Barrel temperature, °СЧастота вращения, с-1 /Screw speed, HzbaВлажность, % /Moisture content, %Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Линейное расширение /Linear expansionТемпература, ºС /Barrel temperature, ºСУсвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, °С /Barrel temperature, °СЧастота вращения, с-1 /Screw speed, HzbaВлажность, % /Moisture content, %Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Линейное расширение /Linear expansionТемпература, ºС /Barrel temperature, ºСЧастота вращения, мин-1 /Screw speed, rpmУсвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, °С /Barrel temperature, °СЧастота вращения, с-1 /Screw speed, HzbaВлажность, % /Moisture content, %Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %расширение /expansionТемпература, ºС /Barrel temperature, ºСУсвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, °С /Barrel temperature, °СЧастота вращения, с-1 /Screw speed, HzbaВлажность, % /Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, °С /Barrel temperature, °СЧастота вращения, с-1 /Screw speed, HzaУсвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, ºtemperature, Усвояемость протеина, % /Protein digestibility, %Температура, °С /Barrel temperature, °СЧастота вращения, с-1 /Screw speed, Hza694Bakhchevnikov O.N. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 4, pp. 690–706овса скорость вращения шнека была более значимымфактором для снижения содержания жира, чемтемпература [35]. T. de Pilli с соавторами считает,что высокие температура и давление приводятк переходу жиров из твердой в жидкую форму,которая удаляется из экструдата [34]. Кроме того,происходит формирование липидно-амилозных илипидно-протеиновых комплексов. В результате чегохимический анализ показывает низкое содержаниежира в экструдате [2]. S. Bhatnagar и M. A. Hannaговорят об образовании липидно-амилозногокомплекса при температуре экструзии кукурузногокрахмала 110–140 °С [36]. J. A. G. Areas и др. такжесообщают об образовании липидно-амилозногокомплекса при низкой влажности растительногосырья [37].Таким образом, результаты проанализированныхэкспериментальных исследований подтверждают, чтонебольшое содержание жиров в сырье способствуетэффективному осуществлению процесса экструди-рования и предотвращает окисление готовогопродукта, а высокое ухудшает протекание процессаэкструзии и качество продукта.Углеводы. Многие виды растительного сырья,в частности фрукты, имеют высокое содержаниесахаров. Известно, что при экструдировании сахараактивно вступают в химические реакции с другимивеществами [5]. Многие исследователи сообщаюто значительном снижении содержания сахарозы вэкструдатах [5, 25]. Так, M. E. Camire с соавторамисообщает о снижении содержания сахара на 20 %в ходе экструдирования сырья для бисквитов притемпературе 170–210 °С и влажности 13 % [38].Это может быть объяснено превращением сахарозыв глюкозу и фруктозу, а также ее соединением слизином в результате реакции Майяра [5, 25].Многие виды растительного сырья, в частностизерновые культуры, имеют высокое содержаниекрахмала (амилоза и амилопектин). В процессеэкструдирования крахмал способствует хорошемурасширению экструдата [1, 2]. Во время экструзиикрахмал значительно изменяет свою структуру.В нем происходят три процесса: желатинизация,деполимеризация и декстринизация [2]. Жела-тинизация важна, т. к. люди плохо усваиваютнежелатинизированный крахмал [5]. Действиевысокой температуры разрушает структуру молекулкрахмала и межмолекулярные водородные связи [2].В результате этого крахмал получает возможностьусиленно поглощать влагу [39]. Из-за резкогопадения давления при выходе продукта из фильерыэкструдера происходит испарении этой влаги, чтоспособствует формированию требуемой структурыэкструдата [4].Наибольшее влияние на преобразование крахмалапри экструзии оказывают температура процессаи влажность сырья [1, 13]. J. de la Rosa-Millan и др.заявляют о пропорциональном увеличении долитрансформированного крахмала при повышениитемпературы [40].Установлено, что декстринизация крахмаланаиболее активно происходит при низкой влажностии высоком напряжении сдвига [2]. При экструзииразрушаются ковалентные водородные связи вмолекулах крахмала, что приводит к изменениюструктуры, делающему их более доступными длявоздействия пищеварительных ферментов [2, 41].Исследователи пришли к выводу, что обработкарастительного сырья экструдированием обеспечиваетсамую высокую переваримость крахмала средивсех известных методов обработки [41]. A. Rafiq ссоавторами сообщает, что при экструдировании рисапереваримость крахмала повышалась при увеличениивлажности и температуры [42]. Высокие значениядавления также повышают переваримость крахмала,т. к. увеличивают площадь поверхности молекул,доступной для гидролиза [2].Но при экструдировании растительного сырья,содержащего жиры, следует учитывать, что врезультате может произойти снижение переваримостикрахмала из-за формирования липидно-амилозныхкомплексов [36, 43]. Также имеются сведенияо том, что высокое содержание сахаров в сырьепрепятствует процессу желатинизации крахмала [5].Пищевые волокна важны для правильногопищеварения людей. Они состоят из полисахаридов,олигосахаридов и лигнина [5]. Результатыэкспериментов L. E. Garcia-Amezquita с соавторамипоказывают, что содержание пищевых волоконв результате экструдирования при температуре100–125 °С не снижается ввиду их устойчивостик ее действию [44]. S. Rashid и др. сообщают, чтов результате экструзии при высокой температуре(более 160 ºС) содержание пищевых волокон впшеничных отрубях увеличилось. Это может бытьобъяснено их формированием из устойчивого кдействию ферментов крахмала (амилозы) [45].Таким образом, при экструзии с умереннойтемпературой 100–125 °С содержание пищевыхволокон не снижается, а при высокой температуре(более 160 °С) может происходить увеличениеих содержания по причине формирования изустойчивого к ферментам крахмала.Такие виды углеводов, как сахара и крахмал, входе экструзии активно взаимодействую с другимивеществами и меняют свою структуру. Это требуетрегулирования параметров процесса обработки, в товремя как пищевые волокна остаются стабильными.Витамины. Степень сохранности разныхвитаминов при экструзии различна. ВитаминыE и A (токоферолы и каротиноиды) менеестабильны по сравнению с витаминами D и K [46].Результаты многих исследований показывают,что высокая температура и низкая влажность695Бахчевников О. Н. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 4 С. 690–706увеличивают разрушение витамина C (аскорбиноваякислота) при экструзии. A. H. Dar и его соавторыустановили, что при экструзии выжимок морковиувеличение температуры с 110 до 140 °С привело кзначительному разрушению витамина C и β-каро-тина [47]. Основное влияние на сохранностькаротиноидов оказывает температура процесса [5].R. Guzman-Tello и J. S. Cheftel установили, что приэкструзии смеси растительного сырья повышениетемпературы с 125 до 200 °С привело к полномуразрушению содержавшегося в нем β-каротина [48].H. Zieliński и др. сообщают, что приэкструдировании гречневой крупы содержаниевитамина E снизилось на 63 % из-за разрушенияγ-токоферола [49]. Витамины группы B лучшесохраняются при низкой температуре и высокойвлажности сырья [50]. S. R. Bajaj и R. S. Singhalисследовали влияние экструзии на сохранностьвитамина B12 в снеках и установили, что егоразрушение усиливалось при повышениитемпературы, а при температуре 194 °С произошлополное разрушение этого витамина [51]. В то жевремя значимого влияния скорости подачи и частотывращения шнека на содержание витамина B12выявлено не было.Таким образом, результаты экспериментовподтверждают, что высокая температура являетсяограничивающим фактором при экструзии богатоговитаминами растительного сырья.Антипитательные факторы. В некоторых видахрастительного сырья присутствуют антипитательныевещества, такие как фитат, сапонин, оксалат, танин,ингибиторы трипсина/протеазы и др. [13].Экструдирование позволяет максимальносократить их содержание в готовых продуктахпитания. R. P. Rathod и U. S. Annapure установили, чтопри экструзии чечевицы максимальное разрушениеингибиторов трипсина, фитиновой кислоты и танинанаблюдалось при температуре 180 °С и влажности22 % [52]. S. Kaur с соавторами выяснил, что приэкструзии зерновых отрубей с температурой 140 °Сразрушение антипитательных веществ усиливалосьпри увеличении влажности сырья [53]. По мнениюS. Yagci и T. Evci, значительное влияние наразрушение фитатов оказывает повышениедавления [54]. N. Mukhopadhyay и др. выяснили,что при экструзии семян льна разрушение танинаусиливалось при увеличении частоты вращенияшнека экструдера, достигая максимума при значении96,8 мин–1 [55]. T. U. Nwabueze определил, чтонаибольшее влияние на разрушение антипитательныхфакторов при экструзии смеси сои и плодовхлебного дерева оказывала частота вращения шнека(линейная зависимость). Ее увеличение с 90 до190 мин–1 уменьшило содержание вредных веществ:содержание ингибиторов трипсина снизилось на91 %, а танина – на 92 % [56].Таким образом, при экструзии растительногосырья влияние на разрушение антипитательныхфакторов оказывают влажность сырья, температура ичастота вращения шнека экструдера.Влияние параметров процесса экструдированияна свойства готовых экструдатов. Объемнаяплотность и индекс расширения экструдата. Врезультате экструзии готовый продукт расширяетсяи приобретает пористую структуру, что являетсяположительным эффектом [2]. Оценить этот эффектпомогают такие параметры экструдата, как объемнаяплотность и индекс расширения. Объемная плотностьэкструдата обратно пропорциональна индексу егорасширения.Индекс расширения экструдата зависит отвлажности, температуры и частоты вращенияшнека экструдера [1, 2]. M. M. Mazlan с соавторамиРисунок 3. Влияние температуры экструзии и частотывращения шнека на индекс водопоглощенияэкструдата [62]Figure 3. Effect of extrusion temperature and screw speedon the water absorption index of the extrudate [62]Влажность, % /Moisture content, %Температура, ºС /Barrel temperature, ºСУсвояемость Protein Линейное расширение /Linear expansionТемпература, ºС /Barrel temperature, ºСЧастота вращения, мин-1 /Screw speed, rpmbВлажность, % /Moisture content, %Температура, ºС /Barrel temperature, ºСУсвояемость Protein Линейное расширение /Linear expansionТемпература, ºС /Barrel temperature, ºСЧастота вращения, мин-1 /Screw speed, rpmb/1 Влажность, % /Moisture content, %Температура, ºС /Barrel temperature, ºСProtein Линейное расширение /Linear expansionТемпература, ºС /Barrel temperature, ºСЧастота вращения, мин-1 /Screw speed, rpmbРисунок 2. Влияние температуры и частоты вращенияшнека экструдера на линейное расширение экструдатаиз зерна кукурузы и кожуры манго [57]Figure 2. Effect of barrel temperature and screw speed on the linearexpansion of corn-mango peel extrudates [57]Влажность, % /Moisture content, %Температура, ºС /Barrel temperature, ºСУсвояемость Protein digestibility, Линейное расширение /Linear expansionТемпература, ºС /Barrel temperature, ºСЧастота вращения, мин-1 /Screw speed, rpmb696Bakhchevnikov O.N. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 4, pp. 690–706установил, что при экструзии зерен кукурузы икожуры манго максимальное линейное расширениеэкструдата наблюдалось при низкой влажности 15,5 %и высокой частоте вращения шнека 100 мин–1, а такжепри высокой частоте вращения шнека и высокойтемпературе [57] (рис. 2).Z. Rzedzicki и др. выявили соответствие междувысокой влажностью и низкой температурой ималым расширением горохового экструдата [58]. Этообъясняется тем, что высокая влажность снижаетвязкость сырья, что негативно влияет на трениематериала и желатинизацию крахмала [2, 58]. Этотэффект усиливается при малой частоте вращенияшнека и низкой температуре, что сопровождаетсянизким давлением в корпусе экструдера. Следствиемэтого является малый перепад давления на выходеиз фильеры экструдера и слабое расширениеэкструдата [2].C. Liu с соавторами сообщает о положительномвлиянии на расширение экструдата высокой частотывращения шнека и температуры за счет повышениядавления и усиления желатинизации крахмала [59].Но C. O’Shea и др. предупреждают, что слишкомвысокая частота вращения шнека может привести кповреждению крахмальных ядер, что препятствуетжелатинизации, а слишком высокая температураприводит к спеканию сырья и полному исчезновениюпористости продукта [60].Индексы водопоглощения и водной раствори-мости экструдата. Индекс водопоглощения(Water Absorption Index – WAI) и индекс воднойрастворимости (Water Solubility Index – WSI)характеризуют способность компонентов экстру-дированного продукта взаимодействовать с водой.Зарубежом они используются как показатели егокачества [61]. Индекс водопоглощения характеризуетспособность компонентов экструдата, в частностикрахмала и пищевых волокон, связываться сводой. Индекс водной растворимости выступаетиндикатором количества растворимых компонентовэкструдата (полисахаридов), выделяющихся из негопри добавлении избытка воды [51, 62].Влажность сырья и температура процессаоказывают основное влияние на величину WAIдля растительных экструдатов [2]. S. Yagci иF. Gogus наблюдали тенденцию увеличения WAIи уменьшения WSI при повышении влажности с12 % до 18 % при экструзии риса [63]. Избытокводы в сырье увеличивает водопоглощение впроцессе экструзии и снижает вязкость крахмала,что усиливает его желатинизацию и обеспечиваетоднородное смешивание и распределение теплав экструдируемом продукте [2, 63]. Температурапроцесса значительно влияет на величину водныхиндексов. S. Yagci и F. Gogus установили, что приповышении температуры увеличивается и WAI, вто время как увеличение частоты вращения шнекаповышает его в меньшей степени (рис. 3) [63].Но по достижении температурой определенногокритического значения WAI снижается из-задекстринизации крахмала и деполимеризацииамилозы.Содержание в сырье пищевых волокон оказываетвлияние на величину WAI и WSI экструдата. Многиеисследователи сообщают об увеличении WAIэкструдата при повышении содержания пищевыхволокон [64, 65]. Добавление в сырье пищевыхволокон влияет на WSI экструдата [64]. Причинойповышения значений этого параметра являетсяразрушение крахмальных зерен в продукте, в товремя как его снижение связано с уменьшениемсодержания крахмала и формированием крахмально-волоконных комплексов [64, 65].Структура экструдата. Структура экструдатаявляется одним из важных показателей качестваэкструдированных продуктов [1, 2]. Структуруэкструдата характеризуют твердость поверхности,хрусткость и плотность [2].Экспериментальные исследования выявилиобратную связь между твердостью и индексомрасширения экструдата [64]. Твердость экструдатазависит от влажности сырья, температуры и частотывращения шнека (рис. 4) [47, 66]. При высокойтемпературе и частоте вращения шнека получаютмягкие экструдаты, т. к. уменьшение вязкости сырьяпод действием высокой температуры способствуетего расширению и формированию газовых пузырей иснижению плотности [67].V. Stojceska с соавторами зафиксировалувеличение твердости экструдата при повышениивлажности сырья с 12 до 17 % [68]. По их мнению,которое разделяет Q. Ding, увеличение влажностиРисунок 4. Влияние температуры экструзиина микроструктуру рисового экструдата:a – 110 °C; b – 120 °C; c – 130 °C; d – 140 °C [47]Figure 4. Effect of extrusion temperature on the microstructure of riceextrudate: a – 110 °C; b – 120 °C; c – 130 °C; d – 140 °C [47](а) (b)(c) (d)697Бахчевников О. Н. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 4 С. 690–706растительного сырья приводит к уменьшениювязкости крахмала, что ограничивает рост газовыхпузырей и повышает плотность экструдата из-заослабления структуры крахмала [69]. R. Geetha идр. выяснили, что при одновременном повышениитемпературы и частоты вращения шнека усиливаетсяобразование газовых пузырей в экструдате, аструктура крахмала трансформируется из слитной впенистую. При этом действие высокой температурыуменьшает толщину стенок пенистой структуры иувеличивает диаметр пузырей [70]. Именно такиеэкструдаты имеют наибольшие хрустящие свойства,что важно при производстве снеков [71].Увеличение содержания в растительном сырьепротеина и пищевых волокон повышает твердость иплотность экструдата, а уменьшение их содержанияприводит к получению более хрустящего и мягкогоэкструдата [2].Цвет экструдата. Цвет экструдированногопродукта питания является важным показателемего качества в глазах потребителей. Он зависитот вида сырья и параметров экструзионнойобработки, а также от температуры [5]. Действиевысокой температуры и низкой влажности приэкструзии приводит к протеканию реакции Майяра,карамелизации и деградации пигментов, чтовызывает потемнение готового продукта [1].Влияние экструзии на биологическую безо-пасность экструдатов. Влияние параметровэкструзии на содержание патогенных микроорга-низмов. Содержание бактерий и других микро-организмов в готовых растительных экстру-датах является важнейшим показателем их качества.Экструзия, как процесс тепловой обработки, снижаетих содержание. Наименьшее содержание бактерий имикромицетов наблюдается при высокой температуреобработки и низкой влажности сырья [2, 72]. В тоже время увеличение скорости вращения шнекаэкструдера приводит к повышению содержанияжизнеспособных микробов из-за уменьшенияпродолжительности термической обработки [2, 9].Добавление в экструдируемое растительное сырьеопределенных компонентов сокращает количествомикроорганизмов в экструдате. V. S. Eim и др.выяснили, что добавление в состав сырья богатойпищевыми волокнами моркови снизило количестволиполитических микроорганизмов в экструдате [73].M. M. Selani с соавторами установил, что добавле-ние в состав сырья веществ, повышающих егокислотность, снижает уровень микрофлоры вэкструдате [74].Влияние параметров экструзии на содержаниемикотоксинов. Для обеспечения биологическойбезопасности экструдированных пищевых продуктовзначение имеет разрушение в процессе обработкимикотоксинов – ядовитых веществ, выделяемыхплесневыми грибами, такими как фумонизин,афлатоксин, дезоксиниваленол и зеараленон [75].Исследования U. Meister и M. M. Casteloпоказали, что под действием высокой температурыв ходе экструзии разрушается фумонизин [76,77]. По данным U. Meister фумонизин активно(на 50–70 %) разрушается при температуре более140 °С, а полное его разрушение наблюдалосьпри температуре более 180 °С [76]. M. M. Casteloи др. установили, что при увеличении частотывращения шнека минимальная температура дляначала распада микотоксинов уменьшается до120 °С [77]. Авторы исследований делают вывод, чтонаиболее эффективным для деактивации фумонизинапри экструзии является комбинирование высокойтемпературы и скорости вращения шнека экструдераи низкой влажности сырья [13].Экструдирование является эффективным спосо-бом деактивации афлотоксина, который начинаетразрушаться уже при температуре 105 °С [13, 75].M. Castells с соавторами установила, что влажностьсырья и температура процесса оказывают наибольшеевлияние на содержание афлотоксина. Наилучшийэффект дает сочетание высокой температуры (более160 °С) и низкой влажности (менее 15 %) [13, 75].Дезоксиниваленол и зеараленон такжеподвергаются разрушению при экструдировании.Наиболее эффективная деактивация дезокси-ниваленола происходит при температуре от150 до 180 ºС и влажности от 15 до 30 % [78].Экструдирование является эффективным методомдеактивации зеараленона, оптимальный диапазонтемпературы для этого 120–140 °С [13].Кроме температуры, влияние на снижениесодержания микотоксинов оказывают влажностьсырья и частота вращения шнека экструдера.Влияние этих параметров экструзии на разрушениемикотоксина охратоксина А изучила M. Castellsс соавторами [79]. Она установила, что в ходеэкструзии измельченного ячменя при постояннойтемпературе значительное снижение содержаниямикотоксина имело место при меньшей частотевращения шнека. Это объясняется продолжительнойтепловой обработкой сырья. При температуре 160 °Сснижение частоты вращения шнека со 100 до 50 мин–1привело к увеличению разрушения микотоксинас 66,5 % до 80,5 %. Влияние влажности сырья наизменение содержания охратоксина А оказалось нестоль значимым. Снижение влажности сырья привелок небольшому увеличению разрушения микотоксина.При температуре экструзии 160 °С снижениевлажности с 30 до 24 % привело к увеличениюразрушения микотоксина лишь на 5 % [79].Кроме того, по мнению K. M. Schaich,образующиеся в растительном сырье при экстру-дировании свободные радикалы способствуютразрушению микотоксинов, усиливая действиевысокой температуры [80].На основе изучения научных статей сделан вывод,что экструдирование приводит к почти полномуразрушению микотоксинов при условии достижения698Bakhchevnikov O.N. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 4, pp. 690–706в ходе процесса критической для них темпера-туры [81–83].ВыводыАнализ научных публикаций по исследуемойтеме показал, что экструдирование являетсяодним из самых важных способов переработкирастительного сырья в пищевые продукты. Этотпроцесс позволяет повысить усвояемость многихкомпонентов растительного сырья, в частностипротеина и крахмала, а также снизить содержаниеантипитательных факторов.Наиболее эффективно, с точки зрения получениякачественного по структуре продукта, процессэкструзии протекает при высоких температурах,скорости вращения шнека экструдера и влажностисырья. Но высокие значения этих параметроввызывают снижение содержания ценных питательныхвеществ – протеина и витаминов. Поэтомунаучные исследования должны быть направленына выявление оптимальных параметров экструзиикаждого вида растительного сырья и их смесей сцелью соблюдения баланса между требуемымисвойствами экструдата (структура, расширение, цвети др.) и сохранностью питательных веществ. Длямногих видов растительного сырья эта работа ужевыполнена, но для некоторых видов сырья требуетсяпроведение дополнительных исследований.В результате экспериментальных исследованийбыли выявлены закономерности влияния параметровэкструдирования на составляющие растительногосырья. Установлено, что процесс экструдированияпри невысокой температуре, высокой частотевращения шнека экструдера и повышеннойвлажности сырья повышает усвояемость протеина.Процесс экструдирования растительного сырьяприводит к уменьшению содержания жиров вготовом продукте. Причем в наибольшей степенивлияние на него оказывает скорость вращения шнека.В ходе экструдирования наибольшаятрансформация крахмала наблюдается при высокойвлажности сырья и температуре процесса. Такие видыуглеводов, как сахара и крахмал, в ходе экструзииактивно взаимодействую с другими веществами именяют свою структуру. Это требует регулированияпараметров обработки, в то время как пищевыеволокна остаются стабильными.Установлено, что лимитирующим фактором дляобеспечения сохранности витаминов и каротина входе экструзии является высокая температура, в товремя как скорость подачи и частота вращения шнекане оказывают значимого влияния.При экструдировании растительного сырьяпроисходит разрушение антипитательных факторов,наибольшее влияние на которое оказываетувеличение частоты вращения шнека экструдера.Кроме того, экструдирование приводит к полномуразрушению микотоксинов при условии достиженияв ходе процесса критической для них температуры.Однако, как показал проведенный анализ, ещенедостаточно исследована тема формирования в ходеэкструдирования сложных комплексов питательныхвеществ – белков, липидов и углеводов, в частностипротеин-углеводных и липидно-амилозныхкомплексов, и влияние на их образование параметровпроцесса.Тематика экструдирования растительного сырьядля производства пищевых продуктов являетсяперспективной, но требует проведения дополни-тельных исследований.Критерии авторстваО. Н. Бахчевников – анализ литературныхданных, подготовка первоначального вариантатекста и доработка текста статьи. С. В. Брагинец –формулирование основной концепции исследования,общее руководство исследованием, критическийанализ первоначального варианта текста.Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.БлагодарностиАвторы благодарят рецензентов за их вклад вэкспертную оценку этой работы.ContributionO.N. Bakhchevnikov analyzed the data, prepared thedraft of the manuscript, and proofread its final version.S.V. Braginets coined the basic concept of the study,supervised the research, and corrected the first version ofthe manuscript.Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.AcknowledgementsThe authors would like to thank the reviewers for thepeer review of this manuscript.