膨化与挤压食品生产工艺

第六章膨化与挤压食品生产工艺本章内容第一节膨化与挤压技术的特点及产品第二节食品膨化理论第三节膨化食品生产工艺第一节膨化与挤压技术的特点及产品膨化食品是指谷物或蛋白质等原料经过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。广义上的膨化食品(PuffingFood)

，是指凡是利用油炸、挤压、沙炒、焙烤、微波等技术作为熟化工艺，在熟化工艺前后，体积有明显增加现象的食品。膨化食品是指以膨化工艺过程生产的食品。食品膨化的方法有两种:

一种是采用急热使水分急骤汽化；另一种是含水原料在高压加热中突然降压。膨化(Puffing)是利用相变和气体的热压效应原理，使被加工物料内部的液体迅速升温汽化、增压膨胀，并依靠气体的膨胀力，带动组分中高分子物质的结构变性，从而使之成为具有网状组织结构特征，定型的多孔状物质的过程。

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”广义的挤压食品是指凡是利用挤压机生产的食品，狭义的挤压食品是指利用挤压机生产的膨化食品，即挤压膨化食品。挤压机

﹠柱塞式挤压机

﹠螺杆挤压机采用螺杆挤压机生产的食品即为挤压食品。螺杆挤压机既可制得膨化食品，也可生产出非膨化食品，膨化的产品为多孔组织，经干燥后即可食用；非膨化的产品为半成品，需经焙炒或油煎膨松、调味后食用。膨化食品的发展

食品膨化技术在我国有着悠久的历史，古代就把油炸作为使食品膨化的重要方法之一。膨化技术作为一种新型食品加工技术，在国外发展很快。早在1856年美国的沃德就申请了关于食品膨化技术的专利。

现代食品膨化与挤压技术始于20世纪30年代，首先把挤压机应用于生产谷物方便食品。到了40年代末期，挤压膨化技术逐渐扩大到其它食品领域。50年代出现由谷物、油、蛋白质、调味料、半干食品制成的膨化动物饲料。70年代利用挤压蒸煮机生产出片状或丝状有咀嚼感的大豆粉产品，作为肉类补充品即“人造肉”。膨化食品发展历史1900年左右出现间歇柱塞式通心粉挤压机1930年前后将单螺杆挤压机应用到面条的连续压制上30年代后期首次将挤压技术用于谷物方便食品1936年，膨化玉米果首次挤压成功，到1946年才开始商品化40年代后期，蒸煮挤压机有了发展50年代，挤压蒸煮的家畜饲料得到迅速发展60年代，用单螺杆挤压机首次进行了工业化膨化速食早餐食物的生产70年代，双螺杆挤压机被就应用到食品加工中，用挤压机生产的组织化植物蛋白－－人造素肉实现工业化生产80年代欧共体和日本组织成立相应的专门研究开发机构90年代后，世界上已有生产各种系列的食品挤压机投放市场爆玉米花是我国最早的膨化食品1979年，我国研制成功食品挤压机投放市场许多院校和研究所开始食品挤压技术与挤压设备的研究现代膨化技术在我国还处于起步阶段

膨化食品在我国有着悠久的历史，由于种种原因，我国膨化技术发展缓慢。表现在：

(1)挤压膨化设备落后。目前，我国主要是单螺杆挤出机，无温度、压力测控系统和数字显示。国外先进的膨化设备实现了进料量、膨化温度、压力的自动控制与数字显示等，极大地提高了生产率和降低了劳动强度。

(2)口味品种单一。国外的膨化食品形状和口味多种多样，基质原料从单一玉米发展到马铃薯、大米、小麦、淀粉等。70年代初，美国用上述基质原料加强化剂、大豆蛋白及调味料制成的各种小食品风靡全世界，成为家庭、公园、影剧院的专用小吃，销售量很大。目前要做的工作

（一）开发先进的和生产能力较大的挤压膨化设备现在国外食品膨化设备的类型繁多，既有适用于娱乐等公共场所使用的小型食品膨化机，也有适合家庭使用的轻便式膨化机；同时，不仅有大型连续式膨化设备，也出现了自动化膨化设备。我国膨化机品种、规格较少，今后应大力开发多品种、多功能的各种类型膨化机。（二）积极开展膨化理论和膨化技术的研究进行膨化理论与膨化技术的研究，是研制性能良好的膨化设备和加工美味可口膨化食品的保证，国外对此十分重视.今后应加强膨化机对物料适应性、降低能耗、新工艺、新配方及减少损失等方面的研究。（三）不断开发新产品，生产风味多样的膨化食品不断开发新产品，生产风味多样的膨化食品，如甜味、咸味、酸味和果味等膨化食品，以满足不同口味的消费者的需要。膨化与挤压技术的特点

1．应用范围广利用原料广：豆类、谷类、薯类、蔬菜及某些动物蛋白等。除食品加工外，还在在饲料、酿造、医药、建筑等方面2．工艺简单，成本低与普通加工相比，在挤压过程中同时完成混炼、破碎、杀菌、压缩成型、脱水等工序而制成膨化产品，使生产工序显著简化，制造成本降低且可节省能源20％以上。3．能使用低价粗原料，便于粗粮细做许多粗粮中富含矿物质、维生素、必需氨基酸等营养成分，符合人体营养需要。但粗粮因口感粗糙而受到人们的冷落。粗粮膨化后，能改变物料的组织结构、密度和复水性能，质地变柔软，口感和风味得到改善，消化吸收率提高。4．设备生产能力高，占地面积小膨化加工技术可连续生产，生产能力高，并可在一定范围内进行调节。5．产品种类多利用相同的膨化设备改变各种原料及工艺条件，可得到各种膨化食品，产品的形状可随模孔的形状而改变。6．无废弃物只要管理严格，生产过程中将无废弃物排出。膨化类食品的特点1营养成分保存率和消化率比较高膨化食品系高温短时间加工产品，膨化时间一般只有3～5s，粮食中的营养成分受破坏较小。在膨化过程中，因食品淀粉糊化、蛋白质变性而增强了食物的可消化性，破坏了某些食品中的不良因子(如大豆中的脂肪氧化酶)，使消化率提高。2、赋予制品较好的营养价值和功能特性采用挤压技术加工以谷物为原料的食品时，加人氨基酸、蛋白质、维生素、矿物质、食用色素和香味料等添加剂可均匀地分配在挤压物中，并不可逆地与挤压物相结合，可达到强化食品的目的。3、改善食用品质，易于贮存采用膨化技术可使原本粗硬的组织结构变得膨松柔软，在膨化过程中产生的美拉德反应又增加了食品的色、香、味。因此，膨化技术有利于粗粮细作，改善食品品质，使食品具有体轻、松脆、香味浓的独特风味。另外，膨化食品经高温、高压处理，既可杀灭微生物，又能钝化酶的活性，同时膨化后的食品，其水分含量降低到10％以下，限制了微生物的生长繁殖，有利于提高食品的贮存稳定性，如密封良好，可长期贮存并适于制成战备食品。4、食用方便，品种繁多在谷物、豆类、薯类或蔬菜等原料中，添加不同的辅料，然后进行挤压膨化加工，可制出品种繁多、营养丰富的膨化食品。由于膨化后的食品已成为熟食，所以大多为即食食品（打开包装即可食用），食用简便，节省时间，是一类极有发展前途的方便食品。5、生产设备简单、占地面积小、耗能低、生产效率高用于加工膨化食品的设备简单，结构设计独特，可以较简便和快速地组合或更换零部件而成为一个多用途的系统。6、工艺简单，成本低谷物食品加工过程一般须经过混合、成型、烘烤或油炸、杀菌、干燥或粉碎等工序，并配置相应的各种设备；而采用挤压方式加工谷物食品，由于在挤压加工过程中同时完成混炼、破碎、杀菌、压缩成型、脱水等工序而制成膨化产品或有膨化及组织化产品，使生产工序显著缩短，制作成本降低。7、原料的利用率高用淀粉酿酒、制怡糖时，原料经膨化后，其利用率达98％以上，出酒率提高20，出糖率提高12%；用膨化后的高粱制醋时，产醋率提高40％左右；利用大豆制酱油时，蛋白质利用率一般为15%，采用膨化技术后，蛋白质利用率提高了25%。真正的垃圾食品一般包含这三层含义：营养质量较差；容易让人不知不觉中发胖；不利于预防慢性病。可乐没营养，糖果让人胖，膨化食品危害心脏膨化食品的问题膨化食物它最大的危害是含铅毒,积聚在人体内难以排出，血液里铅含量高时,会影响神经系统、心血管系统、消化系统和造血系统，造成精神呆滞、厌食、贫血、呕吐等症状。

目前市场上的膨化类食品（包括油条和面包）几乎都存在铝残留量超标的情况。铝摄入过量可能引起神经系统病变，表现为记忆减退、震颤与身体协调障碍等，甚至可能增加发生老年性痴呆的风险。对儿童而言，过量的铝可能会影响智力发育、干扰思维与记忆功能。过量的铝蓄积在人体脏器会引起相应的病理损害，蓄积在骨骼也会影响骨骼健康。属于“四高一多”食品:高脂肪、高热量、高盐、高糖、多味精;大量食用膨化食品易造成孩子饱腹感，影响正常饮食，多种营养素得不到保障和供给，易出现营养不良。膨化食品脂肪含量高，摄入过多，会造成体内大量脂肪堆积，容易出现肥胖。膨化方法的分类一、按膨化加工的工艺条件分类一类是利用高温，如油炸、热空气、微波膨化等。另一类是利用温度和压力的共同作用，如挤压膨化、低温真空油炸等。1.高温膨化高温膨化技术是一种现代化的机械挤压成型技术与比较古老的油炸膨化、沙炒膨化等处理工艺结合起来从而生产膨化食品的一种技术。油炸膨化（FryingPuffing)：是利用油脂类物质作为热交换介质，使被炸食品中的淀粉糊化、蛋白质变性以及水分变成蒸汽从而使食品熟化并使其体积增大。热空气膨化（Hot-airPuffing)：包括气流膨化、焙烤膨化、沙炒膨化，是利用空气作为热交换介质，使被加热的食品淀粉糊化、蛋白质变性以及水分变成蒸汽从而使食品熟化并使其体积增大。微波膨化（MicrowavePuffing)：是利用微波被食品原料中易极化的水分子吸收后发热的特性，使食品中淀粉糊化、蛋白质变性以及水分变成蒸汽，从而使食品熟化并使其体积增大。2．温度和压力的共同作用的膨化低温真空油炸膨化：在负压条件下，食品在油中脱水干燥。水分蒸发时使体积显著膨胀。挤压膨化（ExtrusionPuffing）：一般食品物料在压力作用下，定向地通过一个模板，连续成型地制成食品，被称为“挤压”。二、根据原料和加工过程的不同1．直接膨化食品以谷物、薯类和豆类为原料，用膨化机直接膨化成球形、薄片、环形或摔状等各种形状，再喷洒糖浆、盐或味精等调味品，最后干燥，以供食用。2．膨化再制食品先将谷物、薯类和豆类膨化，然后将膨化产品磨成粉，配上各种辅料再制成各种食品，如面包、饼干、糕点等。3．膨化植物蛋白以大豆、豆饼或其它植物蛋白为原料，用膨化机进行膨化，制成组织化的植物蛋白，可以生产“人造肉”，也可掺入肉馅内食用。三、按膨化加工的工艺条件分类油炸膨化食品：根据其温度和压力，又可分为高温油炸膨化食品和低温真空油炸膨化食品。微波膨化食品：利用微波发生设备进行膨化加工的食品。挤压膨化食品：利用螺杆挤压机进行膨化生产的食品。焙烤膨化食品：利用焙烤设备进行膨化生产的食品。沙炒膨化食品：利用细沙粒作为传热介质进行膨化生产的食品。其他膨化食品：如正在研究开发的利用超低温膨化技术、超声膨化技术、化学膨化技术等生产的膨化食品。四、经加工食品用的主要原料分＊淀粉质挤压食品＊蛋白质挤压食品＊脂肪质挤压食品五、从最终产品的膨化度分＊几乎末膨化食品＊轻微膨化食品＊全膨化食品膨化食品的分类六、以生产的食品品种性状分1.主食类：烧饼、面包、馒头、煎饼等。2.油茶类：膨化面茶。3.军用食品：压缩饼干。4.小食品类：米花糖、凉糕等。5.冷食类：冰糕、冰棍的填充料。七、按产品的风味、形状分类按产品的风味、形状分类可分为成千上万种。如从风味上分，可分为甜味、咸味、辣味、怪味、海鲜味、咖喱味、鸡味、牛肉味等膨化食品。从形状上分可分为条形、圆形、饼形、环形、不规则形等膨化食品。第二节食品膨化理论

膨化食品加工原理

膨化技术虽属于物理加工技术，但却具有本身的特点。膨化不仅可以改变原料的外形、状态，而且改变了原料中的分子结构和性质，并形成了某些新的物质。

当把食品原料置于膨化器以后，随着加温、加压的进行，食品原料中的水分呈过热状态，但不汽化，食品原料本身变得柔软，当到达一定高压而启开膨化器盖时，高压迅速变成常压，这时食品原料内呈过热状态的水分便一下子在瞬间汽化而发生强烈爆炸，水分子可膨胀约2000倍，巨大的膨胀压力不仅破坏了食品原料的外部形态，而且也拉断了食品原料内在的分子结构，将不溶性长链淀粉切短成水溶性短链淀粉、糊精和糖，于是膨化食品中的不溶性物质减少了，水溶性物质增多了。挤压食品的加工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、灭霉率等趋于最大膨化过程分为三个阶段膨化是利用相变和气体的热压效应原理，使加工物料内部的液体迅速升温汽化、增压膨胀，并依靠气体的膨胀力，带动组分中高分子物质的结构变性，从而使之成为具有网状组织结构特征、定型的多孔状物质的过程。将整个膨化过程分为三个阶段：第一为相变阶段，此时物料内部的液体因吸热或过热，发生汽化；第二为增压阶段，汽化后的气体快速增压，并开始带动物料膨胀；第三为固化阶段，当物料内部的瞬间增压达到或超过极限时，气体迅速外逸，内部因失水而高温干燥，最终形成膨化产品。膨化顺利进行条件其一，在膨化发生前，物料内部需均匀含有安全的汽化剂—可汽化的液体；其次，从相变到增压段，物料内部能广泛形成相对密闭的弹性气体小室，同时，要保证小室内气体的增压速度，大于气体外泄造成的减压速度，以满足气体增压的需要；其三，构成气体小室的内壁材料，必须具备拉伸成膜特性，且能在蒸汽外逸后，迅速干燥并固化为不回缩的结构网架；其四，外界要提供足以完成膨化全过程的能量，包括相变阶段的气体升温需能、汽化需能、干燥需能等。膨化动力的产生机制

膨化动力的产生，主要由物料内部水分的能量释放所致。在同样的外部供能条件下，水由于分子量小、沸点低、易汽化膨胀的特性，它在物料内部的各种成分中，热运动最先加剧。当水分子所获能量超过相互间束缚极限时，就发生分子离散，致使物料内部水分状态发生变化，产生相变和蒸汽膨胀。其结果必然造成对与之接触的物料结构的冲击。这种冲击力超过维持高分子物质空间结构的力时，并也超过高分子物质维持的物料空间的支撑力时，就会产生这些大分子物质空间结构的扩展变形，最终导致膨胀物料的质构变化。膨化动力的产生不仅取决于水分在物料中的形态和其结合特性，而且与水分的含量密切相关。从理论上讲，含水量越大，可产生的蒸汽量越大，膨化动力越强，对膨化的效果影响也越大。物料水分含量过高会影响膨化正常实现

第一，过量的水分往往是自由态的水或表面吸附的水，它们很难取代或占据结合态和胶体吸润水分子原有的空间位置，这部分间隙水往往不在密闭气体小室内：很难成为膨化动力；第二，过量水在外部供能时，由于与物料其它组分间的约束力弱，易先汽化，占用有效能量，影响膨化效应；

第三，过量水会导致物料内胶体吸润水区域的不恰当扩大，造成物料在增压段因温度升高，其中的部分淀粉已提前糊化，或部分蛋白质已超前变性，反而阻碍膨化；第四，含过量水的物料即使经历膨化过程，其制品也会因成品含水量偏高而回软，失去膨化制品特有的风味。作业：1.挤压和膨化食品的概念及区别2.挤压膨化技术的特点物料中高分子物质在膨化中的作用挤压过程中碳水化合物的变化挤压过程中蛋白质的变化挤压过程中脂肪的变化1.挤压过程中碳水化合物的变化淀粉、纤维素、葡萄糖和蔗糖等都属于碳水化合物，它们在挤压过程中却又有着各自不同的变化，下面分别叙述。淀粉在挤压过程中的变化

纯淀粉先是由未胶化的白色逐渐变为凝胶化的无色半透明体淀粉在升压、升温和剪切的共同作用下，大分子结构键断裂而变成了低分子，如淀粉结构中的1-4糖苷键断裂使其成为葡萄糖、麦芽糖等，而更主要的原因是在高温、高压下，淀粉分子发生了糊化(α化)。直链淀粉含量增加，则膨化度降低有资料表明，直链淀粉和支链淀粉各占50％时，膨化效果最好。葡萄糖、蔗糖等的变化挤压食品物料中含有的糖成分会影响淀粉的糊化。由于挤压过程中高温、高剪切的作用能使糖分解成羰基化合物，它同物料中的蛋白质发生美拉德反应，使产品的颜色变深。纤维素在挤压过程中变化较一致的看法是纤维素经挤压后，可溶性膳食纤维的量相对增加(一般增加量在3％左右)高温、高压再加上高剪切作用，促使纤维分子间价键断裂、分子裂解和极性变化原料中的纤维素含量增加，则膨化度降低纤维素的来源、纯度，均明显影响膨化度蛋白质在挤压过程中的变化一在高温、高压、高剪切的食品挤压机内，蛋白质分子结构伸展、重组，表面电荷重新分布趋向均化，分子间氢键、二硫键等部分断裂，导致蛋白质变性不同来源的蛋白质物料在经过挤压加工后，消化率均明显提高，蛋白质的品质也获得改善，所以，挤压加工为开发低品质蛋白源以提高其营养价值提供了加工手段富含蛋白质并可用来挤压的原料品种很多，如脱脂大豆、浓缩大豆蛋白、菜籽蛋白、棉籽蛋白、芝麻蛋白等蛋白质在挤压过程中的变化二“人造肉”是一种用挤压机将蛋白质变性后的产品，也被称为蛋白肉利用挤压后蛋白质消化率明显提高的特点挤压加工制造婴幼儿食品和老年食品，是一种很好的加工手段蛋白质在挤压过程中能与原料中的其他成分如脂肪氧化酶等反应，影响产品风味脂肪在挤压过程中的变化一

一般单螺杆挤压机在生产时，要求原料中的脂肪含量低于12％，（有资料表明，脂肪含量大于12％以上，每增加1％，产品的体积质量就增加16g／L；当脂肪含量超过22％时，原料就失去了膨化特性，因此，生产挤压膨化食品的原料的含油量低才好），因为高脂肪含量的物料与简体之间的摩擦因数变小造成打滑。脂肪在挤压过程中的变化二在高温、高压和高剪切条件下，甘油三脂会部分水解，产生单甘油和游离脂肪酸，这两种产物与直链淀粉会形成络合物，影响挤压过程中的膨化，导致最终产品中淀粉的溶解性和消化率降低，故脂肪对挤压食品的质构重组、成形、口感等影响较大第三节膨化食品生产工艺

一一般工艺流程(1)谷物挤压膨化食品的工艺流程谷物膨化小食品的原料包括谷物粉，不同口味的调味料(如番茄味、鸡肉味、奶油味、巧克力味等)。其下艺流程如下：谷物粉→混合→调理→挤压、膨化→切割→调味→冷却→包装一一般工艺流程(2)含馅料挤压膨化食品的工艺流程含馅料膨化食品的原料包括谷物粉、巧克力或共他易凝固的酱状物料。其工艺流程如下：谷物粉→混合→调配→挤压、成型填充馅料→切割→烘烤→冷却→包装(3)蒸煮型挤压膨化食品的工艺流程蒸煮型膨化食品的原料包括木薯淀粉、玉米淀粉、精致面粉、高级调味料等。其工艺流程如下：原料→蒸煮→压皮→冷却→卷皮→醒发→压纹切割成型→快烘→慢烘→油炸→包装二工艺流程说明(1)原料由谷物制成的全粉(如大米粉、玉米粉等)。谷物粉的含水量一般应掌握在7％一16%，混合后含水量在30％左右为宜，水分过高，膨化食品外皮表面粗糙或形成蜂窝状，水分太低则半成品呈焦黄色且有苦味。二工艺流程说明(2)混合将原料与适量的水混合并搅拌均匀(3)调配生产不填馅料的产品可将混合好的原料送入挤出机，经挤压膨化后，成为半成品。需填馅料的产品，则将配好的馅料用泵打入机器，谷物原料经挤压，成型后与馅料成为一体。二工艺流程说明(4)挤压、成型应注意控制进料速度，水分过高、进料速度应慢些，反之，进料速度可适当加快，更换挤出设备的模头，可生产出不同的产品。二工艺流程说明(5)切割、烘烤将膨化好的半成品按要求切割，并送入烘烤炉，在200一300℃之间烘烤2-3min。含馅料的产品经挤出、成形后，稍冷却后按要求切割。(6)冷却、包装将烘烤好的产品冷却后按一定的质量包装。三、主要设备1原料混合器2原料预处理器3挤压膨化装置4切割装置5调味装置按膨化加工的工艺过程分类，食品的膨化方法有直接膨化法和间接膨化法。(一)直接膨化法1.直接膨化的工艺流程进料→（挤压）膨化→切断→干燥→包装→成品2.直接膨化法挤压膨