Transcript 食品的膨化技术
食品的膨化技术 袁先铃 概述 挤压膨化技术 水油混合深层油炸膨化技术 真空油炸膨化技术 气流膨化技术 概 述 1.膨化技术和膨化食品的发展概况 早在1856年美国的沃德就申请了关于食品膨化技术的专利. 直到20世纪30年代末才首次把膨化技术应用于生产谷物类方便食品。 20世纪40年代末期，随着挤压机的发展，膨化技术在食品生产中逐渐被采 用并开始广泛地应用于饼干的生产、淀粉的预处理及糊化中。 60年代中期，开发出膨化的谷物早餐食品，以及用谷物、油、蛋白质、肉、 调味料和半干食品制成的膨化动物饲料。 70年代，又生产出了膨化的大豆蛋白食品和马铃薯食品。近年来，国外利 用膨化技术生产的膨化食品主要有：膨化主食、人造肉、马铃薯食品、脱 水苹果、小食品、速溶饮料、代乳饮料和强化食品等。 膨化技术在我国有着悠久的历史，我国民间的爆米花、 冻米糖、爆豆子及各种油炸食品都属于膨化食品。由于种 种原因，我国的膨化技术发展缓慢。直到20世纪70年代末， 才开始膨化技术与膨化食品的研究与生产并取得巨大发展， 目前膨化食品比比皆是。 膨化技术已广泛应用于饲料、酿造、医药、建筑和铸 造等行业，取得了较好的效果 。 2.食品膨化技术的特点 ① 膨化产品营养成分的保存率和消化率高 ② 改善食用品质，易于贮存 ③ 加工产品食用方便，产品种类多 ④ 工艺简单，成本低 ⑤ 原料的利用率高 ⑥ 原料适用性广 原料膨化前后营养成分含量表 玉 米 高 梁 米 营养成分 膨化前 膨化后 膨化前 膨化后 水 分／％ 16.80 9.6 14 9.2 蛋白质／％ 10.20 10.17 9.54 9.49 维生素B2／mg·g-1 0.68 1.08 0.94 1.17 膨化食品的消化率 类 别 蛋白质消化率/% 碳水化合物消化率/% 膨化粗大米 83.80 99.45 粗大米 75.93 99.10 精大米 82.57 99.78 食品的挤压膨化技术 一、挤压膨化的基本原理 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磨具 及套筒内截流装置（如反向螺旋）的反向阻止作用，另外还受到来自外部的 和物料与螺杆、套筒内部摩擦热的加热作用，使物料处于高达3～8MPa的高压 和120～200℃的高温下（根据需要还可达到更高）。由于压力超过了挤压温 度下的饱和蒸汽压，物料在挤压机筒内不会产生水分的沸腾和蒸发。在如此 高的温度、剪切力及高压的作用下，物料呈现熔融状态。当物料被强行挤出 模具口时，压力骤然降为常压，此时水分便会发生急骤的闪蒸，产生类似于 “爆炸”的情况，产品随之膨胀。水分从物料中蒸发，带走了大量的热量， 这样物料瞬间从积压过程中的高温迅速将至80℃左右的相对低温。由于温度 的降低，物料从挤压时的熔融状态而固化成形，并保持了膨胀后的形状。 膨化状态的形成主要是靠淀粉完成的。在高温高压状态下，淀粉 颗粒首先发生糊化，进而在高温和高剪切的作用下分子之间相互结合和 交联，形成网状的结构，该结构在物料被挤出迅速降温后，固化定形， 成为膨化食品结构的骨架，其他原料中的成分填充于其中。因此原料中 淀粉的含量直接影响到产品的膨化程度，在原料中没有淀粉存在的情况 下，则基本上不产生膨化效果。 膨化过程中的压力和温度的变化并不是固定的，原料中的各种成 分含量、水分含量、原料的粒度、设备的性能等都会影响压力和温度 两参数的确定，在生产过程中应根据原料的性质、设备的特性和产品 的膨化度要求具体设定。 原料经挤压后，会产生各种各样的变化，其宏观结构的变化一般 用比容（表观密度）和膨化度表示。通过对原料中各成分含量和挤压 参数的调整就可以较为方便地控制产品的膨化度。一般情况下，膨化 度在5以上就显得充分疏松。 二、物料在挤压膨化过程中的变化 食品的膨化方法有直接膨化法和间接膨化法两种。 直接膨化法是指物料经挤压机加工后直接膨胀形成膨化食品 的工艺过程； 间接膨化法则是指物料经挤压机加工后成为没有膨胀的半成 品，再经干燥，并用烤、炸或微波等手段使其膨胀而最终形成膨 化食品的工艺过程。 物料在挤压机中的膨化工艺过程大致可分为物料输送混合、 挤压剪切和挤压膨化三个阶段。 三、影响挤压膨化的因素 影响膨化的因素很多，如原料粒度和含水量、进料 速度、螺杆结构和转速，以及模孔尺寸等，总之，原料 和设备是影响膨化的两个主要方面。 1.原料对膨化加工的影响 ①原料的水分含量 ②原料粒度 ③辅料对产品比容的影响 2.膨化设备对膨化加工的影响 ①螺杆与螺套的螺距和间隙 ②螺杆转速和进料速度 ③模孔直径大小 四、物料在膨化过程中的变化 1.淀粉在膨化过程中的变化 ① 淀粉降解 一般在膨化过程中总淀粉含量降低，支链淀粉含量 降低。而直链淀粉含量增高。 直链淀粉与支链淀粉的分配 (绝干／％) 样品名称 总淀粉 直链淀粉 支链淀粉 挤压膨化玉米 79.28 38.02 41.25 气流膨化玉米 79.59 35.65 44.94 对照玉米 82.92 35.26 47.66 ②水溶性成分增加 膨化前后谷物的水溶性成分变化（干基 /％） 挤压膨化 气流膨化 对照 玉米 32.70 16.81 3.275 黍米 52.81 50.17 4.190 ③温度、水分含量对淀粉的变化影响 若温度低，膨化产品的水分含量高，膨化率低，淀粉熟化不完全； 若温度高，则产品呈爆裂状，有焦糊味； 若温度过高，则物料在套筒内焦糊并结成硬块，堵塞机头，使机器 不能运转。 水分含量大，有助于淀粉糊化，使食品达到理想的结构和功能； 同时有助于物料能量和热的传递，降低挤压能耗，增加张力，延长 螺杆套筒的寿命。 物料水分含量低，使物料在挤压腔中流动缓慢，在挤压腔中的 停留时间长，切向速度增大，淀粉的凝胶化增高，从而使膨化程度 降低。 2.可发酵性糖在膨化过程中的变化 玉米膨化前后可发酵性糖含量的变化（干基） 样 品 可发酵性糖含量 /％ 挤压膨化 4.313 气流膨化 0.072 3.纤维素在膨化过程中的变化 挤压则可大幅度提高纤维原料中的可溶性膳食纤维，并且改善 它们的理化性质、生理功能和贮藏性能。在挤压中可溶性膳食纤维 的含量显著增加(达3％)。这主要是由于高温、高压、高剪切的作用 使纤维分子间化学键裂解，导致分子的极性发生变化所致。 4.蛋白质在膨化过程中的变化 富含蛋白质的各种植物原料经挤压膨化后转变成“纤维状”食品。 大豆蛋白是工业化挤压加工中唯一应用的蛋白原料，一般以湿润的脱脂 大豆为初始原料，经挤压膨化后转变成组织化大豆蛋白（即TSP），可 用作各种肉或鱼的增补剂。 在挤压膨化过程中，蛋白质受到高温和高压的处理，使得物料转 变成连续的塑性“熔融”状物。从物理特性来说，挤压使蛋白质转变成 一种均匀的结构体系；从化学观点来看，挤压过程是以某种方式从贮藏 性蛋白质重新组合成有—定结构的纤维蛋白体系。此外，挤压过程还会 引起蛋白质营养的变化。 同时造成蛋白质溶解性下降和交联。 5.脂类物质在膨化过程中的变化 食品物料在挤压膨化过程中，其脂类的稳定性会大 大降低。其主要因为随着挤压温度的上升，制品中过渡 金属元素特别是铁元素的浓度显著增加。 6.维生素在膨化过程中的变化 挤压膨化对维生素有一定的损失，加工条件不同维生素残 留量不同。提高温度、螺杆速度及降低水分含量和模口直径等 均会降低维生素含量。谷物是B族维生素的重要来源，挤压对 维生素B1、B6、B12及维生素C都有较大影响。尽管如此，由于 挤压膨化是一个高温短时过程，同时物料在挤压腔内与氧接触 较少，因此与其他加工方法相比，挤压膨化过程中维生素的损 失较少。 五、挤压膨化设备 按结构可将挤压机分为单螺杆的和双螺杆的两类， 二者的在物料输送、生产能力等方面存在显著差异。 1. 单螺杆挤压机 单螺杆挤压机结构简单，制造容易，价格便宜，属于高、中 剪切类型，适用于生产直接膨化的小食品。单螺杆挤压机是靠一个 从细渐粗、螺距从宽渐窄的螺杆推进物料。在输料过程中，螺杆外 径变大，机体内部容积变小，物料经压缩和摩擦使其温度升高，流 动性变大。当这种高温流动性物料从模具中挤出时，由于瞬间减压， 物料随水的汽化作用而急剧膨胀，形成膨松多孔结构，降温冷却后 固化而变脆。 目前我国生产的单螺杆挤压机基本上是采用螺纹高度较浅的螺 杆，转速为300～400r／min，它可产生高摩擦和高剪切力，谷物原 料在机筒内的停留时间仅10～20s，物料在出模前的温度高达130～ 140℃。 2.双螺杆挤压机 双螺杆挤压机有一对相互连续啮合的反向或同向旋转的螺杆，靠正 移位原理强制输送物料。在物料输送过程中很少形成压力回流，可使局 部压力急剧升高，加快膨化过程，获得高产量。物料在机内分布均衡。 这种挤压机能输送胶粘的、脂肪含量高的或较湿的原料。目前在食品蒸 煮挤压机中主要采用同向旋转的双螺杆挤压机。双螺杆挤压机属于中、 低剪切类型。 双螺杆挤压机的机筒内腔呈∞形，内壁光滑。螺杆与∞形内腔的间 隙很小，物料沿机筒内壁在∞形的通道中向模头方向行进，物料在输送 过程中不受摩擦力的影响，因此当挤压机内未被物料填满时也能顺利进 行。由于机筒内壁材料比较昂贵，结构复杂，制造成本高，故常将机筒 内腔嵌以特别耐磨的合金材料制成的衬套。为便于嵌入衬套和分段控温， 机筒也被制成分段式，并用高强度螺钉连接。 （三）单、双螺杆挤压机之间的区别 单螺杆挤压机与双螺杆挤压机的主要区别 单螺杆挤压机 双螺杆挤压机 输送机理 借螺旋与物料的摩擦、物料与机 筒 内部的摩擦，物料须填满机筒 为正位移送泵，可在部分 装料的情况下输送物料。 主要能量供应 靠内摩擦 靠机筒供热 生产能力 取决于物料中水分、脂肪含量 和工作压力 与左列因素无关，螺杆直 径愈大，产量愈高 比能耗 900～1500kJ/kg(以1kg产品计算) 400～400kJ/kg(以1kg产品 计算) 热分布 温差大 温差小 刚性 高 轴承结构易损 制造成本 低 高 物料含水量 10%～30% 5%～95% 自清洗效果 无 有 脱气 困难 容易 项目 六、挤压膨化技术的应用 1.在谷类食品加工中的应用 粗粮细作，玉米、高粱、大麦等。同时，改善膳食纤维组织结构，提 高保健性能。 另外以大米、玉米、豆类、薯类、高梁、花生为原料，应用膨化技术 可生产出快餐食品、焙烤食品、冲剂食品、儿童食品、婴儿食品、保健和 强化营养食品等。 2.在发酵工业中的应用 谷物经膨化后，脂肪大大降低，淀粉及蛋白成份发生降解，营养价值 增加。不溶性物质变成了可溶性物质，这样就促进了酵母的利用和酶的水 解，对发酵工业提供了有利条件。膨化后的淀粉能显著提高出酒率。 3.在植物油脂工业中的应用 挤压膨化技术已用于植物油脂工业、对浸出前的大豆和棉籽等 油料种子进行预处理、挤压膨化浸出与传统的浸出制油相比。具有 下列优点：蒸汽和动力消耗低；减少工艺过程和输送没备；占地面 积小；减少了粉尘；渗滤速度和滴干速度高；因粕中溶剂吸附量低 而易于脱溶；提高了浸出器的生产能力。可使同一浸出设备提高生 产能力50％至100%；因整个过程热处理时间短，有较好的机会改善 油和粕的质量。 膨化休闲食品生产线 该生产线从配料，挤压膨化，夹馅，成型，烘烤，喷涂直至成品均一次性完成。可生 产各类膨化食品，香米饼，夹心卷及脆饼干，谷物粥，营养粉等产品。 ①拌粉机、②双螺杆主机、③夹馅机、④多功能整形机、 ⑤大提升机、⑥三层烤箱、 ⑦调味线 七、挤压食品工艺介绍 1.小吃食品概况 挤压小吃食品早在1936年就出现了，目前在食品中仍占 有很大的比例。市场上的小吃食品各种各样， 从外形看有：球形、棒形、环形、动物造型、字母造型 及夹心形等； 从风味上有：鸡味、麻辣味、海鲜味、果香味、奶香味 及可可味等； 从加工工艺上可分为三代： 第一代不是挤压法生产的，而是油炸、烘烤出来的小食 品。 第二代直接挤压成型，进一步喷涂调料后包装后上市； 第三代先进行蒸煮熟化作用的挤压，再进行造型挤压， 然后包装上市。 2.第二代小吃食品的生产工艺 原、辅料 产品 配料、混合 包装 调整水分 喷涂、包被 熟化、挤压 成型 干燥 生产工艺过程 产品采用的原料一般是：玉米粉、大米粉、小麦粉、马 铃薯粉、普通淀粉和变性淀粉等，另外还有糖、油脂、奶油 、盐、味精、调味料、可可粉、蔬菜粉等。 3.第三代小吃食品的生产工艺 第三代小吃食品一般是指用第二台挤压机对经过蒸煮的 谷物淀粉面团进行成型，从而制成形状更加精制复杂的产品 ，同时在第二次挤压前进行调质处理，所以质构更加均匀， 口感大大改善。 原、辅料 产品 蒸煮、挤压 包装 成型挤压 喷涂、包被 生产工艺过程 干燥 油炸 7.3 油炸膨化技术 油炸作为食品熟制和干制的一种加工工艺由来已久， 油炸也是最古老的膨化方法之一。油炸可以杀灭食品中的 细菌，延长食品的保存期，改善食品的风味，增强食品营 养成分的消化性，并且加工时间比一般烹调短,因此受到世 界各国的青睐。 食品行业中，采用油炸工艺生产的食品的品种有：果 制品如炸土豆片、炸香蕉片等,油炸面圈，油炸坚果，膨化 快餐食品，冷藏方便食品如炸鱼、炸鸡、炸肉等和各种休 闲风味食品等。 传统的油炸工艺，油温在160℃以上，有时甚 至达到230℃以上的高温，如此高温显然对食品的 营养成分，特别是对一些热敏性物质有很大的破坏 作用。当然这种破坏作用是与油温和停留时间相对 应的。油炸对食品营养成分的影响和油炸食品的安 全性是人们所普遍关注的问题，在油炸工艺方面， 相继开发了水油混合式深层油炸工艺和低温真空油 炸工艺。 一、油炸的方法和基本理论 1、油炸的方法 浅层油炸 常压深层油炸 深层油炸 真空深层油炸 2、油炸对食品的影响 油炸对食品的影响主要包括两个方面： ①热对油的影响，油的质量变化反过来影响食品的质量； ②热直接对油炸食品的影响。 ①热对油的影响 在油炸过程中，油处于持续的高温状态，当食品所释放的水分和 氧气同油接触时，油便氧化生产挥发性的羰基化合物、羟基化合物、 酮基酸和环氧酸，这些物质会产生不良风味并使油发黑。在无氧条件 下，油分子会聚合生产环状化合物和高分子化合物，使油的黏度上升 ，降低传热系数和加剧食品的吸油，使油炸食品的含油率上升。 油的某些分解和聚合产物对人体是有毒的，因此高温下的炸用油 不能长期反复使用，否则将影响人体健康。 脂溶性维生素在油中的氧化会导致营养价值的伤失。其中视黄醇 、类胡萝卜素、生育酚的变化还会导致风味和油色的改变。Vc的氧化 可以起到保护其他物质被氧化，损失更多。 ②热对油炸食品的影响 油炸的主要目的是改善食品的色、香、味。这 些改善是通过美拉德反应和食品对油中挥发性物质 的吸附来实现的。其主要取决于以下因素： 炸用油的品质； 油的使用时间及其热稳定性； 油炸温度和油炸时间； 食品的大小和表面特性； 油炸后的处理。 这些因素都要影响食品的持油率和油炸食品的 质构。 ③油炸的持油率 不同的食品油炸后，产品的持油程度不同。 油炸食品的持油率 油炸食品 持油率（％） 油炸食品 持油率（％） 油炸坚果 6 快餐食品 20～40 油炸土豆片 40 蔬菜类 33～38 炸面圈 20～25 方便冷藏食品 10～15 产品的持油率不能太高，否则不仅直接关系到耗油量， 同时也直接影响产品的品质和风味。含油率过高的食品也 不受消费者欢迎。一般对持油率高的食品在油炸后要进行 脱油处理，常采用常压离心脱油和真空状态下甩油。 3、炸用油 炸用油在使用前要进行质量检验，检验的指标包括色 泽、香味、游离脂肪酸、过氧化值、碘价、发烟点和热稳 定性等。使用后的油也要进行检验，指标包括：色泽、游 离脂肪酸、碘价、发烟点、三酰甘油脂和微量元素等。游 离脂肪酸的升高，表明有分解作用发生。为了减少分解作 用，常添加一些天然抗氧化剂（VE）和合成抗氧化剂（没 食子酸丙脂、丁基羟基茴香醚等。） 二、油炸工艺对食品营养价值的影响 油炸影响最大的就是水分含量。 油炸对食品消化与代谢利用的影响 三、真空低温油炸 食品的真空低温油炸，由于真空的存在，使得脱水占 有相当重要的地位，因此与原有意义上的油炸有所不同。 真空低温油炸是上世纪60年代末兴起的，用于油炸土豆 片，获得了比传统油炸工艺具有更好品质的产品，以后广 泛应用于果蔬制品。目前市场上出售的真空油炸食品有： 水果类如：苹果、猕猴桃、柿子、草莓、葡萄、香蕉等； 蔬菜类如：胡萝卜、南瓜、西红柿、四季豆、甘薯、土豆 、青椒、洋葱等； 肉食品如：鱼片、虾、牛肉干等。 1、真空低温油炸的特点 ①温度低、营养成分损失少； ②水分蒸发快，干燥时间短； ③对食品具有膨化效果，提高产品的复水性； ④油脂的劣化速度慢、油耗少。 真空低温油炸苹果片 2、真空低温油炸的原理 真空低温油炸是利用在减压的条件下，食品中的汽化温 度降低，能在短时间内迅速脱水，实现在低温条件下对食品 的油炸。热油脂作为食品脱水供热的介质，还能起到改善食 品风味的重要作用。 随着真空度的提高，有越来越多 的水分蒸发，带走大量潜热使油温下 降，即当真空度逐步上升到93.3kPa 时，油温从110～150℃降至80～85℃ ，随后真空度和油温处于一段比较稳 定的状态，水分继续蒸发，直到水分 下降至一定程度时，内部水分迁移速 度减慢，水分溢出速度减小，使得油 温在真空度不变的情况下又逐渐升高 ，至油炸结束。 原料挑选 清洗 真空炸制 脱油 切片 护色灭酶 放入网状容器 加香 包装 真空低温油炸工艺 糖置换 产品 7.4 气流膨化技术 气流膨化与挤压膨化的原理基本一致，即谷物原料 在瞬间由高温高压突然降至常温常压，原料中水分突然 汽化，发生闪蒸、产生类似于“爆炸”的现象，使谷物 组织呈现海绵状结构，体积增大几倍到十几倍，完成膨 化过程。但与挤压膨化又有显著不同。 原料处理 产品 分为： 水分调整 包装 出料、调味 生产工艺过程 间歇式气流膨化机 连续气流膨化 进料 加热升温升压 膨化 休息一会！