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食品质构调整----挤压膨化、气流膨化技术主讲人：林向阳福州大学生物科学与工程学院一挤压膨化的定义食品挤压膨化概括地说就是将食品物料置于挤压机的高温高压状态下,然后突然释放至常温常压中,使物料内部结构和性质发生变化的过程。二挤压膨化的原理•当物料通过供料装置进入套筒后,利用螺杆对物料的强制输送,通过压延效应及加热产生的高温、高压,使物料在挤压筒中被挤压、混合、剪切、混炼、熔融、杀菌和熟化等一系列复杂的连续处理胶束即被完全破坏形成单分子,淀粉糊化,在高温和高压下其晶体结构被破坏,此时物料中的水分仍处于液体状态.当物料从压力室被挤压到大气压力下后,物料中的超沸点水分因瞬间的蒸发而产生巨大的膨胀力,物料中的溶胶淀粉体积也瞬间膨化,这样物料体积也突然被膨化增大而形成了疏松的食品结构.挤压膨化的原理挤压机剪切力高低受热方式螺杆根数高剪切力低剪切力自热式外热式单螺杆双螺杆多螺杆双螺杆膨化机宠物食品生产线•工艺流程:拌粉机→双螺杆膨化主机→高提升→五层烤箱→喷油机→八角桶夹心米果生产线工艺流程：拌粉机→双螺杆膨化主机→夹馅机→多功能整形机→高提升机→五层烤箱→八角桶调料机→喷油机麦烧生产线•工艺流程：拌粉机→双螺杆膨化主机→多功能整形机→高提升→五层烤箱→喷油机→八角桶锅巴生产线•工艺流程：拌粉机→双螺杆膨化主机→多功能整形机→自动油炸机→八角桶双螺杆挤压机的特点1.强制输送2.混合作用3.自洁作用4.压延作用四挤压膨化技术的运用1.在休闲食品加工中的应用膨化食品是将挤压技术应用于食品加工中最先获得成功的产品。以大米、玉米等谷物类及薯类为主要原料,经挤压蒸煮后膨化成型成为疏松多孔状产品,再经烘烤脱水或油炸后,在表面喷涂一层美味可口的调味料.在休闲食品加工中的应用另一类为膨化夹心小吃食品,是通过共挤压膨化制成,即谷物类物料在挤压后形成中空的管状物,管中可充填馅料。膨化食品的特点1.不易产生“回生”现象2.营养损失少，食物易消化吸收3.产品口感细腻4.风味好、食用方便5.产品卫生水平高，保存性能好2.挤压膨化在油脂浸出中的应用当油料料胚在挤压膨化过程中受到高温、高压、高剪切的作用,油料被混炼、熔融,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,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.3.挤压膨化在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,脂肪含量大大降低,这样的变化对发酵作用很有利.同时,物料经挤压后呈片状或蜂窝状结构,体积膨胀,增大了与酶的接触面积,因而加快了酶和酵母的作用进程,减少酶及酵母用量,缩短发酵周期.4.挤压膨化在在饲料生产上的应用利用挤压膨化大豆粉、鱼粉、羽毛粉等饲料蛋白资源以及鸡粪、动物内脏废弃物和某些农副产品等饲料原料进行挤压加工。在挤压膨化过程中一些天然的抗生长因子和有毒物质被破坏,导致饲料劣变的酶被钝化或失活,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。5.在组织化植物蛋白生产上的应用组织化植物蛋白的生产是利用含植物蛋白较高的原料,如大豆、棉籽等,通过挤压、剪切作用后,蛋白质分子的三级结构被破坏,形成相对呈线性的蛋白质分子链,在一定的温度和水分下,由于受到较高剪切力和螺杆定向流动的作用,当被挤压经过模具出口时,蛋白质分子成为类似纤维状的结构。五影响挤压膨化品质的因素1.物料成分对挤压膨化品质的影响⑴脂肪含量研究表明,脂肪在挤压过程中,能够与淀粉和蛋白质形成复合物。这些复合物既能降低产品在保存时的氧化现象,延长货架期,还能改善产品的质构和口感．在食品挤压膨化中,产品的膨化度随着脂肪含量的增加而增大。⑵蛋白质含量高温、高压、高剪切作用使蛋白质的分子结构发生伸展、重组,分子表面的电荷重新分布,分子间氢键、二硫键部分断裂,导致蛋白质变性,但蛋白质的消化率明显提高.蛋白质含量较高的原料在挤压时膨化程度较低。⑶淀粉含量用于挤压的物料成分中70%是淀粉,淀粉在挤压过程中的糊化是一个低水分状态下的糊化过程。在此过程中,淀粉糊化程度与螺杆转速(剪切、挤出时间)、温度、水分含量有十分密切的关系。粗略地说,转速增加会使降解程度增大;温度高、水分含量低时,产品糊精化现象显著,有研究认为:降解度和糊精度高会使产品产生粘牙感。⑷膳食纤维随着人们生活水平的不断提升,膳食纤维作为第七大营养元素不断被人们认同。在谷物挤压食品中,添加适量的膳食纤维,不但可以防止肥胖症,还可改善产品的质地和口感。但膳食纤维的添加量直接影响着挤压机的压力、扭矩及产品膨化度。具体影响见下图。膳食纤维与三者关系2.水分对挤压膨化品质的影响由于粘性与磨擦的影响,在挤压与剪切淀粉、蛋白质等聚合物时,需消耗大量的单位机械能(ＳＭＥ)。作为聚合物增韧剂的水,可以减少物料之间的相互作用力,并使得所需机械能下降,但水分的添加须在湿基为5%～12%之间比较适合。现以不同水分含量的三个实验为例进行说明。不同的水分添加量在挤压过程中的动力学反应3.螺杆转速对挤压膨化品质的影响在食品的挤压膨化过程中,螺杆的转速起着十分关键的作用。转速加快,导致温度增加,滞留时间下降,扭矩降低,膨化度加大,产品色泽变浅。不同的早餐谷物配方,对螺杆转速要求也不相同,现以不同的三个实验对螺杆转速的影响进行说明.不同的螺杆转速在挤压过程中的动力学反应4.喂料量对挤压膨化品质的影响在谷物挤压膨化中,不同的模具,喂料量要求不同。在使用同一个模具时,在其它条件不变的情况下,喂料量加大,则压力增大,膨化度降低,色泽变深,影响产品的口感及质地.现以不同的三个实验的要求喂料量为例进行说明。不同的喂料量在挤压过程中的动力学反应六挤压膨化将来改进的方向1.加强对挤压机理的深入研究2.加强对物料特性对挤压性能的影响3.实现挤压膨化过程自动控制4.采用新技术,开发低能耗产品5.改进挤压膨化机的结构设计气流膨化一气流膨化的原理气流膨化与挤压膨化的原理基本一致，即原料在瞬间由高温、高压突然降到常温、常压、原料水分突然汽化，发生闪蒸、产生类似“爆炸”的现象.由于水分的突然汽化、闪蒸使原料呈现海绵状结构，体积增大几倍至几十倍，从而完成原料的膨化过程。气流膨化系统及预处理1.气流膨化系统气流膨化系统主要是由压力罐和一个体积比压力罐大5—10倍的真空罐组。2.原料的预处理原料经过压力罐之前须经过预干燥,直致水分含量恒定、均匀为止。气流膨化的流程简介1.将预处理好的原料置于压力罐内,加热使原料水分不断蒸发,罐内压力不断上升.2.当原料温度上升到超过100度,即水蒸气处于过热状态,此时迅速打开连接压力罐和真空罐的减压阀.由于压力骤降使物料内部水分闪蒸，导致果蔬表面形成均匀的蜂窝状结构.气流膨化的流程简介3.在负压状态下维持加热脱水一段时间，直至达到所需的水分湿含量，停止加热，使加压罐冷却至外部环境温度时破除真空，打开盖、取出产品进行包装，即得到膨化产品。气流膨化的设备1.电加热式气流膨化机2.过热蒸汽加热式气流膨化机3.连续带式气流膨化机4.气流输送式连续气流膨化机5.流化床式连续气流膨化机挤压膨化和气流膨化的不同点1.加热方式挤压膨化具有自热式和外热式；气流膨化的热量全部靠外部加热，其加热方式可以采取过热蒸气加热、电加热、直接明火加热.2.高压的形成方式•挤压膨化高压的形成是物料在挤压推进过程中,螺旋与套筒间的空间结构的变化和加热时水分的汽化及气体膨胀所导致。•气流膨化高压的形成是靠密闭容器中加热时水分的汽化和气体的膨胀所致。3.膨化对象及膨化过程受力作用•挤压膨化的过程当中，物料会受到剪切、摩擦作用，产生混炼与均质的效果。气流膨化的过程中，物料没有受到剪切、摩擦作用。•挤压膨化适合的对象原料可以是粒状的，也可以是粉状的；而气流膨化的对象原料基本是粒状的。4.使用范围•挤压膨化不适合水分含量和脂肪含量高的原料的生产,而气流膨化则不受影响.•挤压机可用于生产小吃食品、方便营养食品、组织化食品等多种产品。但是，气流膨化设备目前一般仅限于小吃食品的生产。参考文献１．高福成等现代食品工程高新技术中国轻工业出版社２．林勉等食品膨化技术及其运用食品与发酵工业第２５卷第３期３．王石瑛挤压膨化技术及其应用西部粮油科技２０００年第２５卷第３期４．张敏等挤压膨化加工对食品中营养成分的影响北方园艺2003(3):63～64５．李丽娜挤压技术在食品工业中的应用哈尔滨商业大学学报2004年4月第20卷第2期６．沈正荣挤压膨化技术及其应用概况食品与发酵工业第２６卷第５期７．赵林华影响食品挤压膨化品质的因素及对策食品与设备２００３年第３期８．石启龙等气流膨化果蔬脆片技术山东食品科技２０００年第四期９．王荣梅等气流膨化空心脆枣的研制工艺技术２００４年２５卷第四期谢谢！THANKYOU!技术发展食品蒸煮挤压加工概况•谷物食品的传统加工工艺一般需经粉碎、混合、成型、烘烤或油炸、杀菌等生产工艺，每套工序均需配备相应的设备，生产流水线长，占地面积大，劳动强度大。而采用挤压技术来加工谷物食品在原料经初步粉碎和混合后，即可用挤压机一步完成混炼、熟化、破碎、杀菌、预干燥、成型等工艺，再经烘干、调味后即可上市销售。•1936年，世界上第一台应用于谷物加工的单螺杆蒸煮挤压机问世，•40年代末，食品蒸煮挤压加工技术在食品工业上的应用领域得以较快拓展，种类繁多的方便食品、休闲食品、儿童营养食品等挤压食品相继问世，美国利用挤压式膨化机生产出的小学生课间食品，深受欢迎;•50年代到60年代，迅速发展起来的食品蒸煮挤压加工技术，其应用领域由单纯的生产谷物食品，发展到生产家畜饲料、水产饲料、植物组织蛋白等领域。•到了本世纪70年代，许多发达国家纷纷展开挤压机理的探讨，研究了各种淀粉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等问题.技术发展食品蒸煮挤压加工概况•目前，美国、日本及西欧等国家对挤压技术的理论研究越来越完善，应用领域越来越广阔，各种各样的挤压食品遍步超市货架。美国生产的大型蒸煮挤压机生产能力已达每小时几吨至十几吨，有关挤压技术和设备的专利已达百余项，挤压产品遍及世界各地，仅挤压膨化食品年产值达十几亿美元。由于食品工业日新月异的发展，挤压设备的不断改进，挤压理论的不断完善，挤压食品在消费者中的地位也越来越重要。技术发展食品蒸煮挤压加工概况食品蒸煮挤压加工技术的特点•通过蒸煮挤压加工生产的食品，营养损失少，容易被人体消化吸收。由于蒸煮挤压过程是一个高温短时（HTST）的加工过程，原料受热时间短，食品中的营养成分受破坏程度小；蒸煮挤压过程使淀粉、蛋白质、脂肪等大分子物质的分子结构均不同程度发生降解，挤压膨化食品多孔的疏松质构有利于消化酶的作用，因而使产品易消化吸收。如：通过挤压膨化的大米产品的蛋白质消化率为83.84%，而经过煮熟的大米产品其蛋白质消化率仅为75.95%。•通过蒸煮挤压的食品不易产生“回生”现象，便于长期保存。采用传统的蒸煮方法加工的谷物食品其糊化后的淀粉，在保存期间，会慢慢失水，淀粉分子之间会重新形成氢键而相互结合在一起，由糊化后的无序分子排布状态重新变为有序的分子排布状态，即α--淀粉?--化（俗称“回生”现象）。利用蒸煮挤压技术加工的谷物食品，由于在加工过程中受到高强度的挤压、剪切、摩擦、加热作用，淀粉颗粒在水分含量较低的情况下，充分溶胀、糊化、部分降解，以及物料在挤出模具后，由高温高压状态突降到常温常压状态，发生瞬间“闪蒸”，这样就使得糊化后的α--淀粉不易恢复其?--淀粉的颗粒结构，所以不易产生“回生”现象。食品蒸煮挤压加工技术的特点•利用蒸煮挤压技术加工的产品口感好，改善了产品的风味。谷物中含有的纤维素、木质素等，虽然不能被人体所吸收，但具有促进大肠蠕动，降低胆固醇等生理功能。通过蒸煮挤压加工之后，这些成分被彻底微粒化，并且产生了部分分子降解和结构变化，使水溶性增强，避免了这些成分口感粗糙、难以直接食用的特点。目前世界上正兴起利用挤压技术生产膳食纤