Modelling to obtain expanded cowpea products in a twin screw extruder

Abstract Cowpea grains are nutritious and beneficial to health, contain about 25% of proteins, in addition to carbohydrates, vitamins, minerals, and bioactive compounds. Soaking the beans followed by cooking requires time availability that is incompatible with the current lifestyle. Consumers have opted for read-to-eat, attractive, healthy, nutritious and convenient foods, thus, transforming cowpeas into crispy expanded product is promising. This research aimed to evaluate the effect of the extrusion conditions, moisture, and temperature, on the physical characteristics of the extrudates developed from cowpea cotyledons flour (CCF): from cultivar BRS Guariba (Sorriso, MT, Brazil). The CCF was processed using twin-screw thermoplastic extruder ZSK 30 (Werner & Pfleiderer Co.) varying the moisture (16.2% to 21.8%) and temperature (124 to 166 °C) using Central Composite Rotatable design 22. The expansion index values ranged from 3.01 to 3.98, the regression model was not predictive, with the determination coefficient (r2) equal to 0.67. The independent variables studied presented significant effects, being water solubility index affected by the CCF moisture, compression force (15.63 to 47.72 N) affected by the extruder temperature, the water solubility index (28.34% to 43.67%) by moisture, while the specific volume (2.41 to 4.58 mL g-1) and the water absorption index (5.34 to 6.54 g g-1) were affected for both variables. By simulation, the maximum value of 1 was obtained through the global desirability test in the combination of an extrusion temperature of 124.21 °C and conditioning moisture of CCF of 16.28%. This condition favors obtaining extrudates with greater values for a specific volume and water absorption index, and lower values for compression force and water solubility index. Resumo Os grãos de feijão-caupi são nutritivos e benéficos à saúde, contêm cerca de 25% de proteínas, além de carboidratos, vitaminas, minerais e compostos bioativos. Colocar o feijão de molho seguido do cozimento exige uma disponibilidade de tempo incompatível com o estilo de vida atual. Os consumidores têm optado por alimentos prontos para o consumo, atrativos, saudáveis, nutritivos e convenientes, portanto, transformar o feijão-caupi em produto expandido crocante é promissor. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do teor de umidade e da temperatura de extrusão sobre as características físicas dos produtos expandidos desenvolvidos com farinha de cotilédones de feijão-caupi (FCFC) da cultivar BRS Guariba (Sorriso, MT, Brasil). A FCFC foi processada utilizando extrusor termoplástico de dupla rosca ZSK 30 (Werner & Pfleiderer Co.), variando os teores de umidade de condicionamento (16,2% a 21,8%) e temperaturas de extrusão (124 a 166 °C) utilizando um delineamento experimental composto central rotacional 22. Os valores do índice de expansão variaram de 3,01 a 3,98 e o modelo de regressão não foi preditivo, com o coeficiente de determinação (r2) igual a 0,67. As variáveis de processo estudadas afetaram significativamente as propriedades físicas dos extrusados. A força de compressão (15,63 a 47,72 N) foi afetada pela temperatura de extrusão, o índice de solubilidade em água (28,34% a 43,67%) pela umidade, enquanto o volume específico (2,41 a 4,58 mL g-1) e o índice de absorção de água (5,34 a 6,54 g g-1) foram afetados pelas duas variáveis. Por simulação, obteve-se, por meio do teste de desejabilidade global, valor máximo igual a 1, na combinação de temperatura de extrusão de 124,21 °C e umidade de condicionamento da FCFC de 16,28%, condição que favoreceu a obtenção de extrusados com maiores valores para volume específico e índice de absorção de água, e menores valores para força de compressão e índice de solubilidade de água.