擠壓食品概論

擠壓食品概論李文釗主要內(nèi)容擠壓食品概述

﹠擠壓食品發(fā)展簡史﹠擠壓食品的特點﹠擠壓食品的分類擠壓機(jī)內(nèi)各階段的工作過程和質(zhì)構(gòu)變化擠壓食品生產(chǎn)食品擠壓生產(chǎn)技術(shù)的研究開發(fā)和發(fā)展第一章概述擠壓食品的概念（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”擠壓機(jī)﹠柱塞式擠壓機(jī)﹠螺桿擠壓機(jī)膨化食品與擠壓食品一、擠壓食品發(fā)展簡史（一）1900年左右出現(xiàn)間歇柱塞式通心粉擠壓機(jī)1930年前后將單螺桿擠壓機(jī)應(yīng)用到面條的連續(xù)壓制上30年代后期GeneralMillsInc.首次將擠壓技術(shù)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(jī)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(jī)首次進(jìn)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(jī)被就應(yīng)用到食品加工中，用擠壓機(jī)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(yīng)的專門研究開發(fā)機(jī)構(gòu)90年代后，世界上已有生產(chǎn)各種系列的食品擠壓機(jī)投放市場一、擠壓食品發(fā)展簡史（二）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(jī)投放市場許多院校和研究所開始食品擠壓技術(shù)與擠壓設(shè)備的研究1986年，發(fā)表了“谷物膨化技術(shù)的研究與應(yīng)用”的論文1992年，江蘇工學(xué)院(現(xiàn)江蘇理工大學(xué))孫一源等以法國BC—45雙螺桿食品擠壓機(jī)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(jī)無錫輕工業(yè)學(xué)院（現(xiàn)無錫輕工大學(xué)）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(fēng)味變化的影響做了深入研究1996年，北京化工大學(xué)朱復(fù)華、林炳鑒和陳存社等人自行設(shè)計制造了可視雙螺桿擠壓機(jī)二、擠壓食品的特點擠壓食品的加熱、熟化和擠壓成形是在一臺擠壓機(jī)內(nèi)，用很短的時間幾乎是同時完成的食品在被擠出模頭時，由于壓力的突然下降，水蒸汽迅速膨脹和散發(fā)，使產(chǎn)品形成多孔結(jié)構(gòu)擠壓過程中特殊加熱、加壓方式，能對食品產(chǎn)生有利影響，如使食品的可消化性、速食性、滅霉率等趨于最大圖一一種擠壓膨化食品的溫度、時間變化曲線擠壓加工的特點＊多變性＊生產(chǎn)能力大＊成本低＊產(chǎn)品形狀多種多樣＊產(chǎn)品質(zhì)量高＊能量利用率高＊易生產(chǎn)新食品＊食品原料幾乎無損失三、擠壓食品的分類從最終產(chǎn)品的膨化度分＊幾乎末膨化食品＊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(fēng)味、形狀上分從風(fēng)味、形狀上能分出千百種擠壓食品第二章擠壓過程和質(zhì)構(gòu)變化完整的擠壓食品加工過程擠壓機(jī)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(shù)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(yù)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(shè)備流程圖示意圖

1－錐形混合機(jī)2－螺旋提升機(jī)3－預(yù)處理機(jī)4－雙螺桿擠壓機(jī)5－擠出模頭6－切割機(jī)7－烘干（冷卻機(jī)）8－調(diào)味系統(tǒng)9－計算機(jī)控制系統(tǒng)12345678二、擠壓機(jī)內(nèi)各階段的工作過程和質(zhì)構(gòu)變化擠壓機(jī)內(nèi)的輸送和混合擠壓機(jī)內(nèi)食品原料的壓縮和剪切擠壓機(jī)內(nèi)食品原料的加熱和熔融擠壓機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)第二段內(nèi)即進(jìn)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(jī)的原理和方法2.擠壓機(jī)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(jìn)，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(tuán)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(tuán)，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(yīng)食品原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子、維生素和酶發(fā)生化學(xué)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(jìn)入壓縮剪切段(過渡區(qū))開始到熔融段(限流區(qū))，面團(tuán)的粘度和其他物性變化劇烈，由開始面團(tuán)粘度較大，隨著熔融的增多，粘度降低。目前難以在擠壓機(jī)中模擬計算這種復(fù)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。塑料在擠壓機(jī)中的熔化過程圖4顯示了物料在一個螺旋池內(nèi)熔化，聚合物熔化池逐漸增大的情況圖4典型的溶融模型1-溶池2-機(jī)筒內(nèi)表面3-熔膜4-分界面5-固體床6-螺紋3.擠壓機(jī)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(jī)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(dá)到最大值可采用流體動力學(xué)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(jī)，以試算法和實驗觀察為基礎(chǔ)。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(lǐng)域中把模擬應(yīng)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(jī)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(jìn)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(jī)的工作影響不大，所以，小型擠壓機(jī)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?？滋幬锪系倪M(jìn)出壓差，使擠出的產(chǎn)品符合要求，如圖5所示

圖5單螺桿小直徑擠壓機(jī)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(jī)或雙螺桿擠壓機(jī)來說，模頭的?？椎臄?shù)量不止一個，孔的形狀也較復(fù)雜以保證模頭各孔的進(jìn)口壓力相等，物料流速也相同為此，通常的設(shè)計方法是在螺桿的末端加均壓板即多孔板，在模頭的進(jìn)孔端前加導(dǎo)流板，如圖6所示圖6雙螺桿擠壓機(jī)均壓形成示意圖1—螺桿2—機(jī)筒3—多孔板4—導(dǎo)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(yùn)動流向與軸相平行，并能使各方向的壓力均勻

圖8導(dǎo)流板、?？字械奈锪狭骶€示意圖在多孔板之后模板之前還有一個導(dǎo)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(dǎo)流板2—模孔板均壓和擠出成形模孔的斷面形狀決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(fù)雜的孔要通過在設(shè)計時反復(fù)試算和大量試驗才能確定擠壓機(jī)工作應(yīng)注意的問題食品擠壓理論及擠壓機(jī)的試驗研究，對于擠壓機(jī)的設(shè)計與改進(jìn)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(jī)各段的生產(chǎn)能力應(yīng)該是相等的絕不允許出現(xiàn)qm1<qm2<

qm3<qm4的情況

qm1——擠壓機(jī)輸送段的輸送能力qm2——擠壓機(jī)壓縮和剪切段的能力qm3代表擠壓機(jī)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(guān)：擠壓溫度物料水分含量螺桿轉(zhuǎn)速擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)(螺桿、簡體的形狀)剪切力淀粉在擠壓機(jī)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