擠壓食品概論主要內(nèi)容擠壓食品概述

﹠擠壓食品發(fā)展簡史﹠擠壓食品的特點(diǎn)﹠擠壓食品的分類擠壓機(jī)內(nèi)各階段的工作過程和質(zhì)構(gòu)變化擠壓食品生產(chǎn)食品擠壓生產(chǎn)技術(shù)的研究開發(fā)和發(fā)展一、擠壓食品發(fā)展簡史（一）1900年左右出現(xiàn)間歇柱塞式通心粉擠壓機(jī)1930年前后將單螺桿擠壓機(jī)應(yīng)用到面條的連續(xù)壓制上30年代后期GeneralMillsInc.首次將擠壓技術(shù)用于谷物方便食品1936年，膨化玉米果首次擠壓成功，到1946年才開始商品化40年代后期，蒸煮擠壓機(jī)有了發(fā)展50年代，擠壓蒸煮的家畜飼料得到迅速發(fā)展60年代，用單螺桿擠壓機(jī)首次進(jìn)行了工業(yè)化膨化速食早餐食物的生產(chǎn)70年代，雙螺桿擠壓機(jī)被就應(yīng)用到食品加工中，用擠壓機(jī)生產(chǎn)的組織化植物蛋白－－人造素肉實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)80年代歐共體和日本組織成立相應(yīng)的專門研究開發(fā)機(jī)構(gòu)90年代后，世界上已有生產(chǎn)各種系列的食品擠壓機(jī)投放市場二、擠壓食品的特點(diǎn)擠壓食品的加熱、熟化和擠壓成形是在一臺擠壓機(jī)內(nèi)，用很短的時間幾乎是同時完成的食品在被擠出模頭時，由于壓力的突然下降，水蒸汽迅速膨脹和散發(fā)，使產(chǎn)品形成多孔結(jié)構(gòu)擠壓過程中特殊加熱、加壓方式，能對食品產(chǎn)生有利影響，如使食品的可消化性、速食性、滅霉率等趨于最大圖一一種擠壓膨化食品的溫度、時間變化曲線擠壓加工的特點(diǎn)＊多變性＊生產(chǎn)能力大＊成本低＊產(chǎn)品形狀多種多樣＊產(chǎn)品質(zhì)量高＊能量利用率高＊易生產(chǎn)新食品＊食品原料幾乎無損失三、擠壓食品的分類從最終產(chǎn)品的膨化度分＊幾乎末膨化食品＊輕微膨化食品＊全膨化食品經(jīng)加工食品用的主要原料分＊淀粉質(zhì)擠壓食品＊蛋白質(zhì)擠壓食品＊脂肪質(zhì)擠壓食品以生產(chǎn)的食品性狀分＊小吃食品＊面食類＊快餐湯料類從風(fēng)味、形狀上分從風(fēng)味、形狀上能分出千百種擠壓食品一、完整的擠壓食品加工過程原料粉碎混合預(yù)處理輸送喂料壓縮粉碎混合加熱熔融升壓切斷擠出烘干(冷卻)調(diào)味成品包裝圖2食品擠壓生產(chǎn)線設(shè)備流程圖示意圖

1－錐形混合機(jī)2－螺旋提升機(jī)3－預(yù)處理機(jī)4－雙螺桿擠壓機(jī)5－擠出模頭6－切割機(jī)7－烘干（冷卻機(jī)）8－調(diào)味系統(tǒng)9－計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)12345678二、擠壓機(jī)內(nèi)各階段的工作過程和質(zhì)構(gòu)變化擠壓機(jī)內(nèi)的輸送和混合擠壓機(jī)內(nèi)食品原料的壓縮和剪切擠壓機(jī)內(nèi)食品原料的加熱和熔融擠壓機(jī)內(nèi)的均壓和擠出成形擠壓生產(chǎn)過程實(shí)際上是連續(xù)漸變的螺桿長徑比L/D小的螺桿擠壓機(jī)各段的區(qū)別就更不明顯尤其是加熱、熔融、升壓幾乎就在螺桿頂端與模頭之間的很窄的一個區(qū)域同時完成正是由于這么多工序都在一臺擠壓機(jī)內(nèi)完成，所以，擠壓加工具有占地面積小、用時短等許多優(yōu)點(diǎn)幾點(diǎn)說明輸送和混合特點(diǎn)物料是以相對自由的顆粒狀匯集螺槽內(nèi)食品物料很少或沒有內(nèi)部剪切物料尚未發(fā)生任何質(zhì)構(gòu)上的變化，能量的消耗不大可以參照通常螺旋輸送機(jī)的原理和方法2.擠壓機(jī)內(nèi)食品原料的壓縮和剪切這段螺旋的變化如圖3所示壓力---溫度dA<dB<dC壓縮和剪切的特點(diǎn)物料繼續(xù)被推進(jìn)，由于摩擦熱和剪切熱以及有的還有外熱，使物料的溫度急劇上升，部分物料開始由固態(tài)粉粒狀變成液態(tài)狀，并與固態(tài)粉粒相混合揉捏而成面團(tuán)食品物料在剪切段中開始發(fā)生質(zhì)構(gòu)變化，從一種生的或沒有“煮”過的粒狀改變?yōu)榭伤苊鎴F(tuán)，向熔融狀態(tài)過渡，故又稱為過渡段此蒸煮過程中由熱引起的變化蛋白質(zhì)的水合作用和變性淀粉的水合作用、膠凝作用和糊化氨基酸和還原糖的褐變反應(yīng)食品原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子、維生素和酶發(fā)生化學(xué)變化食品原料中的微生物被殺滅

壓縮和剪切的理論研究從進(jìn)入壓縮剪切段(過渡區(qū))開始到熔融段(限流區(qū))，面團(tuán)的粘度和其他物性變化劇烈，由開始面團(tuán)粘度較大，隨著熔融的增多，粘度降低。目前難以在擠壓機(jī)中模擬計(jì)算這種復(fù)雜的變化這不僅是由于食品蒸煮的基本數(shù)據(jù)在此不適用，而且還由于至今尚不清楚“蒸煮”對食品的物理性質(zhì)的影響。塑料在擠壓機(jī)中的熔化過程圖4顯示了物料在一個螺旋池內(nèi)熔化，聚合物熔化池逐漸增大的情況圖4典型的溶融模型1-溶池2-機(jī)筒內(nèi)表面3-熔膜4-分界面5-固體床6-螺紋將物料作為粘性流體流動來研究弗里克(Frlcke)等將食品擠壓與熱塑料擠壓比較。在塑料工業(yè)中，自1940年以來已廣泛采用了螺桿擠壓機(jī)，以試算法和實(shí)驗(yàn)觀察為基礎(chǔ)。40年代末，發(fā)展了多種擠壓模擬，描述了在熱塑料擠壓過程中流體和傳熱基本原理，并發(fā)展到精確模擬試驗(yàn)，在食品擠壓領(lǐng)域中把模擬應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中約是從60年代在食品實(shí)驗(yàn)室開始的加熱和熔融的理論研究4.擠壓機(jī)內(nèi)的均壓和擠出成形被擠壓蒸煮的物料熔融后，在螺桿的推動下進(jìn)入到均壓和成形段均壓和成形段的作用是建立一個均壓區(qū)使物料穩(wěn)定均勻地通過模頭，使擠出的產(chǎn)品成為所需要的形狀圖5單螺桿小直徑擠壓機(jī)出口簡圖1-螺桿2-筒體3-模頭均壓和擠出成形對于大直徑的單螺桿擠壓機(jī)或雙螺桿擠壓機(jī)來說，模頭的模孔的數(shù)量不止一個，孔的形狀也較復(fù)雜以保證模頭各孔的進(jìn)口壓力相等，物料流速也相同為此，通常的設(shè)計(jì)方法是在螺桿的末端加均壓板即多孔板，在模頭的進(jìn)孔端前加導(dǎo)流板，如圖6所示圖7平板狀分流板尺寸圖7是一多孔板實(shí)例。物流通過多孔板之后的運(yùn)動流向與軸相平行，并能使各方向的壓力均勻

均壓和擠出成形模孔的斷面形狀決定了擠壓食品的最終形狀模孔板上的每個孔的大小尺寸誤差和形狀誤差都要制做得盡量的小，這樣才能保證每個孔的流動阻力相差不大，有些形狀特殊的、復(fù)雜的孔要通過在設(shè)計(jì)時反復(fù)試算和大量試驗(yàn)才能確定擠壓機(jī)工作應(yīng)注意的問題食品擠壓理論及擠壓機(jī)的試驗(yàn)研究，對于擠壓機(jī)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)是極為重要的特別注意各段生產(chǎn)能力的變化，注意擠壓機(jī)各段的生產(chǎn)能力應(yīng)該是相等的絕不允許出現(xiàn)qm1<qm2<

qm3<qm4的情況

qm1——擠壓機(jī)輸送段的輸送能力qm2——擠壓機(jī)壓縮和剪切段的能力qm3代表擠壓機(jī)熔融段的蒸煮能力qm4代表均壓擠出成形能力三、擠壓中食品成分的變化擠壓過程中碳水化合物的變化擠壓過程中蛋白質(zhì)的變化擠壓過程中脂肪的變化1.擠壓過程中碳水化合物的變化淀粉、纖維素、葡萄糖和蔗糖等都屬于碳水化合物，它們在擠壓過程中卻又有著各自不同的變化，下面分別敘述淀粉在擠壓過程中的變化純淀粉先是由未膠化的白色逐漸變?yōu)槟z化的無色半透明體淀粉在升壓、升溫和剪切的共同作用下，大分子結(jié)構(gòu)鍵斷裂而變成了低分子，如淀粉結(jié)構(gòu)中的1—4糖苷鍵斷裂使其成為葡萄糖、麥芽糖等，而更主要的原因是在高溫、高壓下，淀粉分子發(fā)生了糊化(α化)

影響淀粉糊化度的因素幾乎與擠壓過程中所有的參數(shù)都有關(guān)：擠壓溫度物料水分含量螺桿轉(zhuǎn)速擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)(螺桿、簡體的形狀)剪切力淀粉在擠壓機(jī)內(nèi)的滯留時間模頭出口形狀等淀粉與膨化效果直鏈淀粉含量增加，則膨化度降低有資料表明，直鏈淀粉和支鏈淀粉各占50％時，膨化效果最好纖維素在擠壓過程中變化較一致的看法是纖維素經(jīng)擠壓后，可溶性膳食纖維的量相對增加(一般增加量在3％左右)高溫、高壓再加上高剪切作用，促使纖維分子間價(jià)鍵斷裂、分子裂解和極性變化原料中的纖維素含量增加，則膨化度降低纖維素的來源、純度，均明顯影響膨化度葡萄糖、蔗糖等的變化擠壓食品物料中含有的糖成分會影響淀粉的糊化由于擠壓過程中高溫、高剪切的作用能使糖分解成羰基化合物，它同物料中的蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，使產(chǎn)品的顏色變深蛋白質(zhì)在擠壓過程中的變化一在高溫、高壓、高剪切的食品擠壓機(jī)內(nèi)，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)伸展、重組，表面電荷重新分布趨向均化，分子間氫鍵、二硫鍵等部分?jǐn)嗔眩瑢?dǎo)致蛋白質(zhì)變性不同來源的蛋白質(zhì)物料在經(jīng)過擠壓加工后，消化率均明顯提高，蛋白質(zhì)的品質(zhì)也獲得改善，所以，擠壓加工為開發(fā)低品質(zhì)蛋白源以提高其營養(yǎng)價(jià)值提供了加工手段富含蛋白質(zhì)并可用來擠壓的原料品種很多，如脫脂大豆、濃縮大豆蛋白、菜籽蛋白、棉籽蛋白、芝麻蛋白等蛋白質(zhì)在擠壓過程中的變化二“人造肉”是一種用擠壓機(jī)將蛋白質(zhì)變性后的產(chǎn)品，也被稱為蛋白肉利用擠壓后蛋白質(zhì)消化率明顯提高的特點(diǎn)擠壓加工制造嬰幼兒食品和老年食品，是一種很好的加工手段蛋白質(zhì)在擠壓過程中能與原料中的其他成分如脂肪氧化酶等反應(yīng)，影響產(chǎn)品風(fēng)味脂肪在擠壓過程中的變化一一般單螺桿擠壓機(jī)在生產(chǎn)時，要求原料中的脂肪含量低于12％，（有資料表明，脂肪含量大于12％以上，每增加1％，產(chǎn)品的體積質(zhì)量就增加16g／L；當(dāng)脂肪含量超過22％時，原料就失去了膨化特性，因此，生產(chǎn)擠壓膨化食品的原料的含油量低才好），因?yàn)楦咧竞康奈锪吓c簡體之間的摩擦因數(shù)小造成打滑脂肪在擠壓過程中的變化二在高溫、高壓和高剪切條件下，甘油三脂會部分水解，產(chǎn)生單甘油和游離脂肪酸，這兩種產(chǎn)物與直鏈淀粉會形成絡(luò)合物，影響擠壓過程中的膨化，導(dǎo)致最終產(chǎn)品中淀粉的溶解性和消化率降低，故脂肪對擠壓食品的質(zhì)構(gòu)重組、成形、口感等影響較大四、擠壓食品生產(chǎn)工藝（自學(xué)）食品擠壓生產(chǎn)的應(yīng)用和工藝特點(diǎn)擠壓膨化小吃食品生產(chǎn)工藝擠壓谷物早餐制品及擠壓膨化再制品的生產(chǎn)工藝五、食品擠壓生產(chǎn)技術(shù)的

研究開發(fā)和發(fā)展其研究主要從兩方面進(jìn)行：主要研究原料的配方和加工后產(chǎn)品的營養(yǎng)、口感等特性主要研究設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和擠壓加工過程借鑒合成聚合物擠出過程的實(shí)驗(yàn)和理論研究成果，研究食品和飼料等天然生物高分子物料的擠出過程食品擠壓生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展未來的研究應(yīng)重視將食品擠出過程中的營養(yǎng)分析、理化特性、加工工藝和設(shè)備等幾個不同的研究領(lǐng)域相結(jié)合，這樣可以更深刻地認(rèn)識食品的擠出加工機(jī)理將可視化技術(shù)應(yīng)用于食品擠出加工過程的研究上，可直觀分析食品加工的真實(shí)過程將擠出機(jī)作為生化反應(yīng)器，從分子水平揭示食品的擠出加工機(jī)理，解決實(shí)際生產(chǎn)中提出的配方、工藝、設(shè)備等方面的問題是食品擠壓技術(shù)的發(fā)展方向在新型雙螺桿擠出機(jī)全長上，利用不同原料和加料方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，可優(yōu)化加工配方