早餐谷物食品的现状及发展趋势

1、132 农产品加工技术及装备与湖南“三化”早餐谷物食品的现状及发展趋势吴卫国湖南农业大学食品科学技术学院丰富可12的早餐对于保证每天充沛的体力及长期健康的身体是必不可少的，但是在我国，由于经济、时间等因素的限制，人们对早餐的重视程度还远不够。早餐多是自制或作坊式生产，以包子、馒头、大饼、油条、稀饭、面条、米粉等传统产品为主，制作费时，卫生条件难以得到保证，品种单调且营养欠佳。而在欧美一些发达国家，一类“营养、方便、卫生”的早餐食品早餐谷物食品已成为食品市场和超级市场的热门产品。本文就国外早餐谷物食品的发展历程及主要生产技术做一概述，希望能为我国早餐谷物食品的开发提供一些参考。1早餐谷物食品的由

2、来和发展历程早餐谷物食品(BreaMast cereals food)是以谷物玉米、大米、小麦、燕麦等为主要原料加工而成的，加入牛奶(re食)或稍煮片刻就可食用的早餐食品。根据其口味不同，有谷物原昧、甜味、蜂蜜味、巧克力味、肉桂味等；根据形状不同，有杯形、球形、字母形、动物形、条形等；根据颜色不同有红色、黄色、绿色等；还添加有葡萄干、坚果、椰丝、杏仁、干果、蔬菜等。这类食品的特点是：有益身体健康。早餐谷物食品的原料是各种五谷杂粮，富含膳食纤维。营养均衡。可强化多种维生素、矿物质等成分，同时配合牛奶食用，营养平衡全面。天然品质。一般不添加人工添加剂，基本上是天然材料制成。食用方便。无论是即食的或

3、速煮的(煮3-5分钟)，食用都很方便。1876年，美国JohnHKellogg博士和其弟wKKellogg。在为疗养院里的患者研究可口、容易吸收、食用方便的食物过程中，无意问将麦子做成大而薄的片状。这一偶然发现被不断改进，于是就诞生了“麦片”产品。这就是当今人们经常食用的燕麦片、玉米片、大米片等片状早餐谷物的雏形。这些片状制品最初只有在医院才有。直到1894年，JohnHKellogg博士取得麦片制造专利，设立Kelloggs食品公司后，早餐谷物食品在世界各地蓬勃发展起来。目前，全世界早餐谷物消耗量已达到300万t。在北美和西北欧人平消耗量是相当高的，如1997年人均消耗英国为76kg、美国为

4、45kg，但市场年增长量相当低(小于5)，市场增长主要是一些适合成年人的健康早餐食品。在南美和西南欧，人平消耗仍相当低(少于lkg)，而市场容量增长率在520之间。早餐谷物制造者的目标是供应适合孩子的产品，特别从口感(甜味)、结构(脆性)和营养(维生索、矿物质)方面进行研究。在东欧，消耗量相当低(小于人平010kg)，早餐谷物仅仅当面包的替代品食用。在日本和亚太地区，人平消耗也是非常低(小于02kg)。方便早餐谷物配合牛奶食用的传统方法在亚洲不盛行主要是由于生理原因：乳糖不易被亚洲孩子消耗；消耗仅仅局限在小吃。甜味小吃在这早餐谷物食品的现状硬发展趋势133些地区不很流行，同时，在19世纪下半叶

5、，在亚洲总体上也是早餐谷物消耗处于低迷状态。无论如何，在亚洲一些国家和地区像韩国、中国台湾、新加坡确实为早餐谷物制造商提供了好的机会，人均消耗在将来，特别是在城市将大幅增长。2早餐谷物食品的营养与配料早餐谷物盛行主要归功于它们的营养要素。这样的产品能同时提供能量(133978167472kJ1009)、营养素(维生素、矿物质等)、功能性组分(如膳食纤维)。在早餐谷物发展的历程中，广告总是强调产品的营养健康功能，消费者逐渐认识了这种产品益处。今天营养对健康和疾病的影响正成为食品研究者、食品制造者和消费者的一个主要关注内容。这样，健康饮食的潮流逐步影响了食品的选择，早餐谷物也不能逃避这种潮流。的确

6、，对营养健康问题的关注也导致早餐谷物食品制造的革命。表1列举了一些市场上几种有代表性的早餐谷物的营养成分。表l产品编号热量(千卡)脂肪(g)胆固醇(g)蛋白质(g)碳水化合物(g)膳食纤维(g)糖(g)钠(rag)钾(nlg)维生素A(嵋)维生索BI(nag)维生素B2(rng)维生紊岛(mg)几种代表性的早餐谷物食品的营养组1009产品123456737038042040739737743654007039929”12000一70705764524514085087082482377170986833001525391912870100一一一一一10301060一一一一一9001300一一一

7、一一600600一一一442542641212098O980980709313121121121120250275860424242一一烟酸(mg)叶酸(旭)维生素(腿)维生素BJ2(腿)维生素C(rng)维生素D(旭)维生素E(nag)铁(nag)钙(rag)锌(nag)15015O126126108一一16701670140014001400一一1717141641409091212070707一一250250420420420一一8383一一一3030一一一59683839898985046一一26702670400200225一一5148注：数据来源于所购产品的标签。早餐谷物食品的原料

8、对其营养和品质有决定性的作用。早餐谷物食品制造者选择原料时，一方面要注意早餐谷物的营养需求，另一方面要注意早餐谷物的Jn-v工艺对原料的限制。现就挤压加工早餐谷物所用原料做一简要介绍。挤压加工谷物食品的基础配方通常包括面粉、淀粉、盐、糖、麦芽抽提物及液体甜味物质、热稳定维生素和矿物质、风味物质、色素和水。干原料喂人到挤压机中，液体甜味剂、风味物质、色素和水等的溶液注入挤压机中的混合物料中。通常用来生产挤压谷物食品的谷物有大米、玉米、小麦和燕麦。作为一种基料，不同的134 农产品加工技术及装备与湖南“三化”谷物使成品有不同的风味特征。例如，大米较柔和，而玉米有一种独特玉米风味。玉米和大米结合。则

9、有一种特殊的风味，并且挤压产品的组织结构可以得到改善。大豆分离蛋白和浓缩蛋白在挤压谷物食品中的应用越来越普遍，其他非传统的成分，如蚕豆、亚麻仁、粟，也可用做配方，以满足特殊的营养效应或健康要求以及满足消费者的需要。淀粉和变性淀粉在挤压食品中的应用有利于成品组织结构和感官性质的改善，淀粉结构对挤压产品的结构有很大影响，可以增加或减小细胞的厚度。和其他成分一样，淀粉与液体物料(如水、液态甜味物质、油等)结合，可增加或减少孔胞的大小。另外，淀粉具有一种形成膜能力，可减缓谷物对牛奶的吸收，增加早餐谷物食品在牛奶中的保脆性。根据产品配方的不同，挤压早餐谷物产品包含08不等含量的纤维，高的膳食纤维含量可增

10、加产品卖点。美国营养标签和教育法令规定：如果每份食物中含有259以上膳食纤维，则可声称是良好膳食纤维来源的食品，如果每份食品的膳食纤维含量在5以上，则可声称是最佳膳食纤维来源的食品。但如果配方中纤维含量过高，谷物食品的形状就很难保证。甜味剂除了给产品增加甜味，还有其他功能性特征。白糖作为涂衣加入，可提高谷物糖度加强产品风味。蔗糖应用最为广泛，因为它可使产品表面涂覆一层白色的糖霜或者使产品的表面硬而光滑。糖液可作为风味物质和营养物质的载体、也将干的原料(如坚果等)粘合在谷物产品的表面，同时改善组织结构。糖能和淀粉争夺有限的水分，因而可影响产品中淀粉的水合及膨胀。总体上讲，糖含量一般低于1696。

11、调味料和色素可改善挤压谷物食品的外观。天然的或合成的调味料和色素的添加量依据配方设计师及消费者爱好而定。通常调味料涂覆在挤压早餐谷物表面，对甜食来讲，通常将风味物质添加在糖衣之中。其他原料如香料、蜂蜜、麦芽糖可增加挤压早餐谷物自然的风味。为增强风味或减少配方中某些风味物质在加工过程中的产生的问题，还可加入辅助风味物质。表2列举了几种谷物早餐食品的配方，以供参考。表2序号玉米燕麦小麦脱脂大豆粉蔗糖麦芽糖蜂蜜食盐磷酰胆碱脂维生索矿物质谷翱早餐食品的配方单位：kg1234561000303050700100300000030703010001002020051085102OOOlO0O2210222

12、222OO1051000050505050005O1010，13早餐谷物食品的生产工艺目前常见的早餐谷物食品生产工艺有三种：(1)传统的烘烤和气流膨化工艺，其生产工艺见图1。采用这种类似工艺生产的食品在早餐谷物食品的现状及发展趋势135市场上常见的有玉米片、小麦片、大米片等，这些食品具有松脆的口感和平整的泡状结构，一直深受消费者的喜爱。在美国，多年来玉米片一直是最受欢迎的早餐食品。但这种工艺方法生产量小，加工时间长，能耗大。谷物胚乳颗料一筛选(3-5分钟)一蒸汽蒸煮(1-2h、水分34、100)一排气冷却(间隙操作)一带式干燥(10分钟、水分21、2h、80C)一缓苏(24h)一压片(1802

13、00rmin)一烘烤(300、水分3)一调味一包装图1传统的烘烤和气流膨化工艺(2)喷枪膨化工艺，这种工艺是通过压力变化产生膨化的典型例子，这种方法通常将小麦或大米颗粒装入喷枪(即间隙式膨化器)中，密封旋转并加热至425U、压力上升至14kgcm2，然后打开关闭的阀门，物料即喷爆而出，干燥冷却后即为成品。这种成品的膨化度很大，为原物料的15-20倍，产品十分酥松，但脆性不够。使用这种工艺生产的产品形状单一，受颗粒物料形状限制。这种工艺方法也具有加工时间长，能耗大，产量小的缺点。(3)挤压蒸煮技术工艺，目前常见的有两种类型：直接膨化挤压蒸煮工艺，见图2；间接挤压蒸煮工艺，见图3。原辅料混台一体积

14、式或重力式计量一双曩杆或单螺杆挤压燕煮(200-450rmin、1620水分、11018017) -+气力输送(710水分)呻带式或流化干燥(先烘干140160、后烘烤150C200C、2-3水分)一涂衣(80+Brix糖液、也可喷洒一些颗粒小料)一千燥一冷却包装图2直接膨化挤压蒸煮工艺原辅料混台一体积式或重力式计量一预调制(7585、1820水分)一双螺杆挤压蒸煮(LD=2030，终端温度小于100C、2226水分、200ram左右)一切断(5-6rm,直径、68mm长、95C、2022水分)一调温装置(4060)一压片(32C38C、18C加水分)一干燥烘烤(先220C-270C干燥、后1

15、60(2200烘烤、23水分)涂衣(80。Btix糖浪、也可喷洒一些囊粒小料)一干燥一冷却一包装图3问接挤压燕煮工艺近30年，连续挤压蒸煮技术在早餐谷物生产革新和发展中，起着非常重要的和决定性的作用。同常规、间歇式的湿热蒸煮(90110温度，15-30分钟的滞留时间)相比，连续挤压蒸煮过程被看成是一种高湿短时(1lO180(3温度，O515分钟的滞留时间)的机械热力蒸煮过程，生产力得到大幅度提高，同时，它使得生产者能生产以任何谷物或淀粉为基料的早餐谷物。早餐谷物品种和特性进一步多样化。尽管湿热蒸煮过程和连续挤压蒸煮过程均是将淀粉聚合体从结晶状态转变为无序状态，但两者之间有明显的不同。挤压过程中

16、的塑化(流体化)作用对淀粉分子结构产生特定的作用。在湿热蒸煮过程中淀粉的糊精化作用是可以忽略的，但在挤压蒸煮过程，它对剪切作用是非常敏感的，这样有助于淀粉分子的重新排列。由于塑性和剪切的共同作用，有助于获得各种各样的分子结构，从而使流体产生各种功能特性，从而有助于获得各种不同特性的产品类型。片状早餐谷物的生产也可用连续挤压蒸煮技术生产，它不必以特定的片状颗粒为原料，任何的谷物粉状原料(包括麸皮)均可以通过连续挤压蒸煮技术生产片状早餐谷物。这样使得片状早餐谷物生产可以使用更便宜的原料，并且可提高产量，有利于降低产品成本。136 农产品加工技术及装备与湖南“三化”尽管与传统的生产技术相比，两者的产

17、品特性(特别是结构)存在较大差异，连续挤压蒸煮技术的确促进了基本片状谷物(玉米片、小麦片)的生产，同时也产生了一些新的片状品种如营养保健功能的片状谷物(麸皮和燕麦片等)传统喷枪喷爆早餐谷物在结构和形态方面单一，而直接膨化的连续挤压蒸煮工艺能够使用各种各样的原料和配方，这样极大地改变了产品特性。连续挤压蒸煮过程是连续的、灵活的，能够获得极好的产品特性和理想的生产量。市面上常见的直接膨化挤压蒸煮的早餐谷物能够提供154916747kJ1009的能量，有不同的结构、形状、颜色和风味。直接膨化挤压蒸煮技术也能生产麸皮含量高和以燕麦为主料的早餐谷物。连续挤压蒸煮工艺的核心设备是挤压机。挤压机具有压缩、混

18、合、混炼、熔融、膨化、成型等功能。挤压机的腔体可以分成35个区，各区可以通过蒸气或电加热，也可通过挤压摩擦加热，从而达到蒸煮物料的目的，物料在腔体中高湿、高压的作用下，淀粉糊化、蛋白质变性。当物料通过挤压机腔体各区的时候，可溶性的风味物质和色素可以通过腔体在高压的作用下注入到物料之中。在挤压腔体的末端，熔融的物料通过在高压的作用下通过模板的模孔而挤出，由于压力的突然下降，水蒸气迅速膨胀和散失，使产品形成多孔结构，然后膨化的物料被旋转刀切成一定大小的产品。在早餐谷物食品生产中最常使用的是单螺杆挤压机和双螺杆挤压机，而双螺杆挤压机同单螺杆挤压机相比更具有优势，因为单螺杆挤压机对物料粒度、水分要求、

19、组分要求严格，且容易产生物料倒流、螺杆易磨损等问题。20世纪90年代，世界已有美国的Wenger、法国的Clextral、瑞士的Buhler公司、德国的WP公司、意大利的帕万马布公司为代表的食品挤压机著名厂家，生产各种系列的双螺杆食品挤压机投放市场。这些公司生产的双螺杆挤压机已经能够实现温度、压力、转速的自动调节和数字显示。同时，螺杆挤压机的生产能力得到大幅度的提高，目前大型双螺杆挤压机的生产能力可达每小时几吨到几十吨。我国挤压蒸煮技术研究与应用同国外发展相比还有较大的差距，具体表现在：挤压机理研究相对滞后，物料特性对挤压性能的影响研究不够，产品风味单调、品种少、市场寿命周期短。相应的挤压设备

20、存在能耗高、自动化程度低，产量低(最大生产量不超过200kgh)，系统稳定性差，高新技术应用少，设备同样存在使用故障多，可靠性差的通病，制造厂家设计开发和制造手段落后，CAD、CAT、CAM、CAPP等只是处于普及推广的初始阶段先进，极度大地限制了挤压蒸煮技术的应用与发展，难以带来良好的规模效益。4早餐谷物食品生产操作参数对其品质的影响获得理想品质的早餐谷物食品除了要设计一个好的配方，同时也要了解生产操作参数对其品质的影响规律。由于挤压技术目前是生产早餐谷物食品的主要方法，这里重点介绍挤压操作参数对早餐谷物食品品质的影响。在食品挤压技术研究中，需要考虑的参数很多，比如挤压机参数(螺杆结构、转速

21、等)、物料参数(含水量、组成等)及产品特性参数等。所以有必要对这些参数间的关系进行研究。其中最有代表性的是Meuser提出的挤压系统分析模型。他把影响挤压机加工的参数分三类：过程参数，系统参数和目标参数。过程参数是系统参数的函数，系统参数是目标参数的函数，它的模型如下：早餐谷物食品的现状及发展趋势137一一一Y=F(z)z2G(y)过程参数一系统参数一目标参数挤压机参数单位质量输人的机械能膨化度螺杆结构单位质量输人的热能外观螺杆转速模头压力色泽模头形状模头温度糊化度机简温度物料的黏度吸水性迸料速度滞留的时间分布水溶性指数物料参数物料含水量物料组成其他人的研究工作一般仅研究某几个参数的关系，而且

22、大多选择淀粉原料作为挤压对象。1990年Chinnaswany研究认为模头长径比(LD)显著影响玉米淀粉膨化并提出了最佳膨化条件。1991年，Conlter得出结论：螺杆转速对挤压物膨化度无影响。国内对这方面也有研究，中国预防医学科学院营养与卫生研究所对大米淀粉做了较深入的研究，采用中心旋设计法对试验中的模头温度、模头长径比、螺杆转速、套面螺料段湿度和挤压段温度的参数分组，用Brabender DC2000型试验挤出对大米淀粉进行挤压膨化。结果表明：不同参数对挤出物的表现密度的影响不同；表现密度和物料含水量，模头长径比呈显著正相关，表现密度和套筒喂料段湿度挤压段温度、模头湿度呈显著负相关，表现

23、密度和螺杆转速相关性极差；同时提出了压力模型。大连理工大学机械工程学院文东辉博士采用向层面法研究同向旋转双螺杆挤压机操作变量对产量的影响，研究实验表明喂料速度和螺杆转速对常量有显著影响，并在获得最大产量和良好膨化状态下对螺料速度和螺杆转速进行优化，拟合的工阶统计模型适用于生产和挤压控制设计。无锡轻工大学的易坚博士用Sepnadex G-200凝胶过滤层析、碘吸附、碘终合物吸收光谱，x_射线等方法对挤压淀粉进行了研究，依据淀粉的聚集态结构，从理论上阐述了淀粉在挤压过程中降解的力化学过程，并提出淀粉降解成为自由基过程的机理。无锡轻工大学解延军研究了挤压过程中，挤压温度、螺杆转速、进料速度、原料含湿

24、量对玉米淀粉的糊化、降解及挤出物的溶解指数和膨化度的影响。华南理工大学郑建仙博士对膳食纤维在挤压过程中的变化规律进行了研究。5我国发展早餐谷物食品的优势与劣势为了在我国尽快开发早餐谷物食品，必须了解我们的优势和劣势，现归类如下。开发早餐谷物食品的优势：51谷物原料资源丰富。我国粮食年总产量5亿t左右，位居世界首位，我国盛产燕麦、玉米、高粱、大麦、小米、养麦等五谷杂粮，从多样性和营养来说，我国比欧美国家更具优势。52我国人口众多。假设中国人年平消耗早餐谷物01kg，则年消耗早餐谷物可达130万t。仅按5增长，那么在5年后，中国年消耗早餐谷物可达165万t。53 y-餐问题已成为居民普遍关心的热点

25、。“早餐要吃好、中餐要吃饱、晚餐要吃少”是人们普遍认同的饮食原则。随着人们饮食观念的更新、生活方式的改变以及生活水平的提高，对“营养、方便、卫生”的早餐食品的需求量必将迅速增加。54牛奶消费量在我国已达1120万t。资料显示，我国牛奶产量和人均占有量同发达国家相比，还相对匮乏，但乳业市场潜力巨大。中国政府对乳品工业的发展历来都非常重视，138 农产品加工技术及装备与湖南“三化”1999年，农业部、中宣部、教育部、国家计委等国家九部委局联合推出国家“学生饮用奶计划”，该项计划的实施，预示着中国食品消费“白色时代”的到来，未来10年中，中国将成为世界上最大的牛奶?自费市场。早餐谷物食品通常是配合牛

26、奶一起食用，牛奶消费量的增加必将为早餐谷物食品的发展提供空间。55营养强化食品已在我国开始兴起。一些酱油、面粉、饮料等食品开始进行营养强化。早餐谷物食品通常可强化10余种维生素和矿物质，是营养强化剂的理想载体。开发早餐谷物食品的劣势：551挤压设备同国外先进设备相比还很落后，目前国产双螺杆挤压机的最大生产能力不足每小时200kg。要满足我国人平年消费量01kg即130万t的需求，需进口日产40t的成套早镊谷物生产线108套。按目前进口价格估算，每套日产40t的生产线至少需要3000万元。进口108套，需人民币324亿元。552尽管早餐谷物食品已有100年的历史，大部分中国人对早餐谷物食品不太熟

27、悉，尤其是对其营养功能不熟悉。553国外一些知名早餐谷物食品生产企业已开始将产品投入我国市场，凭借其资金、技术和设备的优势，必将对我国早餐谷物食品的发展形成压力。554尽管在双螺杆挤压机的研究上我们做了不少工作，但双螺杆挤压机的机理相当复杂。目前还无法用一套完整、成熟的理论来解释它的挤压过程。对产品质量的控制主要还是凭经验。6开发早餐谷物食品必须要做的工作61原料的选择和配方的设计由于早餐谷物的发展已有100多年的历史，欧美发达国家已根据它们各国的原料特点和人们饮食特点，发展了他们各具特色的早餐谷物品种。我国是一个农业大国，农产品资源十分丰富，可供生产早餐谷物的原料很多，如何选择合适的原料，生

28、产出适合中国人消量的早餐谷物是生产早餐谷物首先必须解决的问题。原料的选择和配方的设计必须做以下几方面的工作：611根据中国营养学会推荐营养素摄取量，确定各营养素的基本比例范围。612采用双螺杆连续挤压机生产早餐谷物的经典工艺参数，依据早餐谷物品质特点，确定配方中蛋白质、淀粉、脂肪中糖类的合理配比。可选定大米作为淀粉类原料、大豆蛋白粉作为蛋白质类、蔗糖作为糖类、棕榈油作为脂肪类。采用正交设计确定大米、大豆蛋白粉、蔗糖棕榈油的最佳比例，计算出蛋白质、淀粉、脂肪、糖类的合理比例。如果基本达到了或达到了RDA的范围，就以此作为配方设计的基础，如果没有达到RDA的范围。此比例仍须进一步进行调整。613依

29、据蛋白质、淀粉、脂肪、糖类的合理比例，结合我国资源优势，选定谷物原料、蛋白质原料、脂肪及糖类原料。各种不同来源的蛋白质、淀粉、脂肪、糖类，挤压膨化特性各不相同，选择工作目前尽管做了许多，但仍须进一步完善。用不同来源的原料生产的产品，在同样满足营养需求的情况下，在品质和风味上有显著不同，因此研究主要从两方面着手，一是先进行单原料的初筛，然后进行复配筛选。614进行品质、风味的改良及营养强化。在选定基本原料配方后，选择合理的品质改良剂和营养强化剂，确保产品在满足营养需求的前提下，获得好的品质和风味。早餐谷物食品的现状殛发展趋势13962操作参数对产品品质影晌关系的研究目前我们国家自行研制和引进了不少螺杆挤压机，为了指导生产，很有必要建立双螺杆挤压的操作参数对产品品质影响的直接数学模型。具体步骤如下：621从众多的操作参数中，选定在生产过程须经常变动并对产品品质影响较大的操作参数。622从众多的品质指标中，选定具有代表品质特征的一些关键指标。623建立操作参数对产品品质影响的数学模型，并进行分析，指导生产。63早餐