《食品技术原理》教案——第十章 食品挤压技术.docx

挤压技术是最早应用于塑料制品的加工，随着食品工业的发展，挤压加工技术所特有的优越性愈来愈被人们所认识，并应用于食品加工。早期挤压技术，主要是食品挤压成型机,用于肉类和肠制品灌肠。现代挤压技术，集混合、混炼、熟化、挤出成型于一体。20世纪40年代，挤压技术在食品工业中的应用领域得到了较快的拓展。挤压机的使用很快普及，生产出多种方便食品。如即食食品，小吃食品，断奶食品，儿童营养米粉。20世纪50、60年代，挤压技术有了很大的发展，应用领域由谷物食品发展到生产家畜饲料,鱼类饲料，植物组织蛋白；挤压技术理论方面也有了认识，对挤压机的结构设计，工艺参数和挤压过程机理也有了深入研究；挤压设备也有发展，由单螺杆发展为双螺杆，研究了高剪切力挤压机和低剪切力挤压机，适合不同原料的生产。20世纪70所代之后，挤压技术的应用己有相当规模。产量进一步提高，美国挤压食品产值可达十几亿美元，日本上世纪80年代初，挤压食品种类总数达几百各，产量14.6万吨。应用领域扩展到水产品，仿生制品，调味品，乳品，糖果制品，巧克力制品，方便面等方面。一、挤压技术的特点挤压食品的生产工艺主要靠挤压机来完成。挤压成型的定义是：物料经预处理（粉碎、调湿、预热、混合）后，经过机械作用强使通过一个专门设计的孔口（模具），以形成一定形状和组织状态的产品。其主要含义：塑性或软性物料在机械力作用下，定向地通过模板连续成型。对于食品来讲，大多数食品尤其是小吃食品都是在成熟后上市销售直接食用的。所以对于食品挤压机来说，除了要具备挤压成型功能外，还需要具有其他功能，主要是加热、熟化、杀菌功能。因此，大部分挤压机将加热蒸煮和挤压成型有机结合起来，使原料经挤压之后，成为具有一定形状和质构的熟化或半熟化产品。挤压技术归结起来有以下特点：1、生产连续化原料经预处理后，即可连续地通过挤压设备，生产出成品/半成品2、生产工艺简单，流水线短，便于管理挤压机能够集原料粉碎、混合、加热、熟化、成型于一体，发挥一机多能的作用，方便生产管理和产品质量管理3、生产效率高，生产费用低，原料浪费少使用挤压机进行生产，操作简单，在生产过程，除了在开机和关机时需要投入少许的原料使设备过渡到稳定的生产状态和顺利停机外，生产过程中不存在其他的原料浪费。另外由于一机多用，降低了能耗。一般情况下，其能耗仅是传统生产方法的60%80%,其生产成本为传统方法40%左右。4、产品种类多，应用广泛挤压技术可以应用于多种食品的加工，对于同一类产品的加工，在生产过程中，只要简单地将模具更换即可生产出不同形状的产品，丰富了产品的品种和花色。挤压食品的种类很多，膨化食品仅是挤压食品的一个品种。（膨化食品也不都是由挤压方法进行加工的，蒸煮挤压仅是膨化手段之一）。食品膨化，还可用其他方法，如气流膨化，高温油炸膨化，真空油炸膨化等。二、挤压膨化的原理根据不同的生产目的和产品需要，利用挤压机可生产出膨化或不膨化的组织化的成品或半成品。膨化食品指将原料进行高温高压处理后，迅速降低压力使其体积膨胀若干倍，且内部组织呈多孔海绵状态的食品。组织化产品：将原料（主要指蛋白原料）经处理后，使蛋白质的原始结构发生变化，在外加条件作用下，产生了分子间的重组，形成一种类似于肉类组织结构的产品。挤压膨化的原理是：含有一定水分的物料，在挤压机套筒内受到螺杆的推动作用和卸料模具及套筒内节流装置（如反向螺杆）的反向阻滞作用，另外还受到来自外部的和物料与螺杆套筒内部磨擦热的加热作用。两种作用的结果：物料处于高压（3-8MPa）高温（120200）。如此高的压力超过了挤压温度下的饱和蒸汽压,所以物料在挤压机筒内不会产生水分蒸发和沸腾。在如此高的温度、剪切力及高压作用下，物料呈熔融状态。当物料被强行挤出模具口时，压力骤然降为常压，水分便会发生急骤的闪蒸，产生类似于“爆炸”的情况，产品随之膨胀。水分从物料中蒸发，带走了大量热量。物料在瞬间温度由高温迅速降至80左右，低温。由于温度下降，物料从挤压时的熔融状态固化成形，保持了膨胀后的形状。挤压食品的种类很多，如蒸煮成型产品，挤压组织化产品，挤压膨化产品等。挤压膨化产品仅仅是挤压制品中的一种产品形式。挤出产品不等于膨化产品。挤压只是膨化的手段之一。根据对产品要求的不同，膨化制品的生产工艺也不尽相同。挤压膨化食品可以分为直接膨化食品和间接膨化食品。直接膨化食品指原料经挤压机模具挤出后，直接达到产品所需膨化度，熟化度和产品造型，不需采用后期膨化加工。该种产品只需依据产品的特点及需求。在挤出膨化后进行调味和喷涂间接膨化产品指原料经挤压机模具挤出后，没有膨化或只产生少许膨化，产品膨化工艺主要靠挤出之后的焙烤或油炸来完成。挤压只让原料达到熟化、半熟化或组织化，以及给予产品一定形状。同直接膨化食品相比，间接膨化食品一般具有较均匀的组织结构，口感较好,不易产生粘牙的感觉。淀粉和糊化较彻底，膨化度易控制。但这种方法生产流程较长，所需辅助设施较多。挤压组织化主要指植物蛋白的挤压组织化,组织化后的植物蛋白可产生类似于肌肉的结构和纤维特征，改善了口感，扩大了它的使用范围，提高了营养价值。目前的植物组织蛋白基本上有两种类型：肉类填充料：添加于肉食原料中仿肉类产品：代替肉类（低胆固醇）挤压组织化原理：在挤压机内，由于所受的剪切力和磨擦力的作用，使维持蛋白质的三级结构的氢键，范德华力，离子键，双硫键遭到破坏，形成相对呈线性的蛋白质分子链。这些相对呈线性的分子链在一定的温度和水分含量下变得更为自由，更容易发生定向再结合，即热变性和剪切促使蛋白质变为类似纤维状结构。随着剪切的不断进行，呈线性的蛋白质分子链不断增多，相邻的蛋白质分子链之间由分子间的相互吸引而趋于结合，当物料被挤压经过模具时，较高的剪切力和定向流动的作用更加促使蛋白质分子的线状化，纤维化和直线排列。这样经过挤出的物料就形成了一定的纤维状结构（良好的口感和弹性）和多孔的结构（免水性和松脆性）三、蒸煮挤压食品特点总体而言，利用挤压技术生产的产品具有以下特点1、不易产生“回生”现象，便于长期保存2、营养成分损失少，食物易消化吸收3、产品口感细腻4、风味好，食用方便5、产品卫生水平高，保存性能好四、挤压机分类食品中所使用的挤压机类型很多，分类方法各异，常用以下方法分类1、按挤压过程中剪切力的高低分类高剪切力挤压机：挤压过程中产生较高剪切力的挤压机。具有较高的转速和较高挤压温度，适合于简单形状的产品生产。低剪切力挤压机：主要作用在于混和、蒸煮、成型、适合于湿软的动物、鱼类饲料或高水分食品的生产。适用于形状较复杂的产品成型，操作中由于机械能粘滞耗散较少。项目低剪切力挤压机高剪切力挤压机进料水分20%-35%13%-20%成品水分13%-15%4%-10%挤压温度（C）150200转速/rmin1较低(160-100)较高(250-500)螺杆剪切率/20-100120-180输入机械能kwhkg10.02-0.050.14适合产品类型湿软产品植物组织蛋白、膨化小吃食品、膨化饲料产品形状形状复杂生产形状较简单产品成型率高低2、按挤压机的受热方式进行分类自热式挤压机：挤压过程中所需要的热量由物料与螺杆、物料与机筒之间磨擦产生，温度受生产能力，水分含量、物料粘度、环境温度、螺杆转速影响。外热式挤压机：外部加热，提高挤压机筒和物料的温度。根据挤压过程各阶段对温度参数要求不同，可分为等温式挤压机，变温式挤压机。根据加热方式可分为蒸汽加热、电磁加热、电热丝加热、油加热等。自热式挤压机外热式挤压机主要特点温度不易控制，偏差大温度易控制进料含水量13%-18%13%-35%成品水分8%-10%8%-25%简体温度（）180-200120-350(可调)转速rmir)T500-800可调剪切力高可调适合产品小吃范围广条件控制4i-易3、按螺杆的根数分类单螺杆挤压机，双螺杆挤压机，多螺杆挤压机螺杆挤压机由套筒和带螺旋的螺杆组成。螺旋的作用是推挤可塑性物料向前运动。由螺杆或套筒结构的变化以及由于出料模孔截面比机筒和螺杆之间空隙截面小得多，物料在出口模具的背后受阻形成压力，再加上螺杆的旋转和磨擦生热以及外部加热，使物料在机筒内受到了高温高压和剪切力的作用。最后被迫通过模孔而挤出，并在切割刀具的作用下，形成一定的形状。单螺杆挤压机在机筒内只有一根螺杆,使螺杆和机筒对物料的磨擦来输送物料和形成一定压力。一般物料对机筒的磨擦系统物料对螺杆的磨擦系数。双螺杆挤压机是在单螺杆挤压机的基础上发展起来的。双螺杆挤压机的套筒横截面为“00”型，在套筒中并排安放两根螺旋。同单螺杆挤压机相比，双螺杆挤压机具有强制输送物料，混合物料作用，自洁作用，压延作用。多螺杆挤压机，一个套筒中并排几根螺杆的挤压机，混合效果更加理想。4、其他分类方法按螺杆传速或装配结构的不同分类分为：普通、高速、超高速挤压机整体式挤压机、分开式挤压机五、挤压机构造一台挤压设备通常由主机、辅机及控制系统组成。主机由挤压系统（机筒、螺杆）、传动系统，加热及冷却系统组成。辅机由进料器、液体进料器、设备冷却系统，设备润滑系统、切割器、模具组成。控制系统由电气、仪表和执行机构组成。六、挤压过程中营养成分的变化1、淀粉淀粉在挤压食品中的作用：赋形作用，支链淀粉变化可引起密度控制，直链淀粉变化可引起硬度变化，淀粉糊化可引起吸水速度变化，同时在风味调节中起重要作用。淀粉发生的化学变化主要有：糊化和糊精化2、蛋白质物料挤压后，蛋白质总量有所降低，部分蛋白质降解，游离氨基酸含量升高。3、脂肪挤压后，脂肪氧化氧化程度比在正常加工方法条件下，脂肪氧化程度较轻。原因是蛋白质、脂肪和淀粉在挤压过程中形成了复合物，减轻氧化，延长食品货架期。4、维生素和矿物质损失比正常加工损失要少5、其他挤压食品调味料使用量很大，如甜味剂使用量很大，可以在挤压前加入或挤压后加入。