挤压技术及其应用

一、挤压膨化原理

含有一定水分的物料被挤出机机筒内的螺杆推动，被机筒内的模具和切断装置阻挡，同时也受到外界摩擦热和物料与物料的加热。螺杆和机筒使材料处于3～8MPa和120～200℃的高温环境中，并可根据需要达到更高的温度。

由于压力超过挤压温度下的饱和蒸汽压，物料会在挤压筒内沸腾蒸发水分。

在如此高的温度、剪切力和压力下，材料处于熔融状态。当物料被强行挤出模口时，压力突然下降到常压，此时水闪，出现类似“爆炸”的情况，产品随之膨胀。

水分从物料中蒸发，带走大量热量，使物料从挤压过程中的高温瞬间下降到80℃的较低温度。由于温度的降低，材料从挤压时的状态固化成型，并保持膨化的形状。

膨化膨化食品的成分主要是淀粉。因此，膨化状态的形成主要是由淀粉完成的。在高温高压状态下，淀粉颗粒先糊化，然后分子在高温、高剪切作用下结合交联，形成网状结构。经挤压、冷却、固化后，结构成为膨化食品结构的骨架，其他原料的配料填充在其中。

因此，原料中淀粉的含量直接影响产品的膨化程度。在原料中没有淀粉的情况下，基本不会产生膨化效果。

2、挤压技术特点

1）提高实用品质，便于收纳

膨化技术的使用可以使原本含有较多纤维素和维生素的玉米和高粱变得膨松柔软，膨化过程中产生的美拉德反应增加了食品的色、香、味。从而提高了实用品质，使食品具有清淡、香脆、香气浓郁的独特风味。

2）提高产品质量，减少有害物质

挤压过程通常是高温、高压、短时间的过程，这导致材料处理有限，因此在最终产品中保留了原材料中几乎所有的营养成分。同时，高温短时间工艺仍能减少有害酶和微生物等不良产物因素。

3）原料适用性广，产品种类多

可以加工的原材料种类繁多。不仅可以将五谷杂粮、土豆、豆类等杂粮深加工，粗粮也可以做细，制作精美的零食；还可以加工水果和蔬菜、香料和一些动物蛋白。生产膨化零食时，只需更换原料和模具，使用同一台挤出机即可生产出不同形状的产品。

4）生产效率高，生产成本低

国外大型双螺杆挤出机的生产能力达到每小时几十吨，操作简单。与传统蒸煮方法相比，采用现代挤压技术加工产品，显着减少了时间消耗、能源消耗、劳动力和厂房占用。

5）少浪费，不浪费

原料膨化后，利用率达98℅以上。一般来说，除了在开机和关机时需要少量原料作为引物外，整个生产过程几乎没有废物排放，不存在原料浪费。

3、挤出设备

挤出机是从简单的成型机发展而来的，最初只用于塑料行业，后来用于食品等行业。目前使用的挤出机主要是螺杆挤出机，按结构可分为单螺杆和双螺杆两种。

单螺杆挤出机通过由细到粗、螺距由宽到窄逐渐增大的螺杆推进物料。目前我国生产的单螺杆挤出机基本采用螺纹高度较浅的螺杆，转速为300-400r/min。它可以产生高研磨和高剪切力，并且谷物原料在桶中停留的时间很短。10-20s，顶出前物料温度高达130-140℃。

双螺杆挤出机具有一对相互连续啮合的反向或同向旋转的螺杆，利用正位移原理强制输送物料。

在物料输送过程中，很少形成压力回流，可使局部压力急剧上升，加快膨化进程，获得高产量。

4、挤压膨化工艺流程

膨化食品的生产过程为粉碎→混合（润湿）调理→输送→喂料→挤压膨化→整形、切割→烘烤→注油、调味→包装。

1）粉碎

为了使原料在挤压和蒸煮过程中混合均匀，使淀粉充分糊化，有利于膨化，将每一种物料（玉米应先去壳和胚芽）粉碎至30-40目粒度，双螺杆挤出机粉碎至60目以上。

2) 原料混合

将不同的原料和辅料在粉料混合机中按一定比例混合均匀，并根据气候、环境温度和湿度的差异确定加水量。混合原料的总水分控制在13%～20%。

3) 挤压膨化

挤压是整个过程的关键，它直接影响到产品的质地和口感。影响挤出的变量很多，如物料的水分含量、温度、压力、螺杆转速、原料的种类及其在挤出过程中的比例等。

直链淀粉含量低的原料膨化后α度高，膨化效果更好。原料中不同的蛋白质和脂肪含量也会对膨化质量产生影响。蛋白质含量高的物料在挤压时膨化度低；当脂肪含量超过10%时，会影响产品的膨化率，一定量的脂肪可以改善产品质地和味道。不同类型和型号的挤出机具有不同的挤出工艺参数。

4) 整形和切割

膨化物料从模孔中挤出后，由靠近模孔的旋转刀具切割成型或拉到成型机上。

5) 干燥

挤出的半成品水分含量高，需要通过皮带输送机送入隧道式干燥机进一步烘烤，使水分含量低于5%，以延长保质期，同时烘烤后产生特殊香气，提高品质。

6) 调味料

 将按一定比例混合的植物油和奶油加热到80℃左右，通过雾化喷嘴将油均匀地喷在随着调味机的转动而翻滚的物料表面。喷的目的一是为了改善口感；二是使材料容易粘在调味料上。

然后喷上调味料，通过装有螺旋桨的喷粉器将粉状调味料均匀地撒在材料表面，即得成品。为防潮和保证酥脆，调味品应立即包装。

5、挤压技术的多领域应用

1）在休闲食品加工中的应用

膨化食品是将挤压技术应用于食品加工的一个成功产品。以大米、玉米等谷物和土豆为主要原料，经过挤压、蒸煮，膨化成疏松多孔的产品。烘烤、脱水或油炸后，表面喷上一层美味的调味料。膨化虾等都属于这一类。

另一类是膨化夹心零食，它是通过共挤膨化，即将颗粒物料挤压成中空管状，加入蛋黄粉、糖粉、奶粉、调味料等各种配料，和香料压在一起。加入一定比例后，充分搅拌混合，形成流动性好的夹心材料。通过夹层泵和共挤模头，将填充物注入管中部，同时挤出泡芙。膨化夹心小食品随着夹心馅的变化，口感酥脆，风味多样。通过改变夹心材料的配方，可以加工各种营养强化食品和功能食品。

2）在油脂浸出中的应用

对于含油量高的油料作物，脱壳（皮）后，先将油料经过挤压机加工，将部分油料提前挤出，在浸出前形成具有一定结构的颗粒，是一种较为理想的新技术。.目前在美国、巴西、印度、瑞士等国家都有挤出机生产厂家。其中，美国ANDERSON Intrntionl Corp生产的用于加工高含油量的预压挤出机尤为引人注目。

此外，挤出机的发明及其在油片溶剂浸出工艺中的应用，大大提高了溶剂浸出工艺的效率。挤出机中的薄片被一系列间歇性的螺旋挤压，并被从机筒突出的固定螺栓摩擦，从而使更多的油细胞破裂。

在将薄片捣碎时，将蒸汽注入装有薄片的桶中，然后将薄片在桶中煮 15-20 秒。烹饪会改变薄片的蛋白质特性，使其更柔软。

同时，当蒸汽进入机筒并与薄片混合时，机筒内的压力使蒸汽由气相变为液相，释放出大量热量，在挤出机内产生有效的蒸煮作用。 ，液体渗入薄片，充分渗入坯料。

此外，油坯完全煮熟后，从挤出机的出口排出。由于压力突然下降，毛坯中的水分会立即从液相变为气相。

当液体变成气体时，它会吸收周围的热量，从而冷却蛋白质并形成一种刚性的、多孔的蛋白质结构并膨胀。

3）挤压技术在抗性淀粉制备中的应用

挤压膨化技术在抗性淀粉制剂预处理中的应用是因为在抗性淀粉的制备过程中，挤压膨化起到了预糊化的作用，提高了淀粉的糊化度。

有报道称，淀粉经挤压膨化后糊化度可达90%以上，而传统工艺糊化率仅为80-90%。

只有淀粉完全糊化后，淀粉酶才能充分作用于其上，生成一定长度的直链淀粉分子。通过调节酶的作用条件，可以提高抗性淀粉的得率。

4）在组织化植物蛋白生产中的应用

组织结构植物蛋白的生产以植物性蛋白质为原料，如大豆分离蛋白、小麦蛋白等，经过挤压和剪切，蛋白质分子的三级结构被破坏，形成相对线性的蛋白质分子链。在一定的温度和湿度下，由于高剪切力和螺杆的定向流动，当它通过模具出口挤出时，蛋白质分子变成纤维状。结构体。

植物蛋白质构后，改善口感和弹性，扩大使用范围，提高营养价值。与动物蛋白相比，具有价格低廉、不含胆固醇、保质期长、易着色、易增香增味等优点。它可以制成各种不同的食物。

可添加到肉类原料中，用作肉类填料，或代替肉、鱼、禽等制成仿肉食品。美国已将此类肉类补充剂添加到汉堡牛排、肉饼和三明治中，汉堡牛排中的肉类替代品高达 30%。

5）挤压技术在保健混合粉开发中的应用

以黑米、大麦、荞麦粉为原料。这些材料具有很高的营养价值和保健功能。然而，由于它们质地坚硬，在正常烹饪过程中难以糊化和消化吸收。因此，它们必须经过特殊处理。挤压技术是理想的方法。

此外，由于各种原料中各种营养素的分布不均，人们对各种营养素的需求往往得不到满足。

6、挤压技术发展前景

食品加工的目的之一是充分利用现有的食品资源，开发新的原料来源，开发出多种大众化食品。

膨化技术的出现，可以说为粮食、淀粉等我们称之为粗粮的原料在食品工业中的应用开辟了一条新途径。

而且膨化食品一般都需要调味，所以膨化食品加工业的发展必然会带动调味品行业的发展，同时也会带动薄膜等包装技术的发展。

此外，随着食品工业的发展，新技术、新工艺的出现，以及人们生活水平的提高，挤压技术及其设备也在朝着更好的方向发展，生产出更受欢迎的低油、保健和天然食物。

如低温、超低温膨化技术、化学膨化技术、超声波膨化技术等可能在不久的将来在实践中得到应用；而微波膨化技术、烘烤膨化技术作为新型膨化技术引起了人们的关注，并逐渐在生产中得到应用。

据介绍，以淀粉为主要原料，用9%的玉米分离蛋白、1.5%的棕榈油，在含水量50%的条件下，500W、2450MHz的微波辐射两分钟即可获得优质的原料膨化食品。

油炸膨化技术对于提高食品品质、降低油品变质程度具有重要意义。如果在20mmHg的真空和100°C的温度下进行油炸，在60°C时会产生水蒸气；如果在80-120°C下油炸，原料中的水分可以充分蒸发，水分蒸发后体积会减少。显着扩张。

油炸设备的产品除了膨化效果明显外，油炸时间也相对缩短。

总之，随着人们生活水平的提高，挤压技术生产膨化食品以及挤压技术在其他领域的应用在我国具有非常广阔的前景。

挤压膨化技术、微波膨化技术、烘烤膨化技术等将是膨化技术的发展方向；真空油炸膨化技术是保持油炸膨化技术活力的有效改进方法。

开展膨化理论与技术研究，开发新原料来源，开发新型挤压膨化设备，挤压膨化技术与其他食品加工技术的有机结合，将是膨化技术发展的重点和热点。