1.食品挤压技术及最新研究进展

3第一作者:硕士研究生。

收稿时间:1999-09-14,改回时间:2000-02-25

食品挤压技术及最新研究进展3

朱国洪　彭超英　尹　国

(华南理工大学食品与生物工程学院,广州,510640)

摘要　简述了食品挤压技术的历史、原理、生产工艺及特点。同时综述了食品挤压技术最新

的研究进展:(1)应用领域的日益扩展;(2)新技术的应用和新工艺的改进;(3)数学模型的研究。

关键词　食品挤压技术　原理　生产工艺　进展

食品挤压技术是指物料经预处理(粉碎、调湿、混合)后,经机械作用强使其通过一个专门设计的孔口(模具),以形成一定形状和组织状态的产品[1]。用于生产此种食品的机械被称为螺杆挤压机。世界上第一个螺杆挤压机的专利是由英国Gray 于1879年获得的,主要应用于橡塑工业

[2]

。到本世纪30年

代,第一台用于谷物加工的单螺杆挤压机问世,它开始用于生产膨化玉米。由于螺杆挤压机具有混合、物料输送、蒸煮、剪切、灭菌、成型等功能,大大拓宽了对食品加工的工艺路线的选择,不同质地、不同花色、不同外形的新型挤压食品应运而生。二战期间该技术被用于压缩干粮[2]。60年代,双螺杆挤压机开始用于食品加工领域;70年代,欧美市场方便食品有35%是挤压技术产品。除此之外,挤压技术还应用于水产品、调味品、糖和巧克力等生产领域[2]。挤压食品种类繁多,根据工业生产,挤压食品大致可分为3类:直

接挤压膨化食品(挤压膨化);间接挤压膨化食品(挤压成型)和挤压组织化食品。目前,食品挤压技术已发展成为最常用的膨化食品生产技术之一[3]。据报道,美国1997年挤压膨化食品的销售额达9131亿美元[4]。

我国从70年代开始研究食品挤压技术。1980年3月,北京食品研究所仿制出第一台

自热式PJ 21型谷物膨化挤压机,现已大批量

的生产[2],但总体水平与国外相比差距较大。目前,在食品工业中最常用的挤压机是双螺杆、同向、完全齿合、梯形螺纹的双螺杆挤压机[2]。

1　原理、生产工艺及特点

含有一定水分的食品物料在挤压机中受到螺杆推力的作用,套筒内壁、反向螺旋、成型模具的阻滞作用,套筒外壁的加热作用以及螺杆与物料和物料与套筒之间的摩擦热的加热作用,使物料与螺杆套筒的内部产生大量的摩擦热和传导热。在这些综合因素的作用下,使机筒内的物料处于3～8MPa 的高压和200℃以上的高温状态,此时的压力超过了挤压温度下的水的饱和蒸气压,这就使挤压机套筒物料中的水不会沸腾蒸发,物料呈现出熔融状态。一旦物料从模头挤出,压力骤降为常压,物料中水分瞬间闪蒸而散发,温度降至80℃左右,导致物料成为具有一定形状的多孔结构的膨胀食品[5～7]。如果要生产非膨胀食品,可在物料出模头之前,增加一冷却装置,使其出模头之前的温度底于100℃即可[2]。一般来讲,挤压食品的生产工艺流程如下[8]:

原料→调理→称重→混合→送料→挤压蒸煮→附加加工→干燥或冷却→调味→称重→包装。

挤压技术生产食品具有以下特点:通用性强,产品种类繁多;生产效率高,成本低;产品质量高,营养损失少;卫生条件好,无“三废”污染。在挤压过程中,食品原料中各成分皆会发生各种变化:淀粉会糊化和降解;蛋白质会变性,消化率得到提高;游离脂肪酸会与淀粉、蛋白质形成复合体。总体来说,食品的营养和风味得到大大提高。

2　食品挤压技术最新研究进展

食品挤压技术作为本世纪发展最快、应用日益广泛的食品加工技术,目前在国内外主要有以下几个方面的最新研究进展:(1)应用领域的日益扩展;(2)新技术的应用和新工艺的改进;(3)数学模型的研究。

211　应用领域的扩展

本世纪30年代开始应用于食品的挤压技术现在已经应用于豆、谷、薯及蔬菜和生产动物饲料,糖和巧克力等的加工生产。目前国内外研究者开始把挤压技术应用于挤压快餐食品[9],用大豆蛋白制作挤压仿生食品(仿肉松、咸牛肉)和代乳饮料、速溶饮料,纤维保健食品,发酵制品[2,5],华南理工大学的郑建仙就进行过这方面的研究。他用2种不同粒径的蔗渣膳食纤维,用法国的Clextral BC-45型双螺杆挤压机,在挤压条件为螺杆转速243r/min、比机械能耗363kWh/t、温度100℃、进料速度216g/min、加水量为45%的实验条件下,探索了挤压蒸煮对蔗渣膳食纤维的性质[10]、化学结构[11]、组成与含量以及生理活性[12]的影响。结果表明:经挤压蒸煮后,蔗渣膳食纤维内部组成成分得以调整和重组,部分不溶性阿拉伯木聚糖会溶解和断裂;蔗渣膳食纤维的水溶性从212%提高到1214%,水溶性组分分子分支程度有较大幅度的提高,Xyl∶Ara(木糖∶阿拉伯糖)的比值由612减少至412;挤压蒸煮对蔗渣膳食纤维的化学结构无降解和破坏作用,但对物化性质(持水力、结合力、膨胀力)产生不同程度的影响;蔗渣膳食纤维的生理活性得到极大的提高,达到了国际通用保健膳食纤维的标准。此外,Saknark[13]和Wang[14]还把挤压技术应用于木薯粉和炸鱼等快餐食品和仿生糖果食品。

212　新技术的应用和新工艺的改进

对于物料的挤压蒸煮,可以根据对挤压机不同层次的认识而有所侧重[15]:(1)作为食品加工机械的挤压机;(2)作为具有各种单元操作复合体的挤压机;(3)作为连续式生化反应的挤压机。对于作为机械的挤压机,研究采用优质材料来制造螺杆元件和机筒,提高挤压机质量和稳定性[15]。对于作为具有各种单元操作复合体的挤压机,目前正在研究挤压机的自动化开机过程,由电子计算机控制调节其转速、加水量、蒸汽量、糊化物量和干物量,使其尽可能短时达到平衡,简化操作步骤,节省开、停机时间和减少物料的损失;同时还研究对参数(温度、压力等)的控制[16]。把挤压机与生物、化学联系起来作为生化反应器,成为挤压蒸煮技术发展的最新方向之一;国外学者不断研究挤压机作为反应器对蛋白质、淀粉等聚合物的生物转化。Carr和Cunningham成功地用正转双螺杆挤压机,通过对部分由于挤压产生的淀粉解聚作用产物进行缩醛反应,由淀粉生产乙二醇糖苷[17]。Meuser等人在双螺杆挤压机上将淀粉衍生物生成阴离子和阳离子淀粉[18]。国内学者也进行了这方面的研究。

K okini等于1992年指出[19]:对于一定淀粉的低湿度(含水量17%～20%)挤压来说,膨化体积与ΔP/η之间存在良好的线性关系。ΔP表示泡沫膨化中依赖于温度的水蒸气压力驱动力;η表示剪切粘度,反映膨化气泡的一种阻力。由于ΔP依赖于温度,高温有利于膨化,这样,挤压的直接膨化产品常常在低湿度、高剪切的条件下生产。也就是说,要生产高膨化度的直接膨化产品对所需求的高温高压有依赖性。为了消除这种依赖性,文献[20,21]提出了一种在低于现代挤压加工温度下生产低密度膨化产品的新工艺。此新