氣流膨化工藝

第十章食品質(zhì)構(gòu)調(diào)整技術

氣流膨化

氣流膨化是以空氣為加熱介質(zhì)，利用水的瞬時相變及空氣壓力的變化，使原料在瞬間由高溫高壓變?yōu)槌爻籂顟B(tài)，原料內(nèi)的水分突然汽化、閃蒸，產(chǎn)生強大的向外膨脹力，從而成為疏松多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)，體積增大至原來的幾倍乃至十幾倍。氣流膨化所需的能量主要由外部加熱系統(tǒng)供應氣流膨化的高壓是靠密閉容器加熱時的水分汽化及空氣膨脹所產(chǎn)生的。氣流膨化所使用的原料基本上是粒狀的，其膨化過程較少受原料水分和脂肪的影響。一、氣流膨化設備電熱式氣流膨化機過熱蒸汽加熱式氣流膨化機氣流式連續(xù)膨化機流動層式連續(xù)膨化機帶式連續(xù)膨化機①保持氣密條件下的連續(xù)進料和排料②定量進料③轉(zhuǎn)動體的活塞還可以在運動時刮去附著在內(nèi)壁上的粘性物二、氣流膨化工藝原料處理（除雜）水分調(diào)整（噴水、均濕）進料加熱升溫、升壓（800℃，0.5～0.8MPa）出料膨化調(diào)味、包裝

蒸煮擠壓

擠壓技術是指物料經(jīng)預處理（粉碎、調(diào)濕、混合）后，經(jīng)機械作用強使其通過一個專門設計的孔口（模具），以形成一定形狀和組織狀態(tài)的產(chǎn)品。而作為食品加工用的擠壓成型技術，則還需具有一定形狀和結(jié)構(gòu)的熟化或半熟化的產(chǎn)品。第一節(jié)概述擠壓食品（廣義、狹義）

食品物料在壓力作用下，定向地通過一個模板，連續(xù)成形地制成的熟或半熟、膨化或非膨化食品，稱為“擠壓食品”一、擠壓食品發(fā)展簡史1900年左右出現(xiàn)間歇柱塞式通心粉擠壓機1930年前后將單螺桿擠壓機應用到面條的連續(xù)壓制上30年代后期GeneralMillsInc.首次將擠壓技術用于谷物方便食品1936年，膨化玉米果首次擠壓成功，到1946年才開始商品化40年代后期，蒸煮擠壓機有了發(fā)展50年代，擠壓蒸煮的家畜飼料得到迅速發(fā)展60年代，用單螺桿擠壓機首次進行了工業(yè)化膨化速食早餐食物的生產(chǎn)70年代，雙螺桿擠壓機被就應用到食品加工中，用擠壓機生產(chǎn)的組織化植物蛋白－－人造素肉實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)80年代歐共體和日本組織成立相應的專門研究開發(fā)機構(gòu)90年代后，世界上已有生產(chǎn)各種系列的食品擠壓機投放市場爆玉米花是我國最早的膨化食品1979年，我國研制成功食品擠壓機投放市場許多院校和研究所開始食品擠壓技術與擠壓設備的研究1986年，發(fā)表了“谷物膨化技術的研究與應用”的論文1992年，江蘇工學院(現(xiàn)江蘇理工大學)孫一源等以法國BC—45雙螺桿食品擠壓機為原形，利用相似理論研制了滿足實驗要求的小型食品擠壓機無錫輕工業(yè)學院（現(xiàn)無錫輕工大學）就玉米等食品原料在擠壓加工過程中各種因素對淀粉、蛋白質(zhì)等質(zhì)構(gòu)變化的影響，對食品風味變化的影響做了深入研究1996年，北京化工大學朱復華、林炳鑒和陳存社等人自行設計制造了可視雙螺桿擠壓機二、擠壓食品的特點不易產(chǎn)生“回生”現(xiàn)象，便于長期保存產(chǎn)品形成多孔結(jié)構(gòu)，口感細膩營養(yǎng)成分損失少，食物易消化吸收風味好，食用方便產(chǎn)品衛(wèi)生水平高，保存性能好三、擠壓加工的特點＊生產(chǎn)工藝簡單，流水線短，便于管理＊生產(chǎn)連續(xù)化，效率高，能量利用率高，原料浪費少，生產(chǎn)費用低，＊產(chǎn)品形狀多種多樣，產(chǎn)品質(zhì)量高＊易生產(chǎn)新食品，應用廣泛四、擠壓食品分類從最終產(chǎn)品的膨化度分＊幾乎未膨化食品＊輕微膨化食品＊全膨化食品經(jīng)加工食品用的主要原料分＊淀粉質(zhì)擠壓食品＊蛋白質(zhì)擠壓食品＊脂肪質(zhì)擠壓食品

以生產(chǎn)的食品性狀分＊小吃食品＊面食類＊快餐湯料類從風味、形狀上分

從風味、形狀上能分出千百種擠壓食品蒸煮擠壓的分類直接擠壓膨化食品（擠壓膨化食品）間接擠壓膨化食品（擠壓成型食品）擠壓組織化食品第二節(jié)、蒸煮擠壓的工藝原理1.直接擠壓膨化技術的工作原理

具有一定水分含量和淀粉含量的物料，在擠壓機的套筒內(nèi)受到螺桿的推動作用和卸料模具（或套筒內(nèi)的節(jié)流裝置）的反向阻滯作用，以及受到來自于外部的加熱或物料與螺桿、物料與物料、物料與套筒內(nèi)部的摩擦熱的加熱作用。其綜合作用的結(jié)果：

物料處于高達3～8MPa的高壓和200℃左右的高溫的狀態(tài)下。如此高的壓力超過了擠壓溫度下的飽和蒸汽壓，因而物料在擠出機套筒內(nèi)水分不會沸騰蒸發(fā)，在如此高溫下，物料呈現(xiàn)熔融狀態(tài)。

物料一旦經(jīng)模具口擠出，壓力驟然降低，水分急劇蒸發(fā)，產(chǎn)品隨之膨脹。水分的散失，帶走大量熱量，使物料的溫度在瞬間驟降到80℃左右，從而使產(chǎn)品固化定型，得到直接擠壓膨化產(chǎn)品。2.間接擠壓膨化技術的工作原理

原料在擠壓機內(nèi)蒸煮并在溫度低于100℃時推進通過摸板，原料面團在低溫時成型，這樣可防止物料中水分瞬間變?yōu)檎羝a(chǎn)生膨化。

原料經(jīng)過擠壓機，只是讓原料達到熟化、半熟化、組織化，以及給予產(chǎn)品一定形狀的目的。為了改善產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)品的質(zhì)地更為均一，糊化更為徹底，擠出后的半成品還需經(jīng)過一段時間的恒溫恒濕過程，然后進行后期的烘烤或油炸等工藝（產(chǎn)品的膨化工藝）3.擠壓組織化技術的工作原理

蛋白質(zhì)含量較高（50%以上）的食品原料在擠壓機內(nèi)，由于受到剪切力和摩擦力的作用，使維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的氫鍵、范德華力、離子鍵、雙硫鍵遭到破壞，隨著蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)被破壞，進而形成了相對呈線形的蛋白質(zhì)分子鏈。這些相對呈線形的蛋白質(zhì)分子鏈在一定的溫度和水分含量下，變得更為自由，從而更容易發(fā)生定向的再結(jié)合。

隨著剪切的不斷進行，呈線形的蛋白質(zhì)分子鏈不斷增多，相鄰的蛋白質(zhì)分子之間的相互吸引而趨于結(jié)合，當物料被擠壓經(jīng)過模具時，較高的剪切力和定向流動的作用，更加促使蛋白質(zhì)分子的線狀化、纖維化和直線排列。這樣，經(jīng)過擠出的物料就形成了一定的纖維狀結(jié)構(gòu)和多孔的結(jié)構(gòu)纖維狀結(jié)構(gòu)的形成給予產(chǎn)品以良好的口感和彈性；多孔的結(jié)構(gòu)給予產(chǎn)品以良好的復水性和松脆性。第三節(jié)擠壓過程和質(zhì)構(gòu)變化完整的擠壓食品加工過程擠壓機內(nèi)各階段的工作過程和質(zhì)構(gòu)變化擠壓過程中食品成分的變化擠壓食品生產(chǎn)工藝食品擠壓生產(chǎn)技術的研究開發(fā)和發(fā)展一、完整的擠壓食品加工過程原料粉碎混合預處理輸送喂料壓縮粉碎混合加熱熔融升壓切斷擠出烘干(冷卻)調(diào)味成品包裝圖2食品擠壓生產(chǎn)線設備流程圖示意圖

1－錐形混合機2－螺旋提升機3－預處理機4－雙螺桿擠壓機5－擠出模頭6－切割機7－烘干（冷卻機）8－調(diào)味系統(tǒng)9－計算機控制系統(tǒng)12345678二、擠壓機內(nèi)各階段的工作過程和

質(zhì)構(gòu)變化擠壓機內(nèi)的輸送和混合擠壓機內(nèi)食品原料的壓縮和剪切擠壓機內(nèi)食品原料的加熱和熔融擠壓機內(nèi)的均壓和擠出成形擠壓生產(chǎn)過程實際上是連續(xù)漸變的螺桿長徑比L/D小的螺桿擠壓機各段的區(qū)別就更不明顯尤其是加熱、熔融、升壓幾乎就在螺桿頂端與模頭之間的很窄的一個區(qū)域同時完成正是由于這么多工序都在一臺擠壓機內(nèi)完成，所以，擠壓加工具有占地面積小、用時短等許多優(yōu)點幾點說明1.擠壓機內(nèi)的輸送和混合輸送段螺桿上的螺旋螺距不變，螺槽深，物料在這段里只是被推動向前物料從輸送段被推進第二段內(nèi)即進入了混合破碎區(qū)，物料在此段內(nèi)除被繼續(xù)向前推動之外，還兼有攪拌作用。有的生產(chǎn)工藝還在此段加入液體輔料，與主料充分混合。這一段螺桿上的螺距比輸送段的略小，故有輕微壓縮的作用輸送和混合特點物料是以相對自由的顆粒狀匯集螺槽內(nèi)食品物料很少或沒有內(nèi)部剪切物料尚未發(fā)生任何質(zhì)構(gòu)上的變化，能量的消耗不大可以參照通常螺旋輸送機的原理和方法2.擠壓機內(nèi)食品原料的壓縮和剪切這段螺旋的變化如圖3所示壓力---溫度dA<dB<dC壓縮和剪切的特點物料繼續(xù)被推進，由于摩擦熱和剪切熱以及有的還有外熱，使物料的溫度急劇上升，部分物料開始由固態(tài)粉粒狀變成液態(tài)狀，并與固態(tài)粉粒相混合揉捏而成面團食品物料在剪切段中開始發(fā)生質(zhì)構(gòu)變化，從一種生的或沒有“煮”過的粒狀改變?yōu)榭伤苊鎴F，向熔融狀態(tài)過渡，故又稱為過渡段此蒸煮過程中由熱引起的變化蛋白質(zhì)的水合作用和變性淀粉的水合作用、膠凝作用和糊化氨基酸和還原糖的褐變反應食品原料中的抗營養(yǎng)因子、維生素和酶發(fā)生化學變化食品原料中的微生物被殺滅

壓縮和剪切的理論研究從進入壓縮剪切段(過渡區(qū))開始到熔融段(限流區(qū))，面團的粘度和其他物性變化劇烈，由開始面團粘度較大，隨著熔融的增多，粘度降低。目前難以在擠壓機中模擬計算這種復雜的變化這不僅是由于食品蒸煮的基本數(shù)據(jù)在此不適用，而且還由于至今尚不清楚“蒸煮”對食品的物理性質(zhì)的影響。3.擠壓機內(nèi)食品原料的加熱和熔融該段螺距最小、螺旋槽底徑最大，機械能轉(zhuǎn)化成熱能最多；有的還外部給予加熱；因此，在這段里壓力和溫度急劇上升，并在螺桿端頭和模頭之間的間隙處達到最大值可采用流體動力學理論研究熔融物料的輸送，主要研究螺桿如何保證食品固體物料的徹底熔融，并使之定壓、定溫和定量地從模頭擠出，以獲得制品的高質(zhì)量和穩(wěn)定的產(chǎn)量，故也把這段稱為限流段或均化段將物料作為粘性流體流動來研究弗里克(Frlcke)等將食品擠壓與熱塑料擠壓比較。在塑料工業(yè)中，自1940年以來已廣泛采用了螺桿擠壓機，以試算法和實驗觀察為基礎。40年代末，發(fā)展了多種擠壓模擬，描述了在熱塑料擠壓過程中流體和傳熱基本原理，并發(fā)展到精確模擬試驗，在食品擠壓領域中把模擬應用到實際生產(chǎn)中約是從60年代在食品實驗室開始的加熱和熔融的理論研究4.擠壓機內(nèi)的均壓和擠出成形被擠壓蒸煮的物料熔融后，在螺桿的推動下進入到均壓和成形段均壓和成形段的作用是建立一個均壓區(qū)使物料穩(wěn)定均勻地通過模頭，使擠出的產(chǎn)品成為所需要的形狀均壓和擠出成形

由于螺旋存在著一個升角θ，所以，被推出的物料在螺桿端頭出口處沿圓周形成壓力、流速與螺桿轉(zhuǎn)速同步的周期脈動變化，這種變化對具有簡單的一個出料孔的模頭的小直徑單螺桿擠壓機的工作影響不大，所以，小型擠壓機的均壓段結(jié)構(gòu)簡單，就是在螺桿端部與模頭之間的一個狹小間隙形成均壓空間，基本上保證模孔處物料的進出壓差，使擠出的產(chǎn)品符合要求，如下圖所示

圖5單螺桿小直徑擠壓機出口簡圖1-螺桿2-筒體3-模頭均壓和擠出成形對于大直徑的單螺桿擠壓機或雙螺桿擠壓機來說，模頭的?？椎臄?shù)量不止一個，孔的形狀也較復雜以保證模頭各孔的進口壓力相等，物料流速也相同為此，通常的設計方法是在螺桿的末端加均壓板即多孔板，在模頭的進孔端前加導流板，如下圖所示圖6雙螺桿擠壓機均壓形成示意圖1—螺桿2—機筒3—多孔板4—導流板5—模頭圖7平板狀分流板尺寸

圖7是一多孔板實例。物流通過多孔板之后的運動流向與軸相平行，并能使各方向的壓力均勻

圖8導流板、模孔中的物料流線示意圖在多孔板之后模板之前還有一個導流板或叫分配盤，它的作用是將物料均勻、等量地引到模板上的各出料孔1—導流板2—?？装寰鶋汉蛿D出成形?？椎臄嗝嫘螤顩Q定了擠壓食品的最終形狀?？装迳系拿總€孔的大小尺寸誤差和形狀誤差都要制做得盡量的小，這樣才能保證每個孔的流動阻力相差不大，有些形狀特殊的、復雜的孔要通過在設計時反復試算和大量試驗才能確定擠壓機工作應注意的問題

食品擠壓理論及擠壓機的試驗研究，對于擠壓機的設計與改進是極為重要的特別注意各段生產(chǎn)能力的變化，注意擠壓機各段的生產(chǎn)能力應該是相等的絕不允許出現(xiàn)qm1<qm2<

qm3<qm4的情況

qm1——擠壓機輸送段的輸送能力

qm2——擠壓機壓縮和剪切段的能力

qm3代表擠壓機熔融段的蒸煮能力

qm4代表均壓擠出成形能力三、擠壓中食品成分的變化擠壓過程中碳水化合物的變化擠壓過程中蛋白質(zhì)的變化擠壓過程中脂肪的變化1.擠壓過程中碳水化合物的變化淀粉、纖維素、葡萄糖和蔗糖等都屬于碳水化合物，它們在擠壓過程中卻又有著各自不同的變化，下面分別敘述淀粉在擠壓過程中的變化純淀粉先是由未膠化的白色逐漸變?yōu)槟z化的無色半透明體淀粉在升壓、升溫和剪切的共同作用下，大分子結(jié)構(gòu)鍵斷裂而變成了低分子，如淀粉結(jié)構(gòu)中的1—4糖苷鍵斷裂使其成為葡萄糖、麥芽糖等，而更主要的原因是在高溫、高壓下，淀粉分子發(fā)生了糊化(α化)

影響淀粉糊化度的因素幾乎與擠壓過程中所有的參數(shù)都有關：擠壓溫度物料水分含量螺桿轉(zhuǎn)速擠壓機結(jié)構(gòu)(螺桿、簡體的形狀)剪切力淀粉在擠壓機內(nèi)的滯留時間模頭出口形狀等淀粉與膨化效果直鏈淀粉含量增加，則膨化度降低有資料表明，直鏈淀粉和支鏈淀粉各占50％時，膨化效果最好纖維素在擠壓過程中變化較一致的看法是纖維素經(jīng)擠壓后，可溶性膳食纖維的量相對增加(一般增加量在3％左右)高溫、高壓再加上高剪切作用，促使纖維分子間價鍵斷裂、分子裂解和極性變化原料中的纖維素含量增加，則膨化度降低纖維素的來源、純度，均明顯影響膨化度葡萄糖、蔗糖等的變化擠壓食品物料中含有的糖成分會影響淀粉的糊化由于擠壓過程中高溫、高剪切的作用能使糖分解成羰基化合物，它同物料中的蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應，使產(chǎn)品的顏色變深2、蛋白質(zhì)在擠壓過程中的變化一在高溫、高壓、高剪切的食品擠壓機內(nèi)，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)伸展、重組，表面電荷重新分布趨向均化，分子間氫鍵、二硫鍵等部分斷裂，導致蛋白質(zhì)變性不同來源的蛋白質(zhì)物料在經(jīng)過擠壓加工后，消化率均明顯提高，蛋白質(zhì)的品質(zhì)也獲得改善，所以，擠壓加工為開發(fā)低品質(zhì)蛋白源以提高其營養(yǎng)價值提供了加工手段富含蛋白質(zhì)并可用來擠壓的原料品種很多，如脫脂大豆、濃縮大豆蛋白、菜籽蛋白、棉籽蛋白、芝麻蛋白等2、蛋白質(zhì)在擠壓過程中的變化二“人造肉”是一種用擠壓機將蛋白質(zhì)變性后的產(chǎn)品，也被稱為蛋白肉利用擠壓后蛋白質(zhì)消化率明顯提高的特點擠壓加工制造嬰幼兒食品和老年食品，是一種很好的加工手段蛋白質(zhì)在擠壓過程中能與原料中的其他成分如脂肪氧化酶等反應，影響產(chǎn)品風味3、脂肪在擠壓過程中的變化一

一般單螺桿擠壓機在生產(chǎn)時，要求原料中的脂肪含量低于12％，（有資料表明，脂肪含量大于12％以上，每增加1％，產(chǎn)品的體積質(zhì)量就增加16g／L；當脂肪含量超過22％時，原料就失去了膨化特性，因此，生產(chǎn)擠壓膨化食品的原料的含油量低才好），因為高脂肪含量的物料與簡體之間的摩擦因數(shù)小造成打滑3、脂肪在擠壓過程中的變化二在高溫、高壓和高剪切條件下，甘油三脂會部分水解，產(chǎn)生單甘油和游離脂肪酸，這兩種產(chǎn)物與直鏈淀粉會形成絡合物，影響擠壓過程中的膨化，導致最終產(chǎn)品中淀粉的溶解性和消化率降低，故脂肪對擠壓食品的質(zhì)構(gòu)重組、成形、口感等影響較大四、食品擠壓生產(chǎn)技術的發(fā)展方向其研究主要從兩方面進行：主要研究原料的配方和加工后產(chǎn)品的營養(yǎng)、口感等特性主要研究設備的結(jié)構(gòu)設計和擠壓加工過程借鑒合成聚合物擠出過程的實驗和理論研究成果，研究食品和飼料等天然生物高分子物料的擠出過程食品擠壓生產(chǎn)技術的發(fā)展未來的研究應重視將食品擠出過程中的營養(yǎng)分析、理化特性、加工工藝和設備等幾個不同的研究領域相結(jié)合，這樣可以更深刻地認識食品的擠出加工機理將可視化技術應用于食品擠出加工過程的研究上，可直觀分析食品加工的真實過程將擠出機作為生化反應器，從分子水平揭示食品的擠出加工機理，解決實際生產(chǎn)中提出的配方、工藝、設備等方面的問題是食品擠壓技術的發(fā)展方向在新型雙螺桿擠出機全長上，利用不同原料和加料方法進行實驗研究，可優(yōu)化加工配方、加工工藝、加工設備，利用擠出機開發(fā)其他新型食品和飼料資源食品擠壓生產(chǎn)技術的研究開發(fā)和發(fā)展利用實驗獲得圖像、數(shù)據(jù)、樣品，系統(tǒng)地分析工藝條件、原料配方、設備結(jié)構(gòu)參數(shù)等對食品和飼料等營養(yǎng)成分、組織結(jié)構(gòu)等影響與合成高聚物的螺桿擠出成型相比較，獲得蛋白質(zhì)、淀粉等大分子的降解及結(jié)構(gòu)形態(tài)變化規(guī)律，以指導配方、工藝和設備的研究設計。復習題擠壓加工具有哪些特點？擠壓食品有哪些特點？擠壓包括哪些階段，各階段的特征？擠壓加工中，食品主要成分發(fā)生哪些變化？哪些因素影響擠壓膨化食品的膨化程度？附錄資料：不需要的可以自行刪除防曬霜生產(chǎn)工藝配方油相

A硬脂酸5％十八醇2.5％棕櫚酸異丙酯1.5％凡士林5％防腐劑適量B石蠟油6％硅油Gy-2603.5％防曬劑POS-21％VE適量ME-40適量水相A鈦白粉3.5％丙二醇3％B三乙醇胺1％二氧化鈦其透過率小于氧化鋅。對紫外線有散射作用,能減小紫外線對人體皮膚的幅射。覆蓋力優(yōu)良,增白皮膚。但涂抹性與透氣性均差。加入量大于等于５％時,增白色澤不自然,固選用百分3.5。丙二醇丙二醇在化妝品中作濕潤劑、保濕劑。三乙醇胺三乙醇胺在化妝品中還具有中和劑的作用，從而達到增稠和保濕的作用。硬脂酸

硬脂酸用于護膚品中起乳化作用，從而使其變成穩(wěn)定潔白的膏體。十八醇化妝品中作為基質(zhì)原料中的乳化劑、增稠劑應用棕櫚酸異丙酯具有優(yōu)良的保濕和滋潤皮膚作用。皮膚對本品的吸收性很好，能在皮層內(nèi)與毛囊有效接觸，滲入皮層深處，并將化妝品中的活性組分帶入，充分