挤压膨化技术基础知识

ŸMachine type, machine size,
machine length L/D ŸScrew configuration ŸQuantity of die holes, die opening
diameter, die configuration
Variable parameters
ŸDissipation of energy (SME
挤压膨化技术基础知识
1.挤压机与挤压膨化的基本原理 2.挤压膨化技术的特点 3.挤压膨化技术的应用 4.挤压休闲谷物食品和早餐谷物的区别 5.食品配料对谷物挤压特性的影响 6.挤压谷物食品产品配方设计要点 7.操作参数对早餐谷物产品特性的影响 8.挤压膨化食品喷涂技术
1.挤压机与挤压膨化的基本原理
连续挤压蒸煮工艺的核心设备是挤压机。挤压机具有压 缩、混合、混炼、熔融、膨化、成型等功能。挤压机的腔 体可以分成3-5个区，各区可以通过蒸汽或电加热，也可通 过挤压摩擦加热，从而达到蒸煮物料的目的，物料在腔体 中高温、高压的作用下，淀粉糊化、蛋白质变性。当物料 通过挤压机腔体各区的时候，可溶性的风味物资和色素可 以通过腔体在高压的作用下注入到物料之中。在挤压腔体 的末端，熔融的物料通过在高压的作用下通过模板的模孔 而挤出，由于压力的突然下降，水蒸汽迅速膨胀和散失， 使产品形成多孔结构，然后膨化的物料被旋转刀切成一定 大小的产品。在早餐谷物食品生产中最常使用的是单螺杆 挤压机和双螺杆挤压机，而双螺杆挤压机同单螺杆挤压机 相比更具有优势，因为单螺杆挤压机对物料粒度、水分要 求、组分要求严格，且容易产生物料倒流、螺杆易磨损等 问题。
l 少量油脂的加入（不超过4%）可以增加产品的风味，提 高膨化度，降低水溶性指数和吸水指数。
l 大豆磷脂和碳酸钙可作为挤压谷物产品品质改良剂。 l 为了改善挤压谷物产品的营养，可加入不超过5%的膳食
纤维和不超过10%的脱脂大豆蛋白。
6.挤压谷物食品产品配方设计要点
— 营养达到要求（能量、蛋白质、碳水化物、脂 肪、膳食纤维、矿物质、维生素的含量等）
Coating
Application: Confectionery, pills, nuts, sweets
Coating with a chocolate mass
Continuous on dampening conveyors or with the dipping process.
Application : Production of chocolate bars, popsicles
进料量、加水量对容重的影响
螺杆转数、加水量对容重的影响
进料量、螺杆转数对容重的影响
操作参数对早餐谷物产品特性的影响小结
1.在低水分的条件下（加水量小于12%时），随 着物料加水量的增加，产品容重随之减小，即 产品膨化度随之增大，当产品容重达到最小值 后（加水量为12%时），随着物料水分的增 加，产品容重随之增大 。
5.食品配料对谷物挤压特性的影响
5.1 检测挤压膨化产品的主要指标 u 产品容重 u 产品比容 u 水溶性指数（是衡量早餐谷物食品中淀粉降解程度的一个重要指标。淀粉分
子在挤压过程中，淀粉受到强烈挤压摩擦作用而降解，糊化度高会使产品产生粘牙 感。）
u 吸水指数（是衡量早餐谷物在牛奶或水中的耐泡时间的重要指标 ） u 糊化度 u 感官指标 etc.
ŸQuality and respective quantity
Parameters)
Ÿ Homog eni ty
System Parameters = f (Process
Parameters)
Structure Parameters
2.在低的进料量条件下（进料量小于1000 kg/h），随着进料量的加大，产品容重随之减 少，当进料量达到1000 kg/h时，随着进料量 的加大，产品容重随之增加
5
操作参数对早餐谷物产品特性的影响小结
3.在低的螺杆转数条件下（螺杆转数小于300 rpm）， 随着螺杆转数的加大，产品容重随之减小，在高的 螺杆转数条件下（螺杆转数大于300 rpm），随着螺 杆转数的加大，产品容重随之减小
Coating Systems （喷涂系统）
What is coating?
Coating is the general term for: Dredging Coating with sugar, chocolate or starch derivates.
Batch process in drageé spheres or drums.
3.挤压膨化技术的应用
u 小吃食品和休闲食品
u 早餐谷物食品
u 通心面类食品（挤压温度50℃，螺杆转速80rpm,排气）
u 速溶粉末婴幼儿食品
u 变性淀粉和变性谷物粉
u 面包片
u 速溶茶
大豆组织蛋白 u
（原料水分43%，低于60℃/低于60℃/低于180℃/低于180℃）
u 饲料生产
u 糖果与巧克力
Product Parameters
Ÿ Qualit y: Shape Density Color Texture Taste Bowl life
Ÿ Structure: Starch structure Protein structure Homogenity
Ÿ Characteristics: Solubility Viscosity / Elasticity Stability (swelling behaviour)
1
Extrusionline for modified Flours and Starches
C
H2O Stea m
H2O
C
Flavour , Sp ic es , Colours, Emuls ifiers, etc.
Stea mf
Extruder Line for Corn Flakes
RRaaww mmaatteerriiaallss
profile) ŸMaterial temperature profile ŸResidence time ŸMass pressure in front of the die
Ÿ Throu ghp ut
ŸFeed temperature ŸWater/Steam addition ŸScrew rpm (provides material shear
4.在低的螺杆转数条件下（如螺杆转数为260 rpm 时），随着进料量的加大产品容重逐步减少，在高 的螺杆转数条件下（如螺杆转数为340 rpm时），随 着进料量的加大产品容重逐步减少。
操作参数对早餐谷物产品特性的影响小结
5.在低的进料量条件下（如进料量为960 kg/h 时），随着螺杆转数的提高，产品容重逐步减 少;在高的进料量条件下（如进料量为1040 kg/kg时），随着螺杆转数的加大，产品容重 逐步增加。
Extrusion System
Wat er
Steam addition
Wat er
V e nting or Dir e ct Ste am
Control main drives
Control
cabinet
auxiliary Process drives Control
Liquid 1 Liquid 2
Watercontent Temperature Profile
Time Shear (SME)
Unit Operation Overview
Process Parameters System Parameters
Fixed parameters
Heat and mechanical history
ŸStarch: Gelatinisation Degradation
ŸProtein: Texturisation Denaturation
ŸFat: Reaction Encapsulation Complexation
ŸSugar: Melting Reaction with proteins Caramelisation
SSyyrruupp ((mmaalltt eexxttrraacctt,, ssuuggaarr,,
wwaatteerr,, ssaalltt,, eettcc..))
WWaatteerr aanndd SStteeaamm
Premixing Metering Conditioning Extrusion Predrying/Cooling/Tempering Flaking Toasting/Cooling Packaging
Beziehungen:
Steam, other Liquids
Material properties
Product Parameters = f (Structure
ŸFlour, starch, protein
Parameter)
ŸFat and moisture content, density, etc. Structure Parameter = f (System
Extruder line for indirect expanded cereals with sugar coating
St eam H2O
C
C
C
C
C
C
Packaging Gas
H2O St eam W at er
4.挤压休闲谷物食品和早餐谷物的区别
挤压膨化休闲食品和早餐谷物在产品特性上有显著 的不同，挤压膨化休闲食品只要求有良好的膨化度 和较好的口感，而挤压早餐谷物食品一般是与牛 奶、豆奶或果汁等一起冲泡食用，要求在牛奶、豆 奶或果汁中能保持一定的脆性，同时它一般作主 食，所以营养要求也较高。挤压膨化休闲食品基本 上是以谷物为原料，很少加入一些配料组分，而早 餐谷物产品的原辅料中除了谷物组分外，通常还加 入糖、油脂、蛋白质、膳食纤维及品质改良剂等配 料组分。
Spraying Coating with oils and fats containing spices, aromas and taste enhancers.
Coating with sugar solutions containing aromas, colours and vitamins.
— 生产出来的产品特性(组织结构、形态、风味、口 感、颜色等)符合中国人的饮食习惯；
— 必须考虑原料挤压特性及价格； — 必须考虑目标消费人群 — 必须考虑产品的储藏及运输条件
7.操作参数对早餐谷物产品特性的影响
Ø加水量 Ø进料量 Ø螺杆转速 Ø腔体温度
4
Extrusioncooking
a cooking and forming process, which bases in general on 4 parameters:
2
3
食品配料对谷物挤压特性的影响小结
l 谷物挤压产品生产中，加入少量的还原糖（1%-5%）左 右，即可使产品组织结构变得均匀细密、产品色泽加 深、风味加强、膨化度和水溶性指数加大、吸水指数变 化不大。
l 蔗糖是生产甜味型谷物产品理想的糖类，少量的白糖 （4%左右）加入，基本上不影响产品色泽和风味，产品 成型也较规则，并可增加产品的膨化度。当加入量在8% 以上时，即可抑制挤压谷物产品的膨化度，提高产品脆 度，降低其吸水指数，对产品水溶性指数影响不大。
Direct steam addition
into the housing 2
Housing heating/cooling
2
3 4 1
Suction conveying to cooler/dryer
2.挤压膨化技术的特点
＊多变性好 ＊ 生产能力大 ＊成本低 ＊ 产品形状多种多样 ＊卫生，营养损失小，消化吸收率高 ＊ 能量的利用率高 ＊ 新食品的生产容易 ＊食品原料几乎没有损失
Continuous in coating drums or screw coating devices.
rate and degree of screw filling) ŸTemperature profile of barrel Ÿ Ve nti ng ŸCutter speed ŸPreconditioning
- Temperature
- Retention time
- Addition of Water,