膨化食品加工技術膨化食品加工技術第一章膨化食品加工概述(ThePuffingFoodProcess)第一節膨化食品的概念和分類廣義上的膨化食品(PuffingFood),是指凡是利用油炸、擠壓、沙炒、焙烤微波等技術作為熟化工藝，在熟化工藝前后，體積有明顯增加現象的食品。膨化(Puffing)是利用相變和氣體的熱壓效應原理，使被加工物料內部的液體迅速升溫汽化、增壓膨脹，并依靠氣體的膨脹力，帶動組分中高分子物質的結構變性，從而使之成為具有網狀組織結構特征，定型的多孔狀物質的過程。膨化食品是指以膨化工藝過程生產的食品。膨化方法的分類(TheCategoryofPuffingMethod)按膨化加工的工藝條件分類一類是利用高溫，如油炸、熱空氣、微波膨化等。另一類是利用溫度和壓力的共同作用，如擠壓膨化、低溫真空油炸等。1.高溫膨化：在負壓條件下，食品在油中脫水干燥。若在真空度千帕、油溫100°C進行油炸，這時所產生的水蒸氣溫度為60'C。若油炸時油溫采用80?120‘C，則原料中水分可充分蒸發；水分蒸發時使體積顯著膨脹。采用真空油炸所制得的產品有顯著的膨化效果，而且油炸時間相對縮短。擠壓膨化：一般食品物料在壓力作用下，定向地通過一個模板，連續成型地制成食品，被稱為“擠壓”。擠壓食品有膨化和非膨化兩種。非膨化擠壓食品不在本書的探討之列。按膨化加工的工藝過程分類?直接膨化法又稱一次膨化法，是指把原料放人加工設備(目前主要是膨化設備)中，通過加熱、加壓再降溫減壓而使原料膨化。?間接膨化法又稱二次膨化法，就是先用一定的工藝方法制成半熟的食品毛坯，再把這種坯料通過微波、焙烤、油炸、炒制等方法進行第二次加工，得到的酥脆的膨化食品。膨化食品的分類(TheCategoryofPuffingFood)按膨化加工的工藝條件分類油炸膨化食品：根據其溫度和壓力，又可分為高溫油炸膨化食品和低溫真空油炸膨化食品。微波膨化食品：利用微波發生設備進行膨化加工的食品。擠壓膨化食品：利用螺桿擠壓機進行膨化生產的食品。焙烤膨化食品：利用焙烤設備進行膨化生產的食品。沙炒膨化食品：利用細沙粒作為傳熱介質進行膨化生產的食品。其他膨化食品：如正在研究開發的利用超低溫膨化技術、超聲膨化技術、化學膨化技術等生產的膨化食品。按膨化加工的工藝過程分類直接膨化食品：又稱一次膨化食品，是指用直接膨化法生產的食品。如爆米花、膨化米果等。間接膨化食品：又稱二次膨化食品，是指用間接膨化法生產的食品。如果是利用雙螺桿擠壓機生產食品毛坯后再加工，則稱為第三代擠壓食品。按原料分類淀粉類膨化食品：如玉米、大米、小米等原料生產的膨化食品。蛋白質類膨化食品：如大豆及其制品等原料生產的膨化食品。混合原料膨化食品：蝦片、魚片等原料生產的膨化食品。按生產的食品性狀分類小吃及休閑食品類：可直接食用的非主食膨化食品。快餐湯料類：需加水后食用的膨化食品。按產品的風味、形狀分類按產品的風味、形狀分類可分為成千上萬種。如從風味上分，可分為甜味、咸味、辣味、怪味、海鮮味、咖喱味、雞味、牛肉味等膨化食品。從形狀上分可分為條形、圓形、餅形、環形、不規則形等膨化食品。第二節膨化食品的發展一、 我國膨化食品的發展食品膨化技術在我國有著悠久的歷史，古代就把油炸作為使食品膨化的重要方法之一。由于種種原因，我國膨化技術發展緩慢。直到20世紀70年代末，才開始膨化技術與膨化食品的研究。隨著生活水平的提高，人們對膨化食品的要求越來越高。二、 國外膨化食品和膨化技術的發展膨化技術作為一種新型食品加工技術，在國外發展很快。早在1856年美國的沃德就申請了關于食品膨化技術的專利。日本在20世紀30年代至40年代進行侵略戰爭期間曾采用膨化技術加工玉米、麥類，再經過壓制做成軍糧。在膨化食品領域中，膨化小食品的發展最為迅速，美國年產值已達十幾億美元。近年來，國外利用膨化技術生產的膨化食品主要有：膨化主食、人造肉、馬鈴薯食品、脫水蘋果、快餐食品、小食品、速溶飲料、代乳飲料和強化食品等。還采用膨化工藝生產淀粉和處理谷物。如今，國外食品膨化技術及其理論的研究已處于興旺時期。據英國《金融時報》近期報道；英國食品制造業最近對已有20年歷史的膨化技術再度發生興趣，不少食品研究中心正在研究食品在擠壓機中發生變化的復雜過程。食品公司希望從膨化技術中發掘出新產品的制作方法…”最近，法國蒙特皮利歐語言科學和技術大學的食品生化和工藝實驗室也對蛋白質在長筒型連續式擠壓機中發生的變性和蛋白質結構以及快速酶的淀粉水解等進行了研究。近年來，美國的Frito?Lay公司、日本的Calbee公司以及歐洲和東南亞很多著名的膨化食品生產企業紛紛在中國投資建廠，生產各種膨化食品。美國Frito-Lay公司在廣州的合資企業廣州百事食品有限公司1994年投產后僅日式牛排和海鮮味粟米脆年銷售額就達1億元人民幣。因此，大力發展膨化技術并加快它在食品生產中的應用步伐以促進我甲食品工業的發展，是目前食品科學工作者需要考慮的一個課題。三、膨化食品的發展前景膨化技術的出現可以說為谷物類、淀粉類等這些我們稱之為粗糧的原料在食品工業中的應用開辟了一條嶄新的途徑。而且膨化食品一般都需經調味處理，因此膨化食品加工業的發展必將帶動調味料工業和薄膜等包裝技術的發展。目前將大米作為原料應用于膨化食品的生產也是生產廠家的一個研究開發方向：Eun等人在年年會上提出將黑米和糙米等量混合，加水至其水分含量為18%,然后在260r膨化6秒以生產一種膨化米餅的方法。作為膨化食品的研究開發人員和生產廠家，應著重市場調查研究和產品的更新換代，不斷加強膨化理論與技術的研究，開發新原料、新設備和新配方以提高自己的競爭力。我國膨化食品工業的發展也有這方面的教訓，如20世紀80年代初期因“泡泡果”問世而興起的“擠壓膨化熱”就因為后來風味單調、品種花樣少而使這一行業的發展停滯不前好長一段時間。而美國最大的膨化食品生產企業Frito-Lay公司在全球業務迅猛發展的原因就是十分注重產品的研究開發工作，適時推出適合人們需求的新型膨化食品。隨著食品工業的發展、新技術和新工藝的出現以及人們生活水平的提高、膨化工藝技術以及膨化設備也必然不斷向前發展，生產更受人們歡迎的低油、天然產品。微波膨化技術、烘焙膨化技術作為新型膨化技術已經引起人們的重視并逐步在生產中得到應用。而超低溫膨化技術、超聲膨化技術、化學膨化技術都有可能在不久的將來得到實際的應用。膨化技術與膨化食品在我國方興未艾，隨著以上各項工作的開展，以及人民生活水平的不斷提高，滿足大眾生活需要的膨化食品必將迅速發展。四、目前要做的工作開發先進的和生產能力較大的擠壓膨化設備目前，我國的擠壓膨化設備比較落后，無溫度、壓力測控系統和數字顯示。國外先進的膨化設備已實現了給料量、膨化溫度、壓力的自動控制與數字顯示，大大地減輕了勞動強度，提高了生產率。現在國外食品膨化設備的類型繁多，既有適用于娛樂等公共場所使用的小型食品膨化機，也有適合家庭使用的輕便式膨化機；同時，不僅有大型連續式膨化設備，也出現了自動化膨化設備。我國膨化機品種、規格較少，今后應大力開發多品種、多功能的各種類型膨化機。積極開展膨化理論和膨化技術的研究進行膨化理論與膨化技術的研究，是研制性能良好的膨化設備和加工美味可口膨化食品的保證，國外對此十分重視.例如，美國溫格爾公司設有專門的研究試制工廠，裝備了10余種不同規格的擠壓蒸煮機，10余種規格的擠壓螺桿和300多種擠壓沖模以及其他多種設備。每年要進行近千次的實驗，研究膨化理論和新的膨化設備以開發新產品。我國對膨化理論與技術的研究還很不夠，今后應加強膨化機對物料適應性、降低能耗、新工藝、新配方及減少損失等方面的研究。不斷開發新產品，生產風味多樣的膨化食品不斷開發新產品，生產風味多樣的膨化食品，如甜味、咸味、酸味和果味等膨化食品，以滿足不同口味的消費者的需要。我國膨化小食品與發達國家相比，差距很大。許多國家的谷物膨化小食品形狀和口味均多種多樣，基質原料從單一玉米，發展到馬鈴薯、大米、小麥、米粉加普通淀粉及變性淀粉的混合物。從20世紀70年代初開始，美國用上述基質原料加強化劑、大豆蛋白及調味料制成的各種小食品風靡國內外市場，成為家庭、公園、影劇院的專用小吃，銷售量很大。膨化食品工業在我國是新興行業，理論和技術的研究，產品的數量和質量與需求還有很大差距。為使這一行業健康發展，需要一批專門的技術人才。應在充分發揮現有技術力量的基礎上，建立膨化技術與膨化食品的人才培訓中心，使科研、教育、生產更緊密地結合起來，以推進膨化技術與膨化食品的發展第三節膨化食品的特點膨化食品具有以下特點：一、 營養成分的保存率和消化率高谷物原料中的淀粉在膨化過程中很快被糊化，使其中蛋白質和碳水化合物的水化率顯著提高，糊化后的淀粉經長時間放置也不會老化。這是因為淀粉糊化后其微晶束狀結構被破壞，溫度降低后也不易再締合成微晶束，故不易老化。富含蛋白質的植物原料經高溫短時間的擠壓膨化，蛋白質徹底變性，組織結構變成多孔狀，有利于同人體消化酶的接觸，從而使蛋白質的利用率和可消化率提高。二、 賦予制品較好的營養價值和功能特性采用擠壓技術加工以谷物為原料的食品時，加人氨基酸、蛋白質、維生素、礦物質、食用色素和香味料等添加劑可均勻地分配在擠壓物中，并不可逆地與擠壓物相結合，可達到強化食品的目的。由于擠壓膨化是在高溫瞬時進行操作的，故營養物質的損失小。三、 改善食用品質，易于貯存采用膨化技術可使原本粗硬的組織結構變得膨松柔軟，在膨化過程中產生的美拉德反應又增加了食品的色、香、味。因此，膨化技術有利于粗糧細作，改善食品品質，使食品具有體輕、松脆、香味濃的獨特風味。另外，膨化食品經咼溫、咼壓處理，既可殺滅微生物，又能鈍化酶的活性，同時膨化后的食品，其水分含量降低到10%以下，限制微生物的生長繁殖，有利于提高食品的貯存穩定性，如密封良好，可長期貯存并適于制成戰備食品。四、 食用方便，品種繁多在谷物、豆類、薯類或蔬菜等原料中，添加不同的輔料,然后進行擠壓膨化加工，可制出品種繁多、營養豐富的膨化食品。由于膨化后的食品已成為熟食，所以大多為即食食品，食用簡便，節省時間，是一類極有發展前途的方便食品。五、 生產設備簡單、占地面積小、耗能低、生產效率高用于加工膨化食品的設備簡單，結構設計獨特，可以較簡便和快速地組合或更換零部件而成為一個多用途的系統。加工單位重量產品的設備所需占地面積很小。例如,BC45型雙螺桿擠壓機包括自動控制機在內所需占地面積僅為8平方米，這是其他任何食品蒸煮加工系統所不及的。可節省生產單位重量蒸煮產品所需電、汽、水的消耗。勞動生產率高，加工費用低。根據約翰斯頓對某種HT/ST擠壓蒸煮機生產的特定產品的加工費用和耗能費用的分析，每噸產品的加工費用比其他任何工業蒸煮方法的費用都要低。六、 工藝簡單，成本低谷物食品加工過程一般須經過混合、成型、烘烤或油炸、殺菌、干燥或粉碎等工序，并配置相應的各種設備；而采用擠壓方式加工谷物食品，由于在擠壓加工過程中同時完成混煉、破碎、殺菌、壓縮成型、脫水等工序而制成膨化產品或有膨化及組織化產品，使生產工序顯著縮短，制作成本降低。同時可節省能源20%以上，因此，它是一種節能的新工藝。七、 原料的利用率高用淀粉釀酒、制怡糖時，原料經膨化后，其利用率達98%以上，出酒率提高20,出糖率提高12%；用膨化后的高粱制醋時，產醋率提咼40%左右；利用大豆制醬油時，蛋白質利用率一般為15%，采用膨化技術后，蛋白質利用率提高了第二章膨化食品加工基本原理(TheBaseTheoryofPuffingFoodProcess)第一節膨化加工機理(TheTheoryofPuffingProcess)一、膨化的形成機理膨化膨化是利用相變和氣體的熱壓效應原理，是被加工物料內部的液體迅速升溫氣化、增壓膨脹，并依靠氣體膨脹力，帶動組分中高分子物質的結構變性，從而使之具有網狀組織結構特征，定型的多孔物質的過程。膨化食品(PuffingFood)是指以膨化工藝過程生產的食品。為研究分析方便，可將整個膨化過程分為三個階段：第一階段:相變段此時物料內部的液體因吸熱或過熱，發生汽化；第二階段:增壓段汽化后的氣體快速增壓并開始帶動物料膨脹；第三階段:固化段當物料內部的瞬間增壓達到和超過極限時，氣體迅速外溢，內部因失水而被高溫干燥固化，最終形沫狀的膨化產品。膨化的構成要素只有當物料和環境同時符合膨化所需的特定條件時，膨化才有可能順利進行。所謂特定條件就是：①汽化劑：在膨化發生以前，物料內部必須含有均勻安全的汽化劑，即可汽化的液體。②彈性小室：從相變段到增壓段，物料內部能廣泛形成相對密閉的彈性氣體小室，同時，要保證小室內氣體的增壓速度大于氣體外泄造成的減壓速度，以滿足氣體增壓的需要。③能量：外界要提供足以完成膨化全過程的能量，包括相變段的液體升溫需能、汽化需能、膨脹需能和干燥需能能。二、膨化動力的產生機制1.膨化動力的產生膨化動力的產生主要由物料內部水分的能量釋放所致。同樣的外部供能條件下，在物料內部的各種物質成分中，由于水具有分子量小、沸點低、易汽化膨脹的特性，水分子熱運動最先加劇，分子動能同時加大。當水分子所獲能量超出相互間的束縛極值時，就會發生分子離散。水分子的分子離散使物料內部水分發生變化，產生相變和蒸汽膨脹。其結果必然造成對與之接觸的物料結構的沖擊。當這種沖擊作用力超出維持高分子物質空間結構的力，并超出高分子物質維持的物料空間結構的支撐力時，就會帶動這些大分子物質空間結構的擴展變形，最終造成膨脹物料的質構變化。2.膨化動力的影響因素膨化動力的產生不僅取決于水分在物料中的形態和其結合特性，而且與水分的含量密切相關。從理論上講，物料含水越大，可能產生的蒸汽量也就越大，膨化動力越強，對膨化的效果影響也越大。過量水分往往是自由態和表面吸附態的水，它們很難取代或占據結合態和膠體吸潤態水分分子原有的空間位置，這分間隙水往往不在密閉氣體小室中，很難成為膨化動力，引起物料膨化；過量水在外部供能時，由于與物料其他組分相互間的約束力弱，較易優先汽化，占有有效能量，影響膨化效應；過量水會導致物料內吸潤態膠體區域的不適當擴大，造成物料在增壓段因升溫，其中的部分淀粉已提前糊化或部分蛋白質已超前變性，反而阻礙了膨化；含過量水的物料即使經歷膨化過程，其制品也會因成品含水量偏高而回軟，失去膨化制成品的應有風味。此外，物料在膨化過程中還存在一定的含濕量梯度。不同的濕量梯度會造成膨化動力產生時間上的差異和質量的不均性，影響到膨化質量。外部能量向膨化動力的轉移膨化動力雖然來源于膨化物料內部水分的分子離散所提供的動力，但這種動力也必須是由外部能量來間接供給的。般來說，外部能量的供給方式有：熱量、機械能、電磁能、化學能能。這些能量可通過一定的傳遞、轉換形式作用于水分子，加劇分子熱運動，增加分子動能。外部能量的傳遞設計必須遵循：外部供能方式必須滿足膨化動力的形成機制；外部能量向膨化動力的轉換必須保證能量的最大利用率及最佳的膨化效果；外部供能和內部的能量變化應最大限度保持食品物料的營養性。所以，從理論上講，在滿足上述原則的前提下，膨化工藝條件可以進行不同方式的變換和組合，這對新興膨化工藝技術的開發和膨化設備的發展具有極大的指導意義。三、物料中高分子物質在膨化中的作用淀粉質在膨化中的作用淀粉團粒內水分的含量與分配，較大程度上取決于多糖鏈的密度與疊集的規則性。這對淀粉的理化性質和膨化加工特性關重要。在熱壓條件下，團粒內部的變化大致涉及四個不同的過程：向微晶區域引人結合水；無定形區中凝膠相的有限潤漲；微晶的熔融，同時已熔微晶與非晶性凝膠區的共同水化和潤漲；熔融微晶的水化導致團粒內水分重新分配，最終潤漲產生的應力使微晶變形又加速了熔融。蛋白質在膨化中的作用在膨化過程中，蛋白質作為膨化物料的成分，主要是其中的結構性蛋白質易受外部能量的影響和作用而發生分子結構變化，如變形、變性等。結構性蛋白質的這種變化通常與其在膨化過程的功能變化同步發生。蛋白質在膨化過程中的主要功能有：以水化、水合作用持水、膜囊包裹作用存水和網狀結構吸水等方式維持物料的部分含水。充當密閉氣體小室的可塑性壁材，在氣體膨脹時實現擴展性拉伸并逐漸變性，隨后在室壁瞬時破裂、蒸汽外泄的過程中因失水和自身所帶熱量的干燥作用而被固化。第二節膨化加工基本操作過程(TheBaseOperationofpuffingProcess)一、按膨化加工的工藝過程分類按膨化加工的工藝過程分類，食品的膨化方法有直接膨化法和間接膨化法。直接膨化法:是指把原料放人加工設備中，通過加熱、加壓再降溫減壓而使原料膨脹化。間接膨化法:就是先用一定的工藝方法制成半熟的食品毛坯，再把這種坯料通過微波、焙烤、油炸、炒制等方法進行第二次加工，得到酥脆的膨化食品。（一）直接膨化法直接膨化的工藝流程進料f膨化f切斷f干燥f包裝f成品直接膨化法擠壓膨化的工藝過程物料在擠壓膨化機中的膨化過程大致可分為三個階段：輸送混合擠壓剪切擠壓膨化輸送混合階段：物料由料斗進入擠壓機后，由璇磚德螺桿推進，并進行攪拌混合，螺桿的外形呈棒錘狀，物料在推進過程中，密度不斷增大，物料溫度也不斷上升。擠壓剪切階段：物料進人擠壓剪切階段后，由于螺桿與螺套的間隙進一步變小，故物料繼續受擠壓；當空隙完全被填滿之后，物料便受到剪切作用；強大的剪切主應力使物料團塊斷裂產生回流，回流越大，則壓力越大，壓力可達1500千帕左右。。在此階段物料的物理性質和化學性質由于強大的剪切作用而發生變化。擠壓膨化階段：物料經擠壓剪切階段的升溫進人擠壓膨化階段。由于螺桿與螺套的間隙進一步縮小，剪切應力也急劇增大，物料的晶體結構遭到破壞，產生紋理組織。由于壓力和溫度也相應急劇增大，物料成為帶有流動性的凝膠狀態。此時物料從模具孔中被排出到正常氣壓下，物料中的水分在瞬間蒸發膨脹并冷卻，使物料中的凝膠化淀粉也隨之膨化，形成了無數細微多孔的海綿體。脫水后，膠化淀粉的組織結構發生明顯的變化，淀粉被充分糊化，具有很好的水溶性，便于溶解、吸收與消化，淀粉體積膨大幾倍到十幾倍。在這里，我們要明確一個概念，即膨化食品不都是通過擠壓機生產的，擠壓機生產出來的食品也不全是膨化食品。膨化食品除了可以用擠壓法生產外，還可以用微波、油炸、焙烤、炒制等方法生產，如間接膨化食品。實際上擠壓食品有廣義、狹義之分，廣義的擠壓食品是指凡是利用擠壓機生產的食品，狹義的擠壓食品是指利用擠壓機生產的膨化食品，即擠壓膨化食品。在一些專門論述直接膨化法的文獻中常常把擠壓和膨化的概念混用，實際上就是把擠壓狹義化了。間接膨化法?間接膨化法工藝流程進料f成坯f干燥f膨化f包裝f膨化食品?間接膨化法工藝的特點間接膨化法要先用一定的工藝方法制成半熟的食品毛坯，工藝方法有擠壓法，一般是擠壓未膨脹的半成品；也可以不用擠壓法，而用其他的成型工藝方法制成半熟的食品毛坯。半成品經干燥后的膨化方法主要是除擠壓膨化以外的膨化方法，如微波、油炸、焙烤、炒制等方法。二按膨化加工的工藝條件分類按膨化加工的工藝條件分類，膨化又可分為擠壓膨化、