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(jiǎn)史﹠擠壓食品的特點(diǎn)﹠擠壓食品的分類擠壓機(jī)內(nèi)各階段的工作過(guò)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(guò)一個(gè)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(jiǎn)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(shí)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(chǎng)一、擠壓食品發(fā)展簡(jiǎn)史（二）爆玉米花是我國(guó)最早的膨化食品1979年，我國(guó)研制成功食品擠壓機(jī)投放市場(chǎng)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(guó)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(shí)驗(yàn)要求的小型食品擠壓機(jī)無(wú)錫輕工業(yè)學(xué)院（現(xiàn)無(wú)錫輕工大學(xué)）就玉米等食品原料在擠壓加工過(guò)程中各種因素對(duì)淀粉、蛋白質(zhì)等質(zhì)構(gòu)變化的影響，對(duì)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(jì)制造了可視雙螺桿擠壓機(jī)二、擠壓食品的特點(diǎn)擠壓食品的加熱、熟化和擠壓成形是在一臺(tái)擠壓機(jī)內(nèi)，用很短的時(shí)間幾乎是同時(shí)完成的食品在被擠出模頭時(shí)，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(guò)程中特殊加熱、加壓方式，能對(duì)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(shí)間變化曲線擠壓加工的特點(diǎn)＊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(wú)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(guò)程和質(zhì)構(gòu)變化完整的擠壓食品加工過(guò)程擠壓機(jī)內(nèi)各階段的工作過(guò)程和質(zhì)構(gòu)變化擠壓過(guò)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(guò)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)12345678二、擠壓機(jī)內(nèi)各階段的工作過(guò)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(guò)程實(shí)際上是連續(xù)漸變的螺桿長(zhǎng)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(gè)區(qū)域同時(shí)完成正是由于這么多工序都在一臺(tái)擠壓機(jī)內(nèi)完成，所以，擠壓加工具有占地面積小、用時(shí)短等許多優(yōu)點(diǎn)幾點(diǎn)說(shuō)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)物料是以相對(duì)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(diǎn)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(guò)的粒狀改變?yōu)榭伤苊鎴F(tuán)，向熔融狀態(tài)過(guò)渡，故又稱為過(guò)渡段此蒸煮過(guò)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(guò)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(jì)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(duì)食品的物理性質(zhì)的影響。塑料在擠壓機(jī)中的熔化過(guò)程圖4顯示了物料在一個(gè)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(dòng)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(dòng)來(lái)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(lái)已廣泛采用了螺桿擠壓機(jī)，以試算法和實(shí)驗(yàn)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(guò)程中流體和傳熱基本原理，并發(fā)展到精確模擬試驗(yàn)，在食品擠壓領(lǐng)域中把模擬應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中約是從60年代在食品實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(gè)均壓區(qū)使物料穩(wěn)定均勻地通過(guò)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(gè)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(dòng)變化，這種變化對(duì)具有簡(jiǎn)單的一個(gè)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(jiǎn)單，就是在螺桿端部與模頭之間的一個(gè)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(jiǎn)圖1-螺桿2-筒體3-模頭均壓和擠出成形對(duì)于大直徑的單螺桿擠壓機(jī)或雙螺桿擠壓機(jī)來(lái)說(shuō)，模頭的模孔的數(shù)量不止一個(gè)，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(jì)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(shí)例。物流通過(guò)多孔板之后的運(yùn)動(dòng)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(gè)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—?？装寰鶋汉蛿D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€(gè)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(gè)孔的流動(dòng)阻力相差不大，有些形狀特殊的、復(fù)雜的孔要通過(guò)在設(shè)計(jì)時(shí)反復(fù)試算和大量試驗(yàn)才能確定擠壓機(jī)工作應(yīng)注意的問(wèn)題食品擠壓理論及擠壓機(jī)的試驗(yàn)研究，對(duì)于擠壓機(jī)的設(shè)計(jì)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(guò)程中碳水化合物的變化擠壓過(guò)程中蛋白質(zhì)的變化擠壓過(guò)程中脂肪的變化1.擠壓過(guò)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?cè)跀D壓過(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(jiǎn)體的形狀)剪切力淀粉在擠壓機(jī)內(nèi)的滯留時(shí)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