Influence of the forming die design on processing and physical properties of gluten-free crisps

• Autorzy: Mitrus Marcin , Tydman Kacper , Milanowski Marek , Soja Jakub , Lewko Piotr , Kupryaniuk Karol , Wójtowicz Agnieszka

Identyfikatory

DOI

10.2478/agriceng-2024-0007

Warianty tytułu

PL

Wpływ kształtu matryc formujących na przebieg procesu i właściwości fizyczne chrupek bezglutenowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research was to evaluate the influence of the forming die openings shape on processing parameters of the extrusion-cooking process and on the selected properties of gluten-free crisps. The experiment used blends of corn grits, unroasted buckwheat, rice, and dried blackberries. The extrusion process of gluten-free crisps was carried out via a prototype EXP-45-32 single-screw extruder with L/D=16. During the tests, 5 different forming dies were assessed: 2 openings with a diameter of 2 mm each, 1 round opening with a diameter of 3 mm, 1 cross-shaped opening, a star and a heart. During the tests, the processing efficiency and energy consumption of the extrusion process were tested, and the expansion index, bulk density and hardness of the crisps were investigated. The research demonstrated that the forming die shape affects the efficiency and energy consumption of the extrusion-cooking process of crisps. The lowest efficiency was found if a heart-shaped die was used, and the highest efficiency was determined in the case of a star-shape die. Moreover, the highest specific energy consumption was noted when using a star-shaped die during crisps extrusion. Crisps obtained using dies with larger diameters were characterized by a lower expansion index. The complicated shape of the die opening resulted in less expansion of the obtained crisps. The highest bulk density and hardness were found in the case of crisps obtained on a star-shaped forming die.

PL

Konsumenci wciąż poszukują nowych, prozdrowotnych, w tym bezglutenowych, przekąsek. Produkty uzyskiwane za pomocą matryc z otworami o różnych kształtach mogą przyciągnąć uwagę klienta. Celem badań była ocena wpływu kształtu otworów matryc formujących na wybrane parametry procesu ekstruzji oraz wybrane właściwości chrupek bezglutenowych. W badaniach wykorzystano mieszanki kaszki kukurydzianej, gryki niepalonej, ryżu i suszonej jeżyny. Proces ekstruzji chrupek bezglutenowych prowadzono z zastosowaniem prototypowego ekstrudera jednoślimakowego EXP-45-32 w konfiguracji L/D=16. W trakcie badań zaprojektowano i wykorzystano 5 różnych rodzajów matryc formujących: z dwoma otworami o średnicy 2 mm każdy, z jednym otworem okrągłym o średnicy 3 mm oraz z otworami w kształcie krzyża, gwiazdki i serca. Podczas badań oceniano wydajność i energochłonność procesu ekstruzji w zależności od zastosowanej matrycy. Gotowe wyroby poddano ocenie wskaźnika ekspandowania, gęstości usypowej i twardości poprzez pomiar siły cięcia chrupek. Badania wykazały, że kształt otworu matrycy ma wpływ na wydajność i energochłonność procesu ekstruzji. Najmniejszą wydajność stwierdzono w przypadku matrycy o kształcie serca a największą wydajność określono przy zastosowaniu matrycy o kształcie gwiazdki. Największą energochłonność procesu stwierdzono w przypadku ekstruzji z zastosowaniem matrycy w kształcie gwiazdki. Chrupki uzyskane z wykorzystaniem matrycy okrągłej o większej średnicy charakteryzowały się mniejszym wskaźnikiem ekspandowania promieniowego. Skomplikowany kształt otworu matrycy wpływał na mniejsze ekspandowanie uzyskiwanych chrupek bezglutenowych. Największą gęstość usypową oraz twardość stwierdzono w przypadku chrupek uzyskanych przy użyciu matrycy o kształcie gwiazdki. Najdelikatniejszą strukturę przekąsek stwierdzono przy zastosowaniu w procesie ekstruzji chrupek matrycy formującej w kształcie krzyża i serca.

Słowa kluczowe

EN

extrusion; forming die; efficiency; energy consumption; physical properties

PL

ekstruzja; matryca; wydajność; energochłonność; przekąski bezglutenowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej
• Czasopismo: Agricultural Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 28, No. 1
• Strony: 85--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Mitrus Marcin

• Department of Thermal Technology and Food Process Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Głęboka 31, 20-612 Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3150-6747

autor

Tydman Kacper

• Students’ Scientific Society of Food Process Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Głęboka 31, 20-612 Lublin, Poland

autor

Milanowski Marek

• Department of Thermal Technology and Food Process Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Głęboka 31, 20-612 Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3367-7942

autor

Soja Jakub

• Department of Thermal Technology and Food Process Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Głęboka 31, 20-612 Lublin, Poland
• Students’ Scientific Society of Food Process Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Głęboka 31, 20-612 Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5232-083X

autor

Lewko Piotr

• Department of Thermal Technology and Food Process Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Głęboka 31, 20-612 Lublin, Poland
• Students’ Scientific Society of Food Process Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Głęboka 31, 20-612 Lublin, Poland
• PZZ Lubella GMW Sp. z o.o., Wrotkowska 1, 20-469 Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2349-5053

autor

Kupryaniuk Karol

• Students’ Scientific Society of Food Process Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Głęboka 31, 20-612 Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2517-9177

autor

Wójtowicz Agnieszka

• Department of Thermal Technology and Food Process Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Głęboka 31, 20-612 Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5981-6109

Bibliografia

• Adekola, K.A. (2015). Influence of food extruder die dimensions on extruded products expansion. Agricultural Engineering International: CIGR Journal. 17(1), 255-263.
• Alam, M.S., Kaur, J., Khaira, H., & Gupta, K. (2016). Extrusion and extruded products: changes in quality attributes as affected by extrusion process parameters: a review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 56 (3), 445-473. https://doi.org/10.1080/10408398.2013.779568.
• Amer, S.A., & Rizk, A.E. (2022). Production and evaluation of novel functional extruded corn snacks fortified with ginger, bay leaves and turmeric powder. Food Production, Processing and Nutrition. 4, 4. https://doi.org/10.1186/s43014-022-00083-3.
• Bascuñán, K.A., Vespa, M.C., & Araya, M. (2017). Celiac disease: understanding the gluten free diet. European Journal of Nutrition. 56, 449-459. https://doi.org/10.1007/s00394-016-1238-5.
• Bisharat, G.I., Oikonomopoulou, V.P., Panagiotou, M.M., Krokida, M.K., & Maroulis, Z.B. (2013). Effect of extrusion conditions on the structural properties of corn extrudates enriched with dehydrated vegetables. Food Research International. 53, 1-14. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodres.2013.03.043.
• Chevanan, N., Muthukumarappan, K., Rosentrater, K.A., & Julson, J.L. (2007). Effect of die dimensions on extrusion processing parameters and properties of DDGS-based aquaculture feeds. Cereal Chemistry. 84(4), 389-398. https://doi.org/10.1094/CCHEM-84-4-0389.
• Costantini, M., Sabovics, M., Galoburda, R., Kince, T., Straumite, E., Summo, C., & Pasqualone, A. (2021). Effect of die configuration on the physico-chemical properties, anti-nutritional compounds, and sensory features of legume-based extruded snacks. Foods. 10, 3015. https://doi.org/10.3390/foods10123015.
• Drożdż, W., Boruczkowska, H., Boruczkowski, T., Tomaszewska-Ciosk, E., & Zdybel, E. (2019). Use of blackcurrant and chokeberry press residue in snack products. Polish Journal of Chemical Technology. 21(1), 13-19. https://doi.org/10.2478/pjct-2019-0003.
• Ekielski, A., Majewski, Z., & Żelaziński, T. (2007). Effect of die hole diameter in the extruder on energy consumption and quality indices of maize-buckwheat extrudate. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences. 57(2), 53-56.
• Gianini, A.N., Krokida, M.K., & Bisharat, G.I. (2013). Structural properties of corn-based extrudates enriched with plant fibers. International Journal of Food Properties. 16, 667-683. https://doi.org/ 10.1080/10942912.2011.565536.
• Guyony, V., Fayolle, F., & Jury, V. (2022). Die dimensions impact on fibrous plant protein formation during high moisture extrusion. Applied Food Research. 2, 100228. https://doi.org/10.1016/ j.afres.2022.100228.
• Lamidi, W., Ogunlade, C., Olaniyan, A., Shittu, K., Murtadha, M., Ajibade, A., & Fadeyibi, A. (2023). Moisture dependent: physical properties of baobab seeds (Adansonia digitata L.). Agricultural Engineering. 27(1), 33-46. https://doi.org/10.2478/agriceng-2023-0003.
• Lisiecka, K., & Wójtowicz, A. (2019). The influence of fresh kale addition on selected properties of corn snacks. International Journal of Food Engineering. 15(11-12), 1-11. https://doi.org/10.1515 /ijfe-2018-0319.
• Makowska, A., Zielińska-Dawidziak, M., Niedzielski, P., & Michalak, M. (2018). Effect of extrusion conditions on iron stability and physical and textural properties of corn snacks enriched with soybean ferritin. International Journal of Food Science and Technology. 53, 296-303. https://doi.org/ 10.1111/ijfs.13585.
• Matysiak, A., Wójtowicz, A., & Oniszczuk, T. (2018). Process efficiency and energy consumption during the extrusion of potato and multigrain formulations. Agricultural Engineering. 22(2), 49-57. https://doi.org/10.1515/agriceng-2018-0015.
• Mitrus., M., Combrzyński, M., Biernacka, B., Wójtowicz, A., Milanowski, M., Kupryaniuk, K., Gancarz, M., Soja, J., & Różyło, R. (2023). Fresh broccoli in fortified snack pellets: Extrusioncooking aspects and physical characteristics. Applied Sciences. 13, 8138. https://doi.org/10.3390/app 13148138.
• Morcos, M.A., Ghonimy, M.I., & Abdel-Rahman, G.M.M. (2008). Effect of extruder die dimensions on the properties of the extrudate products. MISR Journal of Agricultural Engineering. 25(3), 883- 898.
• Poliszko, N., Kowalczewski, P.Ł., Rybicka, I., Kubiak, P., & Poliszko, S. (2019). The effect of pumpkin flour on quality and acoustic properties of extruded corn snacks. Journal of Consumer Protection and Food Safety. 14, 121-129. https://doi.org/10.1007/s00003-019-01216-6.
• Potter, R., Stojceska, V., & Plunkett, A. (2013). The use of fruit powders in extruded snacks suitable for children’s diets. LWT - Food Science and Technology. 51, 537-544. https://doi.org/10.1016 /j.lwt.2012.11.015.
• Prabha, K., Ghosh, P., S, A., Joseph, R.M., Krishnan, R., Rana, S.S., & Pradhan, R.Ch. (2021). Recent development, challenges, and prospects of extrusion technology. Future Foods. 3, 100019. https://doi.org/10.1016/j.fufo.2021.100019.
• Riaz, M.N. (2019). Food Extruders. In M. Kutz (Ed.), Handbook of Farm, Dairy and Food Machinery Engineering (pp. 483-497). London: Academic Press.
• Schmid, V., Mayer-Miebach, E., Behsnilian, D., Briviba, K., Karbstein, H.P., & Azad Emin, M. (2022). Enrichment of starch-based extruded cereals with chokeberry (Aronia melanocarpa) pomace: Influence of processing conditions on techno-functional and sensory related properties, dietary fibre and polyphenol content as well as in vitro digestibility. LWT - Food Science and Technology. 154, 112610. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112610.
• Sokhey, A.S., Ali, Y., & Hanna, M.A. (1997). Effects of die dimensions on extruder performance. Journal of Food Engineering. 31, 251-261.
• Usai-Satta, P., Oppia, F., Lai, M., & Cabras, F. (2018). Motility disorders in celiac disease and nonceliac gluten sensitivity: The impact of a gluten-free diet. Nutrients. 10(11), 1705. https://doi.org /10.3390/nu10111705.
• Wójtowicz, A., Zalewska-Korona, M., Jabłońska-Ryś, E., Skalicka-Woźniak, K., & Oniszczuk, A. (2018). Chemical characteristics and physical properties of functional snacks enriched with powdered tomato. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences. 68(3), 251-261. https://doi.org/ 10.1515/pjfns-2017-0028.
• Wójtowicz, A., Lisiecka, K., Mitrus, M., Nowak, G., Golian, M., Oniszczuk, A., Kasprzak, K., Widelska, G., Oniszczuk, T., & Combrzyński, M. (2019). Physical properties and texture of gluten-free snacks supplemented with selected fruit additions. International Agrophysics. 4(33), 407-416. https://doi.org/10.31545/intagr/112563.
• Żelaziński, T., & Ekielski, A. (2014). Identification of extrusion process parameters based on its response to the step function. Agricultural Engineering. 18(2), 241-252. http://dx.medra.org/10.14654/ir.2014.150.050.