VÝROBA EXTRUDOVANÝCH CEREÁLNÍCH POTRAVIN

VÝROBA EXTRUDOVANÝCH CEREÁLNÍCH POTRAVIN Práce: 321/3 Vedoucí práce: Doc. Ing. Evžen Šárka, CSc., Ing. Petra Smrčková, PhD. Místnosti: Budova B: B47, S 41. Úkol Práce: Připravit premixy z jemné kukuřičné krupice s přídavkem vody 20%, 10%, 5% na hmotnost vzorku. Tyto premixy postupně nadávkovat do laboratorního extrudéru KE19/25 (Brabender, Německo), odebrat reprezentativní vzorky a stanovit hmotnostní průtok extrudérem. V odebraných vzorcích stanovit sušinu, expanzní index, obsah tuku a obsah rezistentního a celkového škrobu. Průběh projektu: První den: Příprava premixů - laboratorní extruze (místnost B47, S 41) 1. Příprava premixů (přídavek vody). 2. Laboratorní extruze a vyčištění extrudéru. 3. Stanovení expanzního poměru. 4. Mletí vzorků. Druhý a třetí den: Analytické rozbory (místnost B47) 1. Stanovení sušiny extrudovaných výrobků. 2. Stanovení rezistentního škrobu a celkového škrobu. 3. Stanovení obsahu tuku. 1. den 1. PŘÍPRAVA PREMIXŮ PRO EXTRUZI K20: Navážíte 0,5 kg jemné kukuřičné krupice do mísy hnětače. Přidáte 100 g destilované vody. Vodu postupně přidáte ke kukuřičné krupici a promícháte 5 minut na hnětači. Vzorek uložíte cca na 1 hod odpočívat v zazipovaném igelitovém sáčku. K10: Navážíte 0,5 kg jemné kukuřičné krupice do mísy hnětače. Přidáte podle uvážení koření a necháte 1 min promíchat na hnětači. Do Kádinky navážíte 2 g chloridu sodného a přidáte tolik vody, aby konečná hmotnost roztoku byla 50g. Roztok chloridu sodného přilejete k okořeněné kukuřičné krupici a promícháte 5 minut na hnětači. Vzorek uložíte cca na 1 hod odpočívat v zazipovaném igelitovém sáčku. K5: Navážíte 0,5 kg jemné kukuřičné krupice do mísy hnětače. Přidáte podle uvážení koření a necháte 1 min promíchat na hnětači. Do Kádinky navážíte 2 g chloridu sodného a přidáte tolik vody, aby konečná hmotnost roztoku byla 25g. Roztok chloridu sodného přilejete k okořeněné kukuřičné krupici a promícháte 5 minut na hnětači. Vzorek uložíte cca na 1 hod odpočívat v zazipovaném igelitovém sáčku. 2. EXTRUZE (VIZ PŘÍLOHA 1) 1

3. PŘÍPRAVA VZORKŮ NA LABORATORNÍ ROZBORY 3.1 Stanovení expanzního indexu Změříte průměru extrudátu pomocí digitálního posuvného měřítka. V jednom místě se měří tři hodnoty. Celkem se měří na deseti místech extrudátu. Expanzní index se vypočte podle rovnice (1). Expazní index = D2 d 2 (1) Kde D je průměr extrudátu a d je průměr trysky (trysky). 3.2 Hmotnostní průtok Během extruze změříte dobu odběru vzorku. Odebraný vzorek zvážíte a vypočtete hmotnostní průtok. Hmotnostní průtok vypočtete podle rovnice (2) a vyjádříte ho v Kg.h -1. Hmotnostní průtok = hmotnost extrudátu(kg) doba extruze(h) (2) 3.3. Mletí extrudátů na mlýně Perten 3.4. Založení 16 hodinové Inkubace vzorků s pankreatickou α-amylasou pro stanovení rezistentního škrobu (viz kapitola 5.1 na str. 3) 2. den Úkol: Stanovte ve vzorcích laboratorně připravených extrudátů obsah tuku, rezistentní a celkový škrob a sušinu na sušících vahách. 4. STANOVENÍ TUKU PODLE SOXHLETA NA PŘÍSTROJI SOXTERM AUTOMATIC. Princip metody: Proces extrakce na přístroji SOXTHERM 2000 automatic je rychlý, plně automatizovaný proces, který je patentován. Postup měření je založen na metodě extrakce podle Soxhleta a Twisselmanna a je zvláště vhodný pro stanovení tuků ve vzorcích potravin a krmiv. Principiálně je vzorek umístěn do extrakční patrony, která se vloží do varné baňky a zalije se nepolárním rozpouštědlem (petroletherem). Baňka se zahřívá pod zpětným chladičem a tuk přítomný ve vzorku přechází do nepolárního rozpouštědla. Po ukončení extrakce se rozpouštědlo odpaří a v baňce zůstane pouze tuk. Obsah tuku se stanoví z rozdílu hmotností vysušené prázdné baňky a baňky s tukem vztaženého na navážku vzorku. Postup měření: Extrakční nádobky s varnými kamínky se zváží s přesností na tři desetinná místa. Na filtrační papír se naváží 5 ± 0,010 g rozemletého vzorku. Filtrační papír se vzorkem se vloží do extrakční patrony a zakryje vatou. Patrona se pak umístí do drátěného držáku a ten se vloží do předem zvážené extrakční nádobky. Poté se do extrakčních nádobek nalije 140 ml petroletheru p.a. a extrakční nádobky se vloží do přístroje. Po spuštění chladicí vody a tlakového vzduchu se spustí program extrakce č. 04. 2

Po skončení programu se extrakční nádobky vyjmou z přístroje kleštěmi. Odstraní se extrakční patrony a nádobky se nechají sušit u výdechu digestoře. Tab 1. Parametry extrakce (lit. 2) Parametry extrakce Hodnota parametrů teplota extrakce 150 C doba varu 1 hodina 30 minut redukce rozpouštědla A 5 x 15 ml doba extrakce 1 hodiny 30 minut redukce rozpouštědla B 14 minut redukce rozpouštědla C 9 minut doba extrakce 3 hodiny 38 minut Provádí se 3.den: Po odpaření zbytkového petroletheru se nádobky zváží a vypočte se množství tuku ve vzorku podle vztahu (3). w tuk = 100. (b a) / m vz, (3) kde a je hmotnost prázdné nádobky s varnými kamínky [g], b je hmotnost vysušené nádobky s tukem [g], m vz je navážka vzorku [g]. 5. STANOVENÍ REZISTENTNÍHO A CELKOVÉHO ŠKROBU ENZYMOVĚ Při stanovení celkového a rezistentního škrobu budete používat enzymový set: Resistant starch procedure ( Megazyme, Irsko). Postup stanovení je založen na standardních mezinárodních metodách (AOAC method 2002.02 a AACC method 32-40.01) Princip metody Umletý vzorek se inkubuje s pankreatickou α-amylasou a amyloglukosidasou (AMG) po dobu 16 hodin ve vodní lázni 37 C teplé za intenzivního třepání. Během tohoto kroku dochází působením dvou enzymů ke ztekucení stravitelného škrobu (nerezistentního) a jeho hydrolýze na glukosu. Hydrolýza se ukončí přídavkem ekvivalentního množství denaturovaného etanolu a rezistentní škrob zůstane po odstředění v nerozpustném podílu. Nerozpustný podíl se dvakrát promyje 50% denaturovaným etanolem s následným odstředěním. Kapalný podíl se důkladně slije a uchová pro stanovení rozpustného škrobu. Rezistentní škrob přítomný v nerozpustném podílu se rozpustí v 2M KOH za intenzivního míchání v ledové lázni. Vzniklý roztok se zneutralizuje pomocí acetátového pufru a škrob je kvantitativně hydrolyzován na glukosu působením AMG. Glukosa je stanovena po reakci s glukoso oxidasovým/peroxidasový činidlem (GOPOD), které tvoří barevný komplex s glukosou a její obsah je stanoven spektrofotometricky při 510 nm. Obsah glukosy v roztoku je přímo úměrný obsahu rezistentního škrobu ve vzorku. Nerezistentní škrob (stravitelný škrob) se stanoví tak, že se sbírají do 100 ml odměrné baňky etanolové frakce, kterými byl promýván vzorek po inkubaci s pankreatickou α- 3

amylasou a amyloglukosidasou (AMG). Po úpravě objemu na 100 ml se také stanoví obsah glukosy pomocí GOPODu. Postup měření: 5.1. Inkubace vzorků 16 hodin s pankreatickou α-amylasou (Provádí se 1. den) 5.1.1 Přesně navažte 100 ± 5 mg vzorku přímo do zkumavky se závitem a jemně poklepejte zkumavkou, abyste zajistili, že se vzorek dopadne až na dno. 5.1.2 Připravte se roztok pankreatické α-amylasy (10 mg/ml), tak že se naváží 0,2 g pankreatické α-amylasy do 50 ml kyvety a pak se přidá 20 ml pufru s maleátem sodným a 0,2 ml amyloglukosidasy. Vniklá suspenze se nechá 10 minut míchat na laboratorní třepačce. Potom se odstředí 10 minut při 3000 rpm. 5.1.3 Do každé zkumavky přidejte 4,0 ml pankreatické α-amylasy (10 mg/ml) obsahující AMG (3 U/ml). (musí se připravovat každý den nová, těsně před použitím) 5.1.4 Pevně zavřete zkumavky, dobře promíchejte na vortexu a položte je vodorovně do vodní lázně s třepačkou. Zkumavky vyrovnejte ve směru pohybu třepačky (viz obrázek 3). Obr. 3. Připevnění zkumavek s víčkem na rám třepací vodní lázně pomočí gumových úponů, převzato z lit. 1. 5.1.5 Inkubujte zkumavky při 37 C za kontinuálního třepání 200 úderů/min, po dobu přesně 16 hodin. 5.2. Oddělení nerezistentního (stravitelného) škrobu (2. den) 5.2.1 Vyndejte zkumavky z vodní lázně a odstraňte přebytek povrchové vody papírovou utěrkou. Sundejte uzávěry ze zkumavek a přidejte 4,0 ml etanolu (99 %) a intenzivně pro míchejte na vortexu. 5.2.2 Odstřeďte zkumavky při 3000 rpm po dobu 10 minut (nezavřené). 5.2.3 Opatrně slijte supernatanty do 100 ml odměrné baňky a resuspendujte nerozpustný podíl ve 4 ml 50% etanolu za intenzivního míchání na vortexu. Přidejte dalších 4 ml 50% etanolu, promíchejte zkumavky a odstřeďte opět při 3000 rpm po dobu 10 minut. 4

5.2.4 Znovu slijte supernatanty každý vzorek do stejné odměrné baňky jako v bodě 5.2.3, poté opakujte znovu resuspendaci a odstředění ještě jednou jako v bodě 5.2.3. 5.2.5 Opatrně slijte supernatanty znovu do příslušných odměrných baněk a objem doplňte destilovanou vodou na objem 100 ml. Dobře promíchejte a ponechte stát. Obsah použijte ke stanovení rozpustného škrobu v bodě 5.3.5. 5.3. Stanovení rezistentního škrobu 5.3.1 Do každé zkumavky přidejte magnetické míchací tyčinky (5 x 15 mm) a 2 ml KOH (c=2 mol.l -1 ) a resuspendujte nerozpustný podíl (a rozpusťte RS) mícháním po dobu 20 minut v ledové vodní lázni na magnetické míchačce (viz obr. 4) Obr. 4. Vodní lázeň s ledem umístěná na magnetickém míchadle (tyčinková míchadla jsou uvnitř zkumavek), převzato z lit. 1. 5.3.2 Do každé zkumavky přidejte 8 ml acetátového pufru (c=1,2 M, ph 3,8) a míchejte na magnetické míchačce. Okamžitě přidejte 0,1 ml AMG (3300 U/ml), dobře promíchejte a umístěte zkumavky do vodní lázně o 50 C. Inkubujte zkumavky po dobu 30 minut a každých 10 minut promíchejte na vortexu. 5.3.3 Poté odstřeďte obsah zkumavek při 1 500g (5000 ot/min) 5.3.4 Z každé zkumavky pipetujte dvakrát 0,1 ml roztoku do skleněných zkumavek (l6x100 mm), Přidejte 3,0 ml činidla GOPOD a inkubujte při 50 C po dobu 20 minut. Měřte absorbanci ΔA RS při =510nm proti slepému pokusu. Vypočítejte obsah rezistentního škrobu (rovnice 4). 5.3.5 Stanovení stravitelného škrobu se provádí tak že z odměrných baněk připravených v bodě 5.2.5 pipetujete dvakrát 0,1 ml roztoku do skleněných zkumavek (l6x100 mm) a inkubujte se 3,0 ml rekčního činidla GOPOD po dobu 20 minut při 50 C. Měříte absorbanci ΔA NS při =510nm proti slepému pokusu. Obsah stravitelného (nerezistentního) škrobu vypočtete podle rovnice 5. 5

5.3.6 Spolu s každou sadou vzorků inkubujte také slepý pokus, který připravíte smícháním 0,1 ml acetátového pufru (c = 0,1 M, ph 4,5) a 3,0 ml reakčního činidla GOPOD a dále 2 standardy glukosy připravené smícháním 0,1 ml glukózy (1 mg/ml) a 3,0 ml reagenčního činidla GOPOD. Měříte absorbance každého roztoku při =510 nm proti slepému pokusu. 5.3.7 Slepý pokus, glukosový standard, vzorky obsahující rezistentní i nerezistentní škrob by se měli inkubovat současně. 5.4. Výpočet obsahu rezistentního, stravitelného (nerezistentního) a celkového škrobu 5.4.1 rezistentní škrob xrs(%) = A RS F w FV 0.9 (4) Kde je: x RS obsah rezistentního škrobu ve vzorku (%) A RS absorbance rezistentního škrobu měřená proti slepému pokusu F = 100(μg D glucosy) absorbance standardu D glucosy Přepočet absorbance na μg FV konečný objem (ml), pro stanovení RS je 10,3ml. w navážka vzorku (mg) 0.9 = 162 180 přepočet z volné D-glukosy na anhydroglukosu, která je přítomná ve škrobu 5.4.2 Nerezistentní (stravitelný) škrob xns(%) = A NS F w FV 0.9 (5) A NS absorbance stravitelného škrobu měřená proti slepému pokusu F = 100(μg D glucosy) absorbance standardu D glucosy Přepočet absorbance na μg FV konečný objem (ml), pro stanovení NS je100 ml. w navážka vzorku (mg) 0.9 = 162 180 přepočet z volné D-glukosy na anhydroglukosu, která je přítomná ve škrobu 5.4.3 celkový škrob xts se vypočte: xts = xrs + xns (6) 6

6. STANOVENÍ SUŠINY NA SUŠICÍCH VAHÁCH Princip metody: Principem metody je thermogravimetrické stanovení vlhkosti sypkého materiálu. Používají se sušicí váhy na stanovení vlhkosti a sušiny. Tyto váhy obsahují dva halogenové křemenné zářiče, každý o výkonu 200 W. Teplotu sušení lze nastavit v rozmezí 40 až 250 C, krok 1 C. Po spuštění programu probíhá plně automatické sušení do konstantní hmotnosti. Postup měření: Do hliníkové misky se na sušicích váhách naváží 2 g vzorku. Zavře se poklop a stiskne tlačítko Start. Po 10-15 minutách svítí na displeji pouze symbol + a hodnota sušiny v hmotnostních procentech. Stanovení sušiny proveďte třikrát. 3. den Dokončení rozborů (zvážení extrakčních baněk) Použitá literatura: 1. Anon. (2011): Resistant starch assay procedure. Firemní literatura, Megazyme, Irsko 2. Anon (1996) Gerhard-uživatelská příručka. Firemní literatura, Gerhardt Německo. 7

Postup práce na extrudéru: 1. montáž - šnek, hlava: body 6.2.3., 6.2.4 dýza 4 mm, kompresní poměr šnekovnice1:2 2. připojit teplotní čidlo hlavy 3. spuštění software 4. kontrola konfigurace systému počítače 5. nastavení teplot - temperace na teploty 130-110-90-40 C 6. instalovat tlakové čidlo a průtlačný čep 7. pustit chladicí voda příp. chladicí vzduch 8. kontrola systému - přidat kukuřičnou krupici s přídavkem vody 20 % 9. kalibrace manometru, nastavení záznamu zkoušky a alarmů, otáčky šnekovnice nastavit na 60 min -1 a dávkování 5 min -1, sledovat, zda vychází produkt z extrudéru 10. zvýšit na ot. Šnekovnice 80 min -1 a dávkování 10 min -1, 11. zvýšit ot. Šnekovnice na 120 min -1 a dávkování 15 min -1, 12. po odběru vzorku snížit hladinu v násypce a přidat kukuřičnou krupici s přídavkem vody 10 % 13. téměř vyprázdnit obsah násypky a přidat kukuřičnou krupici s přídavkem vody 10% 14. po odběru vzorku snížit hladinu v násypce a přidat kukuřičnou krupici s přídavkem vody 5 % 15. téměř vyprázdnit obsah násypky a přidat kukuřičnou krupici s přídavkem vody 5 % 16. po odběru vzorku snížit hladinu v násypce a přidat kukuřičnou krupici s přídavkem vody 20 % 17. ukončení provozu extrudéru - vypnout dávkování: sledovat, zda vychází produkt z extrudéru 18. vypnout pohon extrudéru 19. demontáž a vyčištění dle bodu 6.3, odpojení manometru, před mechanickým čištěním našroubovat záslepky, 20. vypnutí software 8