原料主要化学组成对挤压膨化工艺性能的影响

原料主要化学组成对挤压膨化工艺性能的影响采用挤压机加工畜禽饲料与水产饲料已被越来越多的饲料生产厂家认可，特别是在水产饲料加工业，挤压机已不仅用来加工浮性饲料（例如蛙料、海水鱼料），还被有些厂家用来加工沉性饲料（例如对虾饲料）。挤压机最初是应用于化工行业例如塑料挤出，后来用于食品加工业，例如生产膨化小吃食品，速食面条等，用在饲料加工业在国外是近三十年的事情，在国内只是近十年的事情，在水产饲料业，国内的技术水平严格讲还在起步阶段。挤压加工主要可分为挤压蒸煮与挤压膨化，国内饲料业通常习惯称挤压机为膨化机，实际上在饲料工业也主要是应用挤压机的挤压膨化作用。对于水产饲料行业，利于这一工艺可生产浮水料，也可生产沉水料，只不过控制膨化的程度有所不同，例如浮水料的膨化度在50%以上，而沉水料只有10%左右。做好饲料生产中挤压膨化工艺段的工艺控制需要考虑的因素很多，很难一慨而论，组成一个饲料配方的原料也多种多样，成分也相对较复杂，这些成分在挤压机内的变化确切讲是很难进行科学统计，本文只对一些重要组分可能会对挤压产品的性能产生的影响作一简单描述，希望对饲料生产厂家在解决具体问题时有一点启发。1.蛋白质水产饲料的蛋白质含量普遍较高，例如蛙料，海水鱼料，对虾料的蛋白含量平均高达40%45%，因此蛋白的影响十分重要，在膨化饲料中蛋白组分主要影响产品的弹性与产品的持气能力。而蛋白质组分从工艺学角度讲，具有的功能性主要包括：吸水与持水性，粘弹性，在挤压膨化过程中，蛋白分子受热与压力展开，形成气囊薄壁，包埋在糊化的淀粉中，形成产品的峰窝结构。设计水产饲料配方，基于经济性与营养性两方面考虑，通常将植物蛋白与动物蛋白搭配使用，植物性蛋白相对于动物性蛋白，可溶性氮指数（NSI）较高，吸水与持水能力较强，植物蛋白中最有代表性有大豆蛋白与小麦面筋蛋白，生产膨化饲料时，小麦面筋蛋白是所有蛋白质中在出模时膨胀性能最好的蛋白质。与淀粉质和植物性蛋白不同的是动物性蛋白例如鱼粉相对而言，对产品粘弹性与膨化性能的贡献要稍小，这主要可能与动物蛋白原料在加工时，烘干方式有关，但一些喷雾干燥的动物性产品如喷干血粉，它的功能性较好。判别动物蛋白与植物蛋白功能性优劣的最方便的方法是测定比较可溶性氮指数高低。有关蛋白质的挤压过程以后将专门另文发表。2.淀粉质淀粉是水产饲料中最主要的碳水化合物形式，主要作为粘合剂，能源，提供产品的膨化性能，对于挤压膨化饲料加工，配方中淀粉的用量除了要从营养学角度考虑外，还要结合所希望的产品膨化性与容重，显然提高产品中淀粉的量将降低产品的密度，有利于产品的膨化性能，膨化度一定时淀粉用量还受配方中蛋白来源与用量的影响，对工艺学而言是最重要的一个组分。在淀粉挤压加工中，普通淀粉与变性淀粉相比，普通淀粉更易膨化，而变性淀粉膨胀性较少，采用变性淀粉可控制成品的峰窝结构，水合速率，持油量。普通淀粉的主要来源有谷粒，淀粉质块根。不同淀粉来源，不同直链淀粉与支链淀粉组成之淀粉糊化以及形成的凝胶性质不同。玉米，高梁淀粉形成的凝胶较硬，而小麦淀粉形成的凝胶粘度较低，结构较软，支链淀粉较多的糯性淀粉形成的淀粉糊粘度较低。玉米淀粉比木薯淀粉更易糊化与挤出，膨化产品的表面质量也更好。马铃薯，木薯淀粉中直链淀粉分子量相对较大，淀粉粒几何直径相对较大，因此可形成粘度很大的凝胶体，但淀粉糊较其它谷物淀粉易于破坏，淀粉组成中支链淀粉多，利于糊化，直链淀粉多或块茎类淀粉多，产品硬度增加，膨化性能下降，水溶度指数与吸水指数随直链淀粉含量增加而增加，直链淀粉易使挤出物光亮，表面与组织结构均匀。不同挤压温度对不同来源淀粉的影响也不一样，对于谷类淀粉通常有70%左右支链淀粉，30%左右直链淀粉，谷类淀粉在挤压温度170C200C之间，膨胀率最大，挤压温度135C时，玉米淀粉与大米淀粉糊性质相似，小麦淀粉糊化度与膨胀率高，其它性质如产品吸水指数以及对-淀粉酶敏感性相似，225C，玉米淀粉吸水指数，淀粉糊最终粘度比大米淀粉以及小麦淀粉低。淀粉在挤压中的糊化是低水分糊化，糊化程度与螺杆转速相关，螺杆转速影响剪切速率，物料在机内停留时间，物料的温度，螺杆转速增大，淀粉糊化度有下降趋势，相对而言，螺杆转速主要影响挤压机的产量。挤压物料水分不仅起到发泡剂的作用，也起到塑化剂的作用，改善物料的流动性，通过改变含水率可调整挤压加工过程，如产量、功耗、产品的膨化性能等，对玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉的研究表明，水分含量增大，膨化性能下降，相对而言，水分最主要影响产品的膨化性能。模孔直径下降，或模孔开口面积减小，物料在机腔内停留时间延长，糊化度也增加。3.脂肪脂肪作为润滑剂降低机械能输入，减少堵塞，防止淀粉老化凝胶提前。脂肪含量8%时，削弱挤压面团的延伸性，降低膨化度，降低面团筋力，产品强度，并容易包被淀粉从而影响产品的吸水力。在挤压机腔内高温高压作用下，脂肪可与淀粉形成复合体，这一过程主要受温度与水分影响，挤压温度小于100C时，温度增加，脂肪淀粉复合体增加；挤压温度大于100C，温度增加，脂肪淀粉复合体下降，水分增加，脂肪淀粉复合体下降，而脂肪淀粉复合体数量的增加可使产品膨化率增加。其它还有很多因素，例如外源乳化剂可影响产品的组织结构，组织密度等，限于篇幅，将在以后的类似文章中加以论述。