食品粮油加工-挤压膨化食品的生产

第八章挤压膨化食品的生产膨化技术作为一种新型食品生产技术，正逐步在食品工业中，特别是在休闲膨化小食品的生产中得到广泛的应用。作为一种休闲食品，膨化食品深受消费者尤其是青少年的喜爱和欢迎。在自诩为小吃食品王国的美国，各种休闲食品的年销售额高达50亿美元，其中30%为马铃薯片。可以肯定，膨化食品的生产具有十分广阔的前途和发展前景。膨化技术在我国有着悠久的历史，我国民间的爆米花及各种油炸食品都属于膨化食品，但应用现代膨化技术生产膨化食品的时间并不长。由于生产厂家对膨化食品的研究开发工作不够重视，造成风味单调、品种较少，远不能满足生活水平日益提高的人们的需求。因此，大力发展膨化技术并加快它在食品生产中的应用步伐，从而促进我国食品工业的发展是目前食品科学工作者需着重考虑的一个课题。膨化食品图片本章学习内容第一节概述第二节食品挤压膨化生产的基本理论第三节膨化食品的生产1、膨化食品:谷物或蛋白质等原料经加工后体积膨胀许多倍,内部组织成为多孔、疏松的海绵状结构的食品。食品膨化的方法：第一节概述一、挤压与膨化食品急热使水分急速气化膨化高压加热中突然降压2、挤压食品:食品物料在压力作用下，定向地通过一个模板，连续成形地制成的熟或半熟、膨化或非膨化食品，称为“挤压食品”。3、挤压膨化食品:利用挤压作用，一次性完成原料的熟化、破碎、杀菌、预干燥和膨化成型等工艺制成的食品4、膨化食品、挤压食品、挤压膨化食品的关系膨化食品油炸膨化食品焙烤膨化食品挤压膨化食品挤压食品挤压非膨化食品……二、挤压膨化食品发展简史塑料制品的挤压加工→活塞式或柱塞式灌肠机→单螺杆挤压蒸煮机（1936年，膨化玉米圈）→双螺杆挤压蒸煮机→多螺杆挤压蒸煮机等日本在第二次世界大战期间，就用挤压方法加工米、麦，作为军粮。20世纪40年代末期，挤压机的应用在食品领域中进一步扩大：方便食品、小吃食品、断奶制品、儿童营养米粉等；美国用挤压式膨化机生产出小学生课间食品。应用HTST挤压机对食物进行有效热处理、杀菌、钝化酶活力；挤压快餐食品迅速发展起来；挤压加工技术应用领域由单纯生产谷物食品，发展到生产家畜饲料、鱼类饲料、植物组织蛋白等；对挤压机的结构设计、工艺参数和挤压过程机理也进行了研究。60年代中期，挤压机进一步发展完善：研究各种谷物及蛋白类食物在挤压过程中发生的一系列变化，以及挤压食品的营养与吸收问题。挤压技术在新领域中的应用又有了扩展，如应用于水产品、仿生制品、调味品、乳品、糖果制品、巧克力制品、方便面等食品的加工。70年代，许多国家纷纷展开挤压机理的探讨：目前，国外挤压食品已成为单独一大类方便食品：有主食类、早点类、儿童食品、各种小食品等方便食品。美国的挤压膨化食品年产值达到了十几亿美元，畅销世界各地。日本在1979年生产的挤压膨化食品种类有几百种之多，年产量14.6万吨。我国：有悠久历史——爆米花。从70年代中期开始进行研究，1982年无锡轻工大学从法国Clextral公司引进一台BC-45双螺杆挤压机进行挤压技术的研究。近几年来，我国用挤压方法生产食品得到了很大的发展。挤压膨化食品朝着高效节能、产品风味多样化、美味化方向发展。三、挤压膨化食品的分类1、根据原料和加工过程分（1）直接膨化食品-----爆米花、爆薯片、爆豆子原料（谷物、薯类、豆类）→膨化→调味（2）膨化再制食品-----面包、饼干、糕点原料→膨化→粉碎→再制三、挤压膨化食品的分类2、根据最终产品的膨化度分（1）轻微膨化食品-----通心面条、豆筋（2）半微膨化食品-----植物组织蛋白、锅巴（3）全膨化食品-----玉米膨化果、麦圈3、根据加工食品用的主要原料分（1）淀粉质挤压食品如用大米、玉米等谷物加工的（2）蛋白质挤压食品如用脱脂大豆、脱脂棉籽加工的（3）脂肪质挤压食品如用全脂大豆等加工的三、挤压膨化食品的分类4、根据生产食品的性状分（1）小吃食品-----麦圈、锅巴（2）面食类-----空心面条、豆筋（3）快餐食品-----早餐谷物、快餐粥5、根据风味和形状分风味:甜、咸、辣、咖喱等形状：条形、圆形、环状等三、挤压膨化食品的分类根据GB17401-2003分类膨化食品按生产工艺的不同分为2类：（1）油炸型膨化食品。原料经过食用油脂煎炸或用调味的植物油喷洒、浸渍和干燥等方式而制成的膨化食品。（2）非油炸型膨化食品。原料经膨化器加温(调整水分)、挤压、焙烤和调味(或不调味)而制成的膨化食品。三、挤压膨化食品的分类根据GB/T22699-2008划分膨化食品可分为5种类型。(1)焙烤型膨化食品。以谷类、薯类或豆类为主要原料,经焙烤、焙炒或微波等加热方式膨化而成。如雪米饼膨化食品等；根据GB/T22699-2008划分膨化食品可分为5种类型。(1)焙烤型膨化食品。以谷类、薯类或豆类为主要原料,经焙烤、焙炒或微波等加热方式膨化而成。如雪米饼膨化食品等；(2)油炸型膨化食品。以谷类、薯类或豆类等为主要原料,经食用油煎炸膨化而制成。如炸玉米脆膨化食品等。(3)直接挤压型膨化食品。以谷类、薯类或豆类,经挤压机挤压,在高温、高压条件等为主要原料下,利用机内外的压力差,使产品膨化而制成。如挤压型膨化玉米条等。(4)花色型膨化食品。以焙烤型、油炸型或直接挤压型膨化食品为坯子,用油脂、酱料或果仁等辅料夹心或涂层而制成。如乐芙球膨化食品等。(5)其他型。采用微波、气流或真空等方式膨化制成的膨化食品，如微波爆米花等。四、挤压膨化加工及产品的特点1、挤压膨化加工的特点挤压食品的加热、熟化和挤压成形是在一台挤压机内，用很短的时间几乎是同时完成的。食品在被挤出模头时，由于压力的突然下降，水蒸汽迅速膨胀和散发，使产品形成多孔结构。挤压过程中特殊加热、加压方式，能对食品产生有利影响，如使食品的可消化性、速食性、灭霉率等趋于最大应用范围广工艺简单、成本低设备结构简单，操作容易设备投资少，收益快所以发展得非常迅速，并表现出了极大的生命力。2、挤压膨化技术的优点3、挤压膨化食品的特点产品营养素损失少，消化吸收率高---膨化时间3～5秒---大米膨化食品，蛋白质消化率76→84%食用快速方便----不易回生食品风味好，用途广产品卫生水平高，贮存性能好---高温高压条件下进行---水分含量低于10%四、挤压膨化加工及产品的特点优点回生现象糊化后的淀粉，在保存放置期间，慢慢失水，淀粉分子之间重新形成氢键而相互结合在一起，由糊化后无序的分子排布状态重新变为有序的分子排布状态，即α-淀粉β化。经挤压后，由于在加工过程中的高强度的挤压、剪切、摩擦、受热作用，淀粉颗粒在水分含量较低的情况下，充分溶胀、糊化和部分降解，再加上挤出模具后，物料由高温、高压状态突变到常压状态，便发生瞬间的“闪蒸”，这就使糊化之后的α-淀粉不易恢复其β-淀粉的颗粒结构而仍保持其α-淀粉分子结构，故不易产生“回生”现象。缺点：1、高脂肪、高热量、高盐、高糖、多味精，属“四高一多”食品；2、容易造成饱腹感，影响正常饮食。在利用膨化工艺进行加工食品时，应尽量避免单一的制造膨化食品，而是要充分利用膨化工艺对食品原料性状的改善作用。第二节食品挤压膨化生产的基本理论挤压加工方法是借助挤压机螺杆的推动力，将物料向前挤压，物料受到混合、搅拌和摩擦以及高剪切力作用，使得淀粉粒解体，同时机腔内温度压力升高(温度可达150～200℃，压力可达到1MPa以上)，然后从一定形状的模孔瞬间挤出，由高温高压突然降至常温常压，其中游离水分在此压差下急剧汽化，水的体积可膨胀大约2000倍。膨化的瞬间，谷物结构发生了变化，它使生淀粉(β-淀粉)转化成熟淀粉(α-淀粉)，同时变成片层状疏松的海绵体，谷物体积膨大几倍到十几倍。一、挤压加工基本原理一种挤压膨化食品的温度、时间变化曲线1）是一个高温高压的过程；2）可较方便地调节挤压过程的压力剪切力，作用和时间；3）可将挤压过程应用于某些需高温高压的生化反映过程；大多数的食品挤压机是将加热、蒸煮与挤压成型两种作用有机地结合起来，使原料经挤压机后，成为具有一定形状和质构的熟化或半熟化的产品。二、挤压膨化的过程挤压加工过程示意图1、加料输送段2、压缩熔融段3、计量均化段挤压过程可分为三阶段：挤压过程可分为三阶段：当疏松的食品原料从加料斗进入机筒内时，随着螺杆的转动，沿着螺槽方向向前输送，称为加料输送段。由于受到机头的阻力作用，固体物料逐渐压实，又由于物料受到来自机筒的外部加热以及物料在螺杆与机筒的强烈搅拌、混合、剪切等作用，温度升高、开始熔融，直至全部熔融，称为压缩熔融段。由于螺槽逐渐变浅，继续升温升压，食品物料得到蒸煮，出现淀粉糊化，脂肪、蛋白质变性等一系列复杂的生化反应，组织进一步均化，最后定量、定压地由机头通道均匀挤出，称为计量均化段。挤压膨化过程示意图三、挤压机的分类1、按照挤压过程剪切力2、按照挤压机受热方式3、按照螺杆根数4、按照螺杆转速分为高剪切力挤压机和低剪切力挤压机。1、按挤压过程剪切力的高低分类（1）高剪切力挤压机：1）挤压过程中能够产生较高剪切力的挤压机;2）螺杆上常带有反向螺杆;3）作业性较好，可方便地生产出多种挤压产品。4）常具有较高转速和较高挤压温度。5）适于简单形状产品的生产。（2）低剪切力挤压机：1）生产过程中的剪切力较低；2）主要作用在于混合、蒸煮、成型；3）适合湿软的动物，鱼类饲料或高水分产品的生产；4）适合形状复杂的产品；5）适合低剪切力挤压机加工的物料。1、按挤压过程剪切力的高低分类2、按挤压机的受热方式进行分类分为自热式挤压机和外热式挤压机。（1）自然式挤压机：1）挤压中的热量来自物料与螺杆，物料与机筒间的摩擦；2）挤压温度受生产能力，水分含量。物料粘度，环境温度，螺杆转速等多方面因素的影响，故温度不易控制，偏差较大；3）设备一般只有较高转速，转速可达500~800r/min；4）可用于小吃食品的生产，产品质量不易稳定，操作灵活性小，控制困难；（2）外热式挤压机：1）靠外部加热的方式提高挤压机筒和物料的温度；2）加热方式有蒸汽加热，电加热，电热丝加热，油加热等方式；3）还有等温式挤压机和变温式挤压机；（3）自然式挤压机一般是高剪切力挤压机，外热式则既可是高剪切力的，也可是低剪切力的。2、按挤压机的受热方式进行分类单螺杆挤压机：借螺杆和机筒对物料的摩擦来输送物料双螺杆挤压机：两对相互连续啮合的反向或同向旋转的螺杆靠正位移原理强制输送物料，使物料在机内分布均匀多螺杆挤压机3、按螺杆的根数分类螺杆挤压原理：1）螺杆上的螺旋推挤可塑性物料向前运动；2）物料在出口模具的背后受阻形成压力；3）螺杆的旋转和摩擦生热及外部加热，使物料在机筒内受到高温高压剪切力的作用，最后从摸孔中挤出。1）单螺杆挤压机由圆筒形腔体和在其中旋转的螺杆组成。为了实现不同的使用目的，螺杆和腔体都可以设计成为逐渐变细的形状；然而，大多数单螺杆挤压机的几何形状为圆柱形。物料的流动是在螺杆和腔体之间的通道中沿着腔体的轴向作螺旋运动。为了适应不同的物料，并考虑到便于制造和维修，常将螺杆加工成几段，按需要加以拼接，相应地机筒也可以加工成几段。1）单螺杆挤压机为了使物料在机筒内承受逐渐增大的压缩力，常将螺杆与机筒配合为如下三种型式：结构简单，制造方便、这种配合方式，应用较为广泛。机筒呈圆锥形，因此机筒制造困难，因此很少采用。螺杆制造较为方便，在单螺杆食品膨化机上应用也较多。与单螺杆挤压机相比它显得略微复杂了一些，双螺杆挤压机的设计具有更多的可选择性。改变螺杆的类型和设计可使各种操作在同一个挤压机腔体内进行。2）双螺杆挤压机双螺杆食品膨化机是由料斗、机筒、两根螺杆、预热器、压模、传动装置等部分组成。其主要工作部件是机筒和一对相互啮合的螺杆。两根螺杆的啮合型式，可以分为非啮合型、部分啮合型和全啮合型。2）双螺杆挤压机啮合型双螺杆根据两根螺杆的旋转方向，可分为同向旋转和反向旋转两种，见下图。目前大部分双螺杆食品膨化机采用同向旋转方式。2）双螺杆挤压机SPJ-40双螺杆挤压机（华南农业大学研发）螺杆构造可调整的螺旋组合