SYNERGISTIC EFFECT OF EXTRUSION AND VEGETABLE ADDITIVES: A COMPARATIVE ANALYSIS OF VISCOSITY CHANGES IN WHEAT, CORN, AND BARLEY PASTES
Keywords:
extrusion, starch, destruction, viscosity, wheat, corn, barley, vegetable additives, carrot, beetAbstract
The modern food industry shows a growing demand for functional extruded products enriched with natural ingredients. However, the interactions within multi-component systems, such as grain-vegetable blends, during extrusion are complex and not fully understood. The purpose of this study was to conduct a comparative analysis of the effects of extrusion processing and the addition of carrot and beet on the rheological properties (kinematic viscosity) of pastes derived from wheat, corn, and barley, in order to identify these synergistic effects.
Methods. Three types of grain (wheat, corn, barley) and their blends with fresh carrot or beet puree (5% w/w) were processed using a single-screw extruder under constant thermomechanical conditions. To evaluate the changes in starch properties, aqueous suspensions of the ground extrudates were prepared. The kinematic viscosity of the resulting filtrates was measured at a controlled temperature using a capillary viscometer and compared with the viscosity of pastes from native grains.
Results. Extrusion processing significantly increased the kinematic viscosity of aqueous filtrates for all grain samples compared to their native counterparts, with the most pronounced effect observed for barley. The addition of vegetable components had a varied, grain-dependent effect. Carrot addition consistently caused a slight increase in viscosity for all cereals, which is attributed to the thickening effect of soluble pectins. In contrast, beet addition showed a complex behavior: it had a negligible effect on wheat paste viscosity, slightly increased it for corn, but caused a dramatic decrease for the barley-based extrudate.
Conclusion. The study demonstrates that the impact of vegetable additives on the rheological properties of extruded products is highly dependent on the specific grain matrix. The results reveal a strong synergistic effect between the sucrose-rich beet and the unique polysaccharide system of barley. It is concluded that sucrose acted as an effective plasticizer, intensifying the thermomechanical degradation of barley polymers during extrusion, which led to a significant reduction in paste viscosity. These findings highlight the importance of selecting specific grain and vegetable combinations to control the final product's rheological properties and texture.
Downloads
References
1. Altan A., Maskan M. Extrusion cooking of barley flour and process parameter optimization. Food and Bioprocess Technology. 2012. Vol. 5(5). P. 1759–1769.
2. Kowalczewski P. Ł., Gumienna M., Rybicka I., Dwiecki K., Czarnecka-Skwarek M. The influence of apple pomace on the nutritional, physical, and sensory properties of corn extrudates. Journal of Food Processing and Preservation. 2019. Vol. 43(8). e14041.
3. Carvalho C.W.P., Takeiti C.Y., Ascheri J.L.R., Ascheri D.P.R. Effect of sucrose on the properties of rice and bean extrudates. Ciência e Tecnologia de Alimentos. 2010. Vol. 30(4). P. 916–922.
4. Compart J, Singh A, Fettke J, Apriyanto A. Customizing Starch Properties: A Review of Starch Modifications and Their Applications. Polymers (Basel). 2023 Aug 21;15(16):3491. doi: 10.3390/polym15163491. PMID: 37631548; PMCID: PMC10459083.
5. Фоміна І.М, Парфірова О.В. Використання капілярних віскозиметрів ВПЖ для вимірювання в’язкості клейстеризованої борошняної суспензії пшениці під час її пророщування // «Сучасні напрямки технології та механізації процесів переробних і харчових виробництв», ХНТУСГ ім. П.Василенка, 10-11 листопада 2011 р. С. 173-178
Fomina I.M, Parfirova O.V. Vykorystannya kapilyarnykh viskozymetriv VPZh dlya vymiryuvannya v’yazkosti kleysteryzovanoyi boroshnyanoyi suspenziyi pshenytsi pid chas yiyi proroshchuvannya // «Suchasni napryamky tekhnolohiyi ta mekhanizatsiyi protsesiv pererobnykh i kharchovykh vyrobnytstv», KhNTUSH im. P.Vasylenka, 10-11 lystopada 2011 r. S. 173-178
6. Азарян Ю.Б., Маліков К.С. (Кер. Фоміна І.М.) Використання капілярних віскозиметрів ВПЖ для визначення стану крохмалю зернової сировини під час термопластичного екструдування // Інноваційні технології розвитку харчових виробництв та ресторанної індустрії: наукові пошуки молоді [Електронний ресурс] : тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції здобувачів вищої освіти і молодих вчених, 26 жовтня 2023 р. / Державний біотехнологічний університет. Харків. 2023. С. 136.
Azaryan Yu.B., Malikov K.S. (Ker. Fomina I.M.) Vykorystannya kapilyarnykh viskozymetriv VPZh dlya vyznachennya stanu krokhmalyu zernovoyi syrovyny pid chas termoplastychnoho ekstruduvannya // Innovatsiyni tekhnolohiyi rozvytku kharchovykh vyrobnytstv ta restorannoyi industriyi: naukovi poshuky molodi [Elektronnyy resurs] : tezy dopovidey Mizhnarodnoyi naukovo-praktychnoyi konferentsiyi zdobuvachiv vyshchoyi osvity i molodykh vchenykh, 26 zhovtnya 2023 r. / Derzhavnyy biotekhnolohichnyy universytet. Kharkiv. 2023. S. 136.
7. Ю. Азарян, К. Маліков, І. Фоміна Дослідження зміни стану крохмалю під час термопластичного екструдування зерна пшениці // Матеріали ІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Проблеми і практичні підходи виробництва та регулювання використання харчових добавок в країнах Європейського Союзу та в Україні», 25 жовтня 2023. К.: НУХТ, 2023. С. 37-38.
Yu. Azaryan, K. Malikov, I. Fomina Doslidzhennya zminy stanu krokhmalyu pid chas termoplastychnoho ekstruduvannya zerna pshenytsi // Materialy II Mizhnarodnoyi naukovo-praktychnoyi konferentsiyi «Problemy i praktychni pidkhody vyrobnytstva ta rehulyuvannya vykorystannya kharchovykh dobavok v krayinakh Yevropeys'koho Soyuzu ta v Ukrayini», 25 zhovtnya 2023. K.: NUKhT, 2023. S. 37-38.
