挤压膨化技术及其应用

挤压膨化技术及其应用

The application of extrusion technology

文麟芳

WENLinFang

（1.长沙理工大学化学与生物工程学院，湖南长沙410114；）

(1.School of Chemistry and Biological Engineering, Changsha University of Science and

Technology, Changsha, Hunan 410114, China)

摘要：挤压膨化技术以其连续性、高效性以及产品形态多样性而广泛应用于休闲、婴幼儿、速溶茶、面类、谷物等食品领域。本文主要介绍了挤压膨化设备的类型、基本原理和在生产中的应用,讨论了挤压膨化出在膨化食品中存在的问题及其发展前景。

关键词：挤压膨化；原理；应用；存在问题；发展前景

Abstract: Extrusion technology is widely used in the field of snack, infant, instant tea, pasta, cereals and other foods for its continuity, efficiency and morphological diversity of products. In this paper, the type, basic principles and application in production of extrusion technology were mainly introduced, the problems existing in the extrusion and its development prospect were discussed in puffed food .

Keywords:Extrusion technology; Principles;Application ;P roblems, Development

1挤压膨化技术概况

挤压膨化技术在40年代末期逐渐扩大到食品领域。它不但应用于各种膨化食品的生产,还可用于豆类、谷类、薯类等原料及蔬菜和某些动物蛋白的加工。近年来挤压膨化技术发展十分迅速,目前已成为最常用的膨化食品生产技术之一。据报道美国1997年挤压膨化食品的销售额达9.319亿美元,比1996年增长9.3% [1]。挤压膨化技术是集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型为一体, 能够实现一系列单元同时并连续操作的新型加工技术[2]工艺简单，能耗低，成本低，无“三废”产生，具有多功能，高产量，高品质的特点，[3,4].挤压膨化可分为在膨化操作过程中对物料进行加温、加压处理,不加蒸汽或水的膨化为干法膨化;对物料加温、加压并加蒸汽或水的膨化为湿法膨化。[5]挤压膨化技术生产的产品种类多，浪费少，生产成本低，几乎无废弃物且原料的适用性广，能有效减少营养损失、改善食品风味[6]。挤压膨化可以使产品的质量得到改良和提高,它导致淀粉的糊化、蛋白质的变性以及淀粉、蛋白质和脂类复合体的形成[7],蛋白质的可消化率得到提高[8]。因而挤压膨化食品味美可口、易于消化吸收,深受广大消费者的青睐。

2挤压膨化技术机理

挤压膨化作用机理是，含有一定水分的物料，在挤压机套筒内受到螺杆的推动作用和卸料模具或套筒内节流装置（如反向螺杆）的反向阻滞作用，同时还受到了来自于外部的加热或物料与螺杆和套筒的内部摩擦热的加热作用，此综合作用的结果使物料处于高达 3~8 M Pa 的高压和 200 " 左右高温的状态之下，如此高的压力超过了挤压温度下的饱和蒸气压，使挤压机套筒内水分不会蒸发沸腾而呈现熔融的状态，一旦物料由模具口挤出，压力骤然降为常压，水分急剧蒸发，产品随之膨胀，水分从物料中的散失，带走了大量热，使物料在瞬间从挤压时的高温迅速降至 80 "左右，从而使物料固化定形，并保持膨胀时形状[9~11]

3挤压膨化设备

挤压膨化设备有单螺杆挤压机、双螺杆挤压机和多螺杆挤压机, 目前应用较多的是单螺杆和双螺杆挤压膨化机, 三螺杆挤压机是近年来出现的新产品。[12]

目前,挤压工艺中最常见的设备是双螺旋挤压机。这种设备的挠性很好,能复制多种烘烤操作,其最大的缺点是不产生传统蒸煮、烘烤食品的风味[12]。研究表明:挤压产品的容积密度随圆筒温度、含水量的增大而减小;而抗破碎强度随容积密度的增大而增大[13]。我国挤压膨化技术设备及工艺与国外发达国家相比差距甚远[14]。结合国外发展趋势及我国挤压膨化技术的现状，我国应急需研制、开发多功能、大功率的挤压设备。

挤压膨化机的典型结构及其挤压膨化过程见图1 [15]

图1 挤压膨化机的典型结构及其挤压膨化过程

4挤压膨化技术的应用

4.1食品工业中的应用

挤压膨化技术在食品加工中,可广泛甩于生产谷物快餐食品、植物组织蛋白、健康食品、儿童食品、断奶食品、改性淀粉、面粉、口香糖、巧克力、酪阮酸盐等。现在,该技术也开始用于加工黄油、肉制品、海产品、麦款食用纤维等。[16]

4.2油脂浸出中的应用

利用挤压技术对浸出前的油料进行膨化预处理,是溶剂浸出提油的一种新技术[17] 。挤压技术应用于油脂浸出的基本原理是:当油料料胚随螺杆推进被强制输送到挤压腔后,通过压延效应及摩擦、挤压产生的高温、高压,油料被剪切、混炼、熔融和产生组织变化。当料胚从高压状态挤出到常压状态时,造成内部超沸点水分的瞬间蒸发而产生巨大的膨胀力,油料也随之膨化成型,产生许多具有细微孔的条状体(“油路”),有利于油料的浸出[18,19]应用挤压膨化浸出法与传统的轧胚浸出法相比,在浸出设备的生产能力、油脂浸出速度、能耗、溶剂料胚比以及油品质量等方面有许多优越之处[20]

4.3饲料行业中的应用

挤压膨化技术应用于饲料工业主要用于生产加工宠物食品、反刍动物蛋白补充料的尿素饲料等。它在加工特种动物饲料、水产饲料、早期断奶仔猪料及饲料资源开发等方面具有传统加工方法无可比拟的优点[21]饲料在挤压膨化过程中一些天然的抗生长因子(大豆中的胰蛋白酶抑制因子)和有毒物质(棉籽中的棉酚、田菁籽中的生物碱与鞣质等)被破坏,导致饲料劣变的酶被钝化或失活[22,23],使饲料的一些质量指标得以提高;另一方面,毒性成分的减少

提高了蛋白酶的消化率,蛋白质利用得到明显改善,饲料的适口性更好。

4.4酿造生产中的应用

谷物膨化后,淀粉及蛋白质等大分子物质发生降解,糊精、还原糖和氨基酸等小分子物质含量增加[24],脂肪含量大大降低,这样的变化对发酵作用较为有利。同时,可溶性的小分子物质在发酵初期可供给酵母足够的营养成分,加快了发酵进程。利用挤压膨化原料生产食醋,原料出品率提高40%～ 50%,酒母和曲的用量减少,发酵时间比传统工艺缩短10d左右,经济效益显著增加[25]。

5挤压膨化技术的现状及解决办法

由挤压膨化技术生产出来的膨化食品出现过很多问题。最普遍的导致膨化食品不合格的直接原因就是调味料问题。由于膨化食品加工工艺的特殊性,都要经过高温甚至高压,半成品在微生物指标上是没有问题的,而在添加各种风味的调味料之后,微生物指标骤增甚至超标,可见调味料直接影响了产品的质量[26]。其次,在膨化小食品的加工过程中,由于加了不合适的食品添加剂,如含铝的膨松剂等,会使产品的铝含量过高。有的接触了有铅和锡的合金,在高温的情况下,这些铅就会汽化,可能会污染膨化的食品[27]。还有一个铝的来源尚未引起广泛重视,那就是人工合成的食用色素,如苋菜红、胭脂红、诱惑红、柠檬黄、日落黄、亮蓝等和它们的铝色淀(水溶性色素沉淀在氧化铝上制备的着色剂)[28]。另外,还存在有些加工点卫生状况极差,部分食品在不良情况下的酸腐变质等问题。以上问题只要有完善的市场管理监督体制,生产厂家严格执行食品卫生管理方法,采用科学的生产工艺,这些问题都是可以避免的。目前来讲,膨化食品的总体质量是过关的。只要消费者在购买时选择正规厂商、保质期内的产品,完全可放心食用。

6挤压膨化技术的前景

从世界饮食发展潮流来看，挤压膨化加工食品在人们的日常消费中占据着重要地位，它有着许多食品加工手段不可比拟的优势。[29]近几年来，发达国家已把蒸煮挤压食品单列为一大类食品，且渗透到许多食品加工中，如膨化后的大米可进一步制作主食面包、蒸制品和炸制品等；将玉米挤压膨化后粉碎，加入面包中，使面包具有特殊的口感和香味。在美国、日本及西欧一些国家的食品业中，几乎随处可见到挤压食品或挤压半成品。另外，许多国家还纷纷在谷物早餐和快餐中添加适量的花粉和胡萝卜素、海藻粉和各种蔬菜粉等，通过挤压膨化后，制作适合不同人群消费的强化食品。相信食品挤压膨化加工技术在不久的将来会给