大豆挤压膨化技术及膨化机理的分析_王宏立

大豆挤压膨化技术及膨化机理的分析
王宏立1,2，张祖立1，白晓虎1
（1.沈阳农业大学工程学院，沈阳 110161；2.黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆 163319）
摘要：利用小型单螺杆挤压膨化设备对全脂大豆进行膨化加工试验，通过电子显微扫描观察、分析膨化和未膨化大豆的微观结构的变化，对大豆膨化加工机理进行了探讨。

膨化和未膨化大豆的营养成分分析化验结果表明，膨化加工能够改变大豆的理化性状，有利于家畜对其营养成分的消化和吸收。

关键词：农学；膨化机理；分析；大豆；营养成分；螺杆挤压膨化
中图分类号：S377 文献标识码：A 文章编号：1003─188X(2006)01─0085─02
我国有丰富的大豆资源，年产量约为1500万t，居世界第4位[1]。

与其它农作物相比，大豆中含有丰富的蛋白质和油脂，是人类的优良食品和动物的优质、高能、高蛋白饲料。

目前，许多饲料生产企业用廉价的大豆植物性蛋白来替代昂贵的动物性蛋白，如鱼粉、骨粉和血粉等。

但大豆含有多种抗营养因子，其中的胰蛋白酶抑制因子、脂肪氧化酶、脲酶等，如果不进行处理就加到饲料中，将会影响动物对营养物质的吸收[2]。

实践表明，大豆中一些影响营养物质吸收的有害成分，只有通过膨化加工的高温、高压处理才能消除。

目前，挤压膨化法已成为最主要的饲用大豆加工方法。

为此，本文重点对大豆的挤压膨化技术及膨化机理进行分析和探讨。

1 挤压膨化机主要参数及工作过程
1.1 试验设备及其主要参数
试验所用膨化机是自行研制的小型单螺杆挤压膨化机，采用等根径变螺距螺杆，环形出料口，主要参数如下：主轴转速为50～300r/min，可调；螺杆直径为45mm；螺杆长度为296mm；螺杆螺旋槽深度为4.5mm；螺旋升角为17°；套筒内径为48mm；喷口截面面积为3.14mm2；膨化温度为120°～160℃；膨化压力为1.11MPa以上。

1.2 膨化工作过程
大豆挤压膨化工艺流程为：原料→清选→粉碎→调质→挤压膨化→冷却→干燥→包装。

粉碎采用筛片孔径为4.0mm的锤片式粉碎机。

调质是将粉碎的大豆调湿，使其具有良好的挤压膨化加工性能。

本试验采用加水调质法，使大豆含水率达到18%左右。

挤压膨化时，调质好的大豆通过料斗进入挤压腔，在螺杆的机械推动和挤压、摩擦、剪切作用下，大豆中的水分在短时间内形成过热水蒸汽，在机腔内形成高压；被压缩的物料由喷嘴迅速喷出时，由于压力瞬间得到释放，大豆的细胞壁膨裂，从而得到疏松膨软的膨化产品。

2 大豆挤压膨化机理分析
2.1 膨化大豆的显微结构变化
试验表明，膨化后产品外观明显改变。

膨化前，大豆呈浅黄色，粒度较大；膨化后，大豆呈金黄色，多微孔粒状。

膨化后大豆能轻松吸透或吹透，且脂肪充分暴露其表面，物料粘度小，微冷却后，稍加外力即可成为小粉末的颗粒状。

利用电子显微镜观察大豆膨化前后的微观结构，图1为大豆横切面微观结构图。

膨化前，大豆细胞排列整齐，细胞结构完整，细胞壁（其主要成分是粗纤维）没有破裂，细胞壁包裹着细胞内容物，纤维结构明显、质密；膨化后，大豆细胞壁被破坏，撕裂变成絮状纤维，细胞间距拉大，纤维结构疏松，且脂肪聚集，如图2所示。

图1 大豆显微结构图(×600)
收稿日期：2005-01-07
作者简介：王宏立（1971-）,男，辽宁昌图人，讲师，博士研究生，(E-mail)wanghongli0817.student@。

通讯作者：张祖立（1953-），男，辽宁大连人，教授，博士生导师。

图2 膨化大豆显微结构图（×600）
大豆膨化机理比较复杂，但其主要作用原理是热效应和机械效应。

在高温高压下，大豆细胞壁内木质素熔化，使部分氢键断裂，结晶度降低，纤维的空心结构被破坏。

同时，挤出物在模口处瞬间减压喷出，由于运行速度和方向的改变，产生很大的内摩擦力，再加上水分迅速蒸发而产生的胀力，进一步涨破细胞壁，形成破裂、松散的结构。

在挤压膨化机套筒内，大豆蛋白质受到高温、高压和机械的剪切力、挤压力、摩擦力综合作用，蛋白质的空间结构受到破坏，使得分子获得的能量增大，大分子开始解缠，一些次级键被打断，形成松散的线性结构；氨基酸残基暴露，扩大了蛋白消化酶与蛋白质的接触面积，易于被消化酶降解，从而提高蛋白质的消化率。

挤压膨化时，膨化腔内急速地挤压，所产生的压力使大豆油细胞破裂，释放出油脂，使其易于受到脂肪消化酶的作用，从而提高了脂肪消化率。

2.2 膨化前后大豆营养成分分析
膨化及未膨化大豆的营养成分对照分析由沈阳农业大学分析测试中心测试，如表1所示。

表1 大豆及膨化大豆营养成分含量%项目粗蛋白质粗脂肪粗纤维灰分水脲酶（U）
大豆43.91 19.95 7.42 4.16 8.92 10.98
膨化大豆45.09 19.56 5.26 4.47 10.76 3.40
由表1可见，挤压膨化加工使蛋白质含量增加，脂肪含量基本没有变化，对氨基酸的破坏作用也很小。

挤压所产生的高温，瞬时仅破坏蛋白质分子间的次级键，而不影响氨基酸之间的初级键；但挤压后蛋白质会以物理吸附形式被包含在糊化的淀粉中，降低了蛋白质的溶解度。

不过动物消化系统中的酶可以容易地溶解这种淀粉基质，将蛋白质释放出来。

膨化与未膨化大豆相比，粗蛋白含量增加了2.69%，灰分增加了7.45%；粗脂肪减少了1.96%，粗纤维减少了29.11%，脲酶活性降低了69.03%。

3 结论
小型单螺杆挤压膨化设备能够实现高温、高压、短时、连续膨化加工全脂大豆，且具有结构简单、操作方便、膨化效果较好等优点，特别适于小型乡镇企业和农村个体户使用。

在热效应和机械效应的双重作用下，大豆的细胞结构发生变化，细胞壁被破坏，纤维结构疏松，脂肪游离出来，影响动物消化吸收的粗纤维含量降低，而容易吸收的灰分、碳水化合物的含量均有不同程度地增加。

此外，抗营养因子脲酶含量大大减少，降到标准值以下，有利于家畜的消化和吸收。

参考文献：
[1] 李里特.大豆加工与利用[M].北京:化学工业出版
社,2003.
[2] 汤永忠,盛凯.干法膨化机在生产全脂大豆中的
应用[J].中国饲料,2000,(21):25-26.
[3] 王宏立.螺杆挤压膨化全脂大豆的试验研究[D].沈
阳:沈阳农业大学,2004.
Techniques and Mechanisms of Extruding Process of Soybean
WANG Hong-li1,2, ZHANG Zu-li1, BAI Xiao-hu1
(1.College of Engineering, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110161, China; 2.College of Engine- ering, HeiLongjiang August First Land Reclaimation University, Daqing 163319, China)
Abstract：An experiment of extruding process of soybean was carried out with a small size single screw extruder. With the help of electron microscope, it was found that the microstructures of soybean changed. Therefore, the mechanism of extruding process of the soybean was studied. It was proved that the tissue structure of the soybean can be changed by extruding process through the analysis of the nutrition composition. It was advantageous to animals digest and imbibe soybean’s nutrition composition.
Key words:agronomy; extruding mechanism;anaylsis;soybean; nutrition composition; screw extrusion。