食品膨化技术

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1、 第六章 食品膨化技术主讲教师 郑显义第一节 概 述w 一、基本概念 w 食品膨化就是将大米、玉米、麦类、 豆类和薯类等原料，送入一种专门设计 的可连续作业的机械内，进行高温高压 处理后，在常温常压下使其体积膨胀若 干倍，内部组织呈疏松多孔的海绵状的 操作过程。 w 经膨化加工后制得的成品称为膨化 食品。膨化后的谷物提高了利用价值， 如大豆粕经膨化处理后酿造酱油，其蛋 白质的利用率可从65%提高到90%；玉米 膨化后再经过适当的处理可制成数十种 美味的小食品(Snack)，这对粮食的深 加工极为有益。 w 食品膨化的方法主要有两种，一种 是挤压式膨化，另一种是气流式膨化。 目前生产上较多使用挤

2、压膨化的方法， 即用螺杆挤压机生产膨化食品。使用螺 杆挤压机既可制得膨化食品，也可生产 出非膨化食品。 w挤压食品：蒸煮成型产品、挤压组织化 产品、挤压膨化产品等。w 膨化的产品为多孔状的组织结构， 经干燥后即可食用； w 非膨化的产品为半成品，需经焙炒 或油煎膨松、调味后食用。 w蒸煮挤压：大多数的挤压成型机是将加 热蒸煮与挤压成型两种作用有机地结合 起来，使原料经过挤压机后，成为具有 一定形状和质构的产品，所以挤压技术 又叫蒸煮挤压技术。w 膨化技术是当今世界上一项新型食 品加工技术，在方便食品领域，尤其是 小食品生产中得到越来越广泛的应用。 由于膨化食品花色品种多，组织膨松， 口感酥脆，

3、易于消化吸收，目前在市场 上出现了越来越多的膨化食品，如“旺 旺雪饼” 、“卜卜星”及许多婴儿谷 物食品、早餐食品等，深受广大消费者 的喜爱。二、膨化食品的特点 w不易回生，便于长期贮存 w有利于人体消化吸收 w应用范围广 w生产效率高，成本低 w口感好，食用方便 w无污染。三、食品的膨化方法w 直接膨化法是指产品被挤出成型模时 直接膨胀形成膨化食品的工艺过程。间 接膨化法是指从成型模被挤出的没有膨 胀的半成品(外形呈球状)经过精心干燥 之后再进行烤、炸、或微波等手段使其 膨胀，以得到最终膨化食品的工艺过程 。 w根据膨化的产生原因和设备的不同，食 品的膨化方法可分为挤压膨化、气流式 膨化、焙

4、烤膨化等，目前，膨化食品生 产上主要采用挤压式膨化的方法。w原料经膨化后会产生各种变化，其宏观 变化可用表观密度和膨化度表示。 w表观密度：单位体积膨化制品的质量。 w膨化度：膨化后制品体积增大的倍数。第二节 食品的挤压膨化一、挤压技术的现状与发展： （1）早期食品挤压成型机是肉类和肠制 品加工中使用的活塞式或栓塞式灌肠机 ； （2）现在使用的挤压机是集混合，混炼 ，熟化，挤出成型于一体的加工设备。特点：1）采用技术，挤压技术来加工谷物食品 ，在经过初步粉碎和混合后，即可用一 台挤压机一步完成混炼，熟化，破碎， 杀菌，预干燥，成型等工艺。2）只要更换挤压模具，便可方便地改变 产品造型。3）可极

5、大地改善了谷物食品的加工 工艺，缩短了工艺过程，降低了生产 费用等。4）也改善了产品的组织状态和口感 ，提高了产品质量。（3） 本世界5060年代，应用能力由单 纯生产谷物食品发展到生产家禽饲料， 鱼类饲料，植物组织蛋白。这时挤压设备由单螺杆发展到双螺 杆，适合于加工不同原料的高剪切力挤 压机和低剪切力挤压机。（4）70年代后，挤压技术的应用发展到 了水产品，仿生制品，调味品，乳品， 糖果制品，巧克力制品方便面等食品加 工。我国目前状况：1）挤压加工技术还处于相对落后的状态 ；2）设备性能有待改善，生产领域有待扩 大，花色品种需进一步丰富，产品质量 需进一步提高；3）还须加强对挤压技术的理论研

6、究。二、食品挤压技术的特点： （1）连续化生产； （2）生产工艺简单； （3）生产效率高，原料浪费少，能耗低， 操作简单，生产能可在较大范围内调整；1）小型挤压机的生产能力可达2050 kg/h ，大型设备的生产能力可达510t/h；2）一般情况下，能耗仅是传统生产方法的 6080%；（4）应用范围广：1）适合于加工小吃食品；2）产品范围广，种类多，花色齐，可 形成系列产品，有利于产销灵活性；（5）投资少，收效快；（6）生产费用低，仅为传统方法生产 的40%左右。三、挤压膨化的机理 概括地说，食品的挤压膨化加工就 是将食品物料置于挤压机的高温高压 状态下，然后突然释放至常温常压， 使物料内部结

7、构和性质发生变化的过 程。w 挤压加工方法是借助挤压机螺杆的 推动力，将物料向前挤压，物料受到混 合、搅拌和摩擦以及高剪切力作用，使 得淀粉粒解体，同时机腔内温度压力升 高(温度可达 150200，压力可达到 1MPa以上)，然后从一定形状的模孔瞬间 挤出，由高温高压突然降至常温常压， 其中游离水分在此压差下急剧汽化，水 的体积可膨胀大约2000倍。膨化的瞬间 ，谷物结构发生了变化，它使生淀粉( -淀粉)转化成熟淀粉(-淀粉)，同时变 成片层状疏松的海绵体，谷物体积膨大 几倍到十几倍。 所以，挤压加工过程：1）是一个高温高压的过程；2）可较方便地调节挤压过程的压力剪切 力，作用和时间；3）可将

8、挤压过程应用于某些需高温高压 的生化反映过程；大多数的食品挤压机是将加热、蒸 煮与挤压成型两种作用有机地结合起来 ，使原料经挤压机后，成为具有一定形 状和质构的熟化或半熟化的产品。图92 挤压加工过程示意图1、加料输送段 2、压缩熔融段 3、计量均化段w 如图92所示，挤压过程可分为三 阶段： w 当疏松的食品原料从加料斗进入机筒 内时，随着螺杆的转动，沿着螺槽方向 向前输送，称为加料输送段。 w 由于受到机头的阻力作用，固体物料 逐渐压实，又由于物料受到来自机筒的 外部加热以及物料在螺杆与机筒的强烈 搅拌、混合、剪切等作用，温度升高、 开始熔融，直至全部熔融，称为压缩熔 融段。 w 由于螺槽

9、逐渐变浅，继续升温升压 ，食品物料得到蒸煮，出现淀粉糊化， 脂肪、蛋白质变性等一系列复杂的生化 反应，组织进一步均化，最后定量、定 压地由机头通道均匀挤出，称为计量均 化段。 图914 挤压式膨化机结构w 典型的挤压式膨化机如图914所示 ，按其作用，整机可分为三个区段：输 送区段(约占25%)，挤压区段(约占50%) ，控温(计量)区段(约占25%)，整机由下 列诸部组成：驱动装置、设供料装置、 挤压螺杆、外套和喷嘴，个别较先进的 膨化机还设有控温装置。 w 其中挤压螺杆是膨化机的心脏零件 ，许多学者都在螺杆上做了大量的研究 。它的作用是输送原料、挤压搅拌与混 合原料，最后把熔融状的原料从喷

10、嘴挤 出。它可分为三段：w 输送段它把物料很快地送给挤 压段，其输送量一定要大于挤压部分的 流量，这也是把螺杆做成变螺距的原因 。 w 挤压段挤压是螺杆的核心功能， 有时把输送部分也划归挤压段。使物料 被挤压有许多措施，其中最常用的就是 不等螺距，等槽深螺杆。物料在挤压段 被升温和搅拌，使其物性发生变化，由 粉粒状变成具有流变性的面团状，挤压 区段占得最长，约为总长度的一半以上 。w 控温(或计量)段此段的作用是 使物料再进一步的受到高剪切，温度急 聚上升。 四、食品成分在挤压过程中的变化1蛋白质在挤压中的变化 w 植物蛋白质的组织化已有很长的研 究历史，它在食品加工业中得到了较快 的发展。植

11、物蛋白经组织化后，可产生 类似于肌肉的结构和纤维的特征，改善 了口感、扩大了它的使用范围、提高了 营养价值。 w组织化产品是将原料经处理后，使蛋白 质的原始结构发生变化，在外加条件作 用下，产生分子间的重组，形成一种类 似于肉类组织结构的产品。w w 挤压组织化法的研究始于1960年。 该法将预处理的原料经挤压机挤压、剪 切后，从模具中挤出，便得到膨化或不 膨化的植物组织蛋白。用挤压法生产的 组织化产品与纺丝法生产的相比较，在 纤维的定向方面稍差，产品的弹性、粘 性也稍差，但比蒸汽组织化法和压力组 织化法生产的产品质量好。 w 含有较多蛋白质(50%以上)的原料，在 挤压机内由于所受的剪切和摩

12、擦力的作 用，使维持蛋白质三级结构的氢键、范 德华力、离子键、二硫键遭到破坏。随 着蛋白质的三级结构被破坏，形成了相 对呈线性的蛋白质分子链。这些相对呈 线性的分子链在一定的温度和一定的水 分含量下，变得更为自由，从而更容易 发生定向的再结合。也就是说，热变性 和剪切促使蛋白质结构成为类似纤维状 的结构。w随着剪切的不断进行，呈线性的蛋白质 分子链不断增多，相邻的蛋白质分子链 之间由于分子间的相互吸引而趋于结合 。当物料被挤压经过模具时，较高的剪 切力和定向流动的作用更加促使蛋白质 分子的线状化、纤维化和直线排列。这 样，经过挤出的物料就形成了一定的纤 维状结构和多孔的结构。纤维状结构的 形成

13、给产品以良好的口感和弹性，而多 孔的结构给产品以良好的复水性和松脆 性。w 蛋白质在水分含量较高时加热，会发 生变性，产生絮状沉淀或形成凝胶结构 。挤压的过程是高温、低水分的加工过 程，过程中物料呈熔融状态，并经历了 均质化的作用。在高温、高压、高剪切 力的作用下，原有的蛋白质结构发生变 化。当物料被挤压经过模具时，绝大多 数蛋白质分子沿物料流动方向成为线性 结构，并产生分子间重排。蛋白质产生 变性的程度与挤压过程中的一些参数有 十分密切的关系。w 蛋白质经挤压后，由于其结构变化 而易受酶的作用，因而其消化利用率得 到了提高。蛋白质含量高的原料一般在 挤压时膨化程度低。因此，在这种情况 下，为

14、了提高产品的膨化率，往往需要 提高挤压温度和适当调整水分含量。挤 压过程中若蛋白质含量高，则物料的粘 稠度大，挤压过程中的能耗大。w 2淀粉质在挤压中的变化 w 挤压食品中的主要成分是淀粉，原 料中淀粉含量的高低以及淀粉在挤压过 程中的变化，与产品的质量有十分密切 的关系。 w淀粉挤压时的变化参数 w糊化度 w吸水指数（WAI） w水溶性指数（WSI） w含水酒精可溶碳水化合物（1）淀粉挤压时起的作用w定型作用 w密度控制作用 w硬度控制作用 w吸水速度控制作用 w风味调节w（2）淀粉的糊化、糊精化和降解作用 w淀粉在一定的水分含量和一定的温度下 ，其颗粒会溶胀分裂，内部有序态的分 子之间的氢

15、键断裂，分散成无序状态， 这个作用称为糊化作用。糊化之后的淀 粉也称淀粉。淀粉糊化后，吸水性增 大，易受酶的作用，进入人体后易消化 ，产品质地柔软。淀粉的糊化主要受温 度和水分的影响，不同食用淀粉的糊化 温度略有差别，其变化范围在5585 之间。w 淀粉在挤压过程中的糊化是一个低 水分状态下的糊化过程。在此过程中， 淀粉的糊化程度与螺杆的转速(影响到剪 切力和挤出时间)、温度和水分含量有十 分密切的关系。w 研究人员在利用双螺杆挤压机研究 淀粉挤压过程中变化时指出，挤压过程 产生了淀粉降解，但降解程度不大，挤 出物中没有可溶于酒精的碳水化合物， 也就是说，淀粉降解之后的相对分子质 量在2000

16、以上。因此，可认为挤压过程 中淀粉只发生了轻微的糊精化作用。w 淀粉中直链淀粉与支链淀粉的比例 会影响挤压制品的质构特性；支链淀粉 能促进膨化，使产品变轻，变松脆；相 反直链淀粉含量高的原料制成的产品质 地较硬，膨化度较小。制作膨化小吃食 品时，为了达到有良好的口感和一定的 硬度，直链淀粉含量一般需20以上， 但含量太高，超过50时，制品的结构 便过度密实，膨化欠佳，硬度较大。 w 由于直链淀粉含量高时，膨化度、溶 解度较小，吸水速度较慢，故产品浸于 水中或牛奶中保持形状不会马上变成糊 状的相对时间较长，这对于提高某些谷 物早餐制品的质量是有好处的。直链淀 粉含量高时，膨化率下降，吸水指数上 升，溶解度下降，温度升高时，膨化率 升高，吸水指数升高，溶解度也升高。w3脂肪在挤压中的变化 w 在相同条件下，挤压食品与其它类 型的食品相比往往具有较长的货架期， 其原因与挤压加工的特点有密切的关系 。原料一般经过挤压加工之后，淀粉糊 化、蛋白质变性、生长抑制因子破坏