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擠壓膨化技術及其在食品多領域中的應用

摘要:擠壓膨化技術作爲現代食品工程高新技術之一,已廣泛應用于食品工業中,並逐步在油脂、釀造、保健食品等多個加工領域中得到應用。本文主要介紹了擠壓膨化技術的機理、特點、設備、工藝流程以及該技術的應用情況;並對其的應用前景做出了展望。

關鍵詞:擠壓膨化技術 膨化機  膨化食品  應用


Extrusion puffs technical and application of its

in food multi- domains



Abstract: The extrusion puffs the technology to take one of modern food project high technology and new technologies,Has widely applied in the food industry,And in the fat, brews, the health foods grad- ually and so on in many processings domain obtains the application. This article mainly introduced the extrusion puffs technical the mechanism, the characteristic, the equipment, the technical process as well as this technical application situation;And has made the forecast to its application prospect.

Key word: extrusion puffs technical  puffing machine  puff food  application


前言

擠壓膨化技術作爲一種新型食品加工技術,在國外發展很快。早在1856年美國的沃得就申請了關于食品膨化技術的專利,而直到20世紀30年代末才首次把膨化技術應用于生産谷物類方便食品[1 ]。在現今糧油食品加工過程在中,擠壓膨化技術作爲現代食品工程高新技術之一越來越得到衆多食品企業的重視,尤其受到以谷類和薯類爲主要原料的食品加工企業的青睐。就傳統的谷物食品加工方法來說一般需經過粉碎、混合、成型、烘烤或油炸等生産工序,每道工序均需配置相應的設備,生産流水線長、占地面積大、工藝複雜、勞動強度大。而采用擠壓膨化技術加工谷物食品時,只需將原料初粉碎和混合後,即可在一台擠壓機上完成蒸煮熟化、酶失活、殺菌、成形、預幹燥等多道工序,因而大大簡化了工藝,降低了能耗,整個生産過程幾乎沒有損耗,制造成本明顯降低,且無“三廢”産生。因此,擠壓膨化技術是一種多功能、高産量、高品質的新型食品加工技術[2] 。

擠壓膨化食品具有品種繁多、質地酥脆、美味可口、攜帶食用後方便、易于消化吸收等優。作爲一種休閑食品,膨化食品深受消費者尤其是青少年的喜愛和歡迎。就美國來說,各種休閑食品年銷售額高大150億美元,其中30爲馬鈴薯片。而作爲美國最大的膨化食品生産企業的Frito-

Lay公司,年銷售額達到50億美。可以肯定,擠壓膨化技術應用于膨化食品的生産具有十分廣闊的前景。上世紀90年代美國的Frito-Lay公司、日本的Calbee公司以及歐洲和東南亞的膨化食品企業紛紛在中國投資建廠[3]。挤压膨化技术所表现出的多种优越性以及淀粉等物质在挤压膨化过程中具有的独特的产品构型能力,奠定了挤压技术在谷物食品加工等多种领域中的应用基础;同时,膨化产品具有的显著特點,又推动了挤压膨化技术在诸多加工领域中的应用。

1  擠壓膨化技術的機理

含有一定水分的物料,在積壓機的套筒內受到螺杆的推動作用和卸料磨具及套筒內截流裝置的凡響阻止作用,另外還受到來自外部和物料與螺杆、套筒內部磨檫熱的加熱作用,使物料處于3~8MPa和120~200℃的高溫下,根據需要可達到更高的溫度。由于壓力超過了擠壓溫度下的飽和蒸汽壓物料在擠壓筒內便産生水分的沸騰和蒸發。在如此高的溫度、剪切力和壓力下,物料呈現熔融狀態。當物料被強行擠出模具口時,壓力驟然降爲常壓,此時水分便發生閃蒸,産生類似“爆炸”的情況,辣椒视频隨之膨脹。水分從物料中蒸發,帶走了大量的熱量,這樣物料瞬間從擠壓過程中的高溫降至80℃的相對低溫。由于溫度的降低,物料從擠壓時的狀態而固化成型,並保持了膨化後的形狀。

擠壓膨化食品的成分主要以澱粉爲主。因此膨化狀態的形成主要是靠澱粉完成的,在高溫高壓狀態下,澱粉顆粒首先發生糊化,近而在高溫和高剪切的作用下分子之間相互結合和交聯,形成網狀的結構,該結構經擠壓、降溫和固化後成爲膨化食品結構的骨架,其他原料中的成分填充于其中。因此原料中澱粉的含量直接影響到辣椒视频的膨化程度,在原料中沒有澱粉存在的情況下,則基本上不産生膨化效果。

2  挤压膨化技术的特點

2.1 改善實用品質,易于儲存

采用膨化技術可以使玉米、高粱這些原本含有較多纖維素、維生素的粗硬的組織結構變得膨松柔軟,在膨化過程中産生的美拉德反應又增加了食品的色、香、味。從而改善實用品質,使食品具有體輕、松脆、香味濃郁的獨特風味。

2.2 提高辣椒视频質量,減少有害物質

擠壓過程是一個典型的高溫、高壓、短時過程,這使物料處理有限,因而在最終辣椒视频中幾乎保留了原料中所有的營養成分。同時,高溫短時過程仍可減少象有害的酶和微生物一樣的不良辣椒视频因素[4]

2.3 原料適用性廣,辣椒视频種類多

可加工的原料品種繁多,不僅可以對谷物、薯類、豆類等糧食進行深加工,使粗糧細作,生産精美的小吃食品;而且還能加工果蔬、香料及一些動物蛋白。生産膨化小食品時,利用同一台擠壓機只需改變原料及模頭,即可生産出形狀各異的辣椒视频。

2.4 生産效率高,生産成本低

國外大型雙螺杆擠壓機每小時的生産能力達數十噸,且操作簡便。與傳統的蒸煮方法相比,用現代擠壓膨化技術加工辣椒视频,在時耗、能耗、勞動力、占用廠房等方面都有明顯降低。

2.5 浪費少、無廢棄物

用澱粉釀酒、制饬糖時,原料經膨化後,其利用率達98以上,出糖率提高12,出酒率提高20[1]。此外,一般來說,除了開機和停機時需要少量原料作引子外,整個生産過程中幾乎無廢棄物排出,不存在原料浪費現象。

3  擠壓膨化設備

挤压机是从简单的成型机发展而来的,起初只是用于塑料工业,后来逐渐应用于食品及其它行业。目前使用的挤压机主要为螺杆式挤压机,按结构可分为单螺杆和双螺杆两种类型。單螺杆擠壓機靠一个从细渐粗、螺距从宽渐窄的螺杆推进物料。目前我国生产的單螺杆擠壓機基本上采用螺纹高度较浅的螺杆,转速为300~400r/min,它可产生高磨檫和高剪切力,谷物原料在机筒内停留的时间仅为10~20s,物料在出模前的温度高达130~140℃。雙螺杆擠壓機有一对相互连续啮合的反向或同向旋转的螺杆,靠正移位原理强制输送物料。在物料输送过程中很少形成压力回流,可使局部压力急剧升高,加快膨化过程,获得高产量。单雙螺杆擠壓機在食品工业中的应用特點及比较见下表1和表2[5,6]


表1 单雙螺杆擠壓機在食品工业中的应用特點

單螺杆擠壓機

雙螺杆擠壓機

溫度壓力不易控制

可控制恒溫、恒壓

只能膨化具有一定粒度、脂肪含量低的谷物

可以各種谷物爲原料,並加入6℅的油脂進行膨化

易産生倒粉現象

不易産生倒粉現象

膨化前不易調味,必須在膨化辣椒视频的表面噴灑調味液或調味料

可以在膨化前或膨化過程中調整各種風味,可加入奶粉、蛋粉、糖粉或其它調味料。一次加工成型,也可進行成分分離

設備使用一段時間後要更換易損件

不易損件

物料易黏附螺杆

具有自身排清功能

加工的辣椒视频爲各種膨化食品、速溶谷物粉、鍋巴類小食品等

加工的辣椒视频爲蝦球、麥圈等各種膨化食品、高蛋白米粉、速食挂面、膨化餅幹、面包幹等

                       

表2 单雙螺杆擠壓機主要区别

項目

單螺杆擠壓機

雙螺杆擠壓機

輸送機理

借螺杆與物料、物料與機筒內壁的磨擦,物料需填滿機筒

靠正移位原理輸送物料,可在部分裝填料的情況下輸送物料

主要能量供應

靠內磨檫

靠機筒供熱

生産能力

取決于物料中的水分、脂肪含量和工作壓力

與左列因素無關,螺杆直徑越大,産量越大

能耗

900~15000KJ/kg

400~600 KJ/kg

熱分布

不均勻

均勻

剪切力

制造成本

脫氣

困難

容易

混合

要求原料水分

10~30

5~95

4 擠壓膨化的工藝流程

擠壓膨化食品的生産工藝如下所示:原物料→去皮→粉碎→混合(濕潤) 調理→輸送

→喂料→擠壓蒸煮、膨化→整形、切割→烘烤→噴油、調味→包裝。

4.1 粉碎

为使原料混合均勻、挤压蒸煮时淀粉充分糊化有利于膨化,各物料(玉米应先除去皮和胚芽) 粉碎至30~40 目颗粒大小,雙螺杆擠壓機的用料粉碎至60 目以上。

4.2 混合調理

将不同的原料及辅料按一定比例在加湿机中混合均勻,根据气候和环境温度、湿度的不同确定水量的多少,混合后的原料水分控制在13~18。

4.3 擠壓膨化

挤压膨化是整个流程的关键,直接影响到产品的质感和口感。影响挤压膨化的变量较多,物料的水分含量、挤压过程中的温度、压力、螺杆转速、原料的种类及其配比等,一般来说物料水分13 ~18 之间,挤压温度120~160℃左右,挤压腔压力0. 5~1MPa ,螺转速800~1000 r/ min ,物料在挤压机内停留时间为10~20s[7,8]。直淀粉含量低的原料, 膨化后产品的α 度高, 膨化效果较佳。物料中蛋白质及脂肪含量不同也对膨化质量产生影响,蛋白质含量高的物料挤压时膨化程度低;脂肪含量超过10 时,会影响到产品的膨化率,而一定量的脂肪可改善产品的质构和风味。不同类型和型号的挤压机,其挤压膨化的工艺参数也有所不同。

4.4 整形、切割

膨化物料从模孔挤出后,由紧贴模孔的旋转刀具切割成形或经牵引至整形机,经辊压成形后,由切刀切成长度一致、粗细厚度均勻的卷、饼等膨化半成品。

4.5 烘烤

擠壓出來的半成品水分較高,需經帶式輸送機送入隧道式烤爐作進一步烘烤,使水分低于

5  ,以延长保质期,同时烘烤后产生一种特殊的香味,提高品质。

4.6 調味

在旋转式调味机中进行。将按一定比例混合的植物油和奶油加温至80 ℃左右,通过雾状喷头使油均勻地喷洒在随调味机旋转而翻滚的物料表面。喷油的目的一是为了改善口感;二是为了使物料容易沾粘调味料。随后喷洒调味料,经装有螺杆推进器的喷粉机将粉末状调味料均勻洒在不断滚动的物料表面,即得成品。为防止受潮,保证酥脆,调味后的产品应即时包装。

5 擠壓膨化技術的多領域應用

5.1 在休閑食品加工中的應用

膨化食品是將擠壓技術應用于食品加工中先獲得成功的辣椒视频。以大米、玉米等谷物類及薯類爲主要原料,經擠壓蒸煮後膨化成型成爲疏松多孔狀辣椒视频,再經烘烤脫水或油炸後,在表面噴塗一層美味可口的調味料,玉米果、膨化蝦條等即屬這一類。另一類爲膨化夾心小吃食品,是通過共擠壓膨化制成,即谷物類物料在擠壓後形成中空的管狀物,將蛋黃粉、糖粉、奶粉、調味料、香料等各種配料按一定比例加入後,經充分攪拌混勻成爲具有較好流動性的夾心料,通過夾心泵及共擠出模具,在膨化物擠出的同時將餡料注入管狀物中間,經此道工序加工的膨化夾心小食品,口感酥脆,風味隨夾心餡的改變而具多樣性,可通過改變其中的夾心料的配方,加工出各種營養強化食品、功能食品。

5.2 在油脂浸出中的應用

对于高含油油料作物来说,油料在脱壳(皮)后,先经挤压膨化机处理,预先挤出部分油脂,并形成一定结构的料粒再进行浸出,是一项比较理想的新技术。目前在美国、巴西、印度、瑞士等国家均有挤压膨化机生产厂家,其中以美国安得森(ANDERSON Intrntionl Corp)生产的带预榨的、用于处理高含油料的挤压膨化机尤为引人注目。据报道,其产量已高达300t/D[9]

另外,膨化機的發明和其在油料坯片溶劑浸出工藝中的應用極大地增加了溶劑浸出工藝的效率。梁平等人已經在大豆和棉籽坯片方面取得了良好的效果[10]。膨化機內坯片受一系列的斷續螺旋的擠壓和突出于機筒的固定螺栓的揉搓,使得更多的油細胞破裂。在坯片被搗碎的同時,蒸汽被注入含有坯片的機筒內,坯片在筒內蒸煮15~20s。經過蒸煮改變了坯片的蛋白特性,使之更爲柔軟。同時,當蒸汽進入機筒並與坯片混合,機筒內部的壓力將蒸汽從氣相變爲液相,釋放出大量的熱量,該熱量在膨化機內産生有效的蒸煮作用,並且液體滲透坯片,充分的使坯片得以滲透。另外,油料坯片在獲得完全蒸煮後,有膨化機出料口釋放出來,由于壓力驟然降低,坯片內的水分會立即由液相變爲氣相。當液體變爲氣體,會把周圍的熱量吸收過來,這樣使蛋白冷卻並産生剛硬的,多孔的蛋白結構,這種蛋白的膨脹

5.3 擠壓膨化技術在抗性澱粉制備中的應用

将挤压膨化技术应用于抗性淀粉(resistant starch RS)制备的预处理中,是由于在抗性淀粉的制备过程中,挤压膨化起到预糊化的作用,提高了淀粉的糊化度。已有资料报道,淀粉经挤压膨化后处理后,其糊化度能达到90以上,而传统工艺糊化率仅为80~90。只有使淀粉完全糊化,才能使淀粉酶与普鱼兰酶对其充分作用,生成一定长度的直链淀粉分子,通过调节酶的作用条件,从而可提高抗性淀粉的得率[11]

5.4 擠壓膨化技術在膨化玉米粉生産冰激淩中的應用

  玉米的營養價值較高,含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素和礦物質,並含有人體必需的賴氨酸和色氨酸等。過去人們在利用玉米做飲料和冰激淩時,通常要經過粉碎、磨漿、糊化等多道前處理工序,工藝複雜、費時。大連辣椒视频質量監督檢驗所的金芳研究使用擠壓膨化機處理物料,使其由高溫高壓下突然降至常溫常壓,經瞬間將玉米粉膨化成海綿狀,澱粉高度α化。使澱粉、蛋白質成分發生降解;糊精、還原糖、氨基酸等成分含量增加。水溶性增強,有利于消化吸收。而且口感香酥,代替澱粉添加到冰激淩原料中,可制成具有烤玉米風味的冰激淩[12]

5.5 在組織化植物蛋白生産上的應用

組織化植物蛋白的生産是利用含植物蛋白較高(50 左右) 的原料,如大豆、棉籽等,通過擠壓、剪切作用後,蛋白質分子的三級結構被破壞,形成相對呈線性的蛋白質分子鏈,在一定的溫度和水分下,由于受到較高剪切力和螺杆定向流動的作用,當被擠壓經過模具出口時,蛋白質分子成爲類似纖維狀的結構。植物蛋白經組織化後,改善了口感和彈性,擴大了使用範圍,提高了營養價值與動物蛋白相比,具有價格低,不含膽固醇,保質期長,易著色、易增香添味,可制成多種不同的食品。可添加于肉食原料中,作爲肉類填充料,或者代替肉、魚、禽類制成仿肉類食品。美國已將這類肉類補充品加入到漢堡牛排、肉糕、三明治中,在漢堡牛排中替代肉類的加入量高達30 [13 ] 。

5.6 擠壓膨化技術在開發保健混合粉中的應用

黑米、薏米、荞麦粉为原料,这几种物料都具有较高的营养价值和保健功能,但由于其质地坚硬,正常的蒸煮难以糊化,不易被消化吸收,因此,必须经过特殊工艺处理,挤压膨化技术是理想方法。此外,由于每种原料的各种营养成分分布是不均勻的,往往满足不了人们对各种营养物质的需要。郝彦玲等人将这几种原料配合后进行膨化制成具有保健功能的混合粉,并得到了较佳的工艺参数雙螺杆擠壓機对混合物料(黑米∶薏米∶荞麦粉= 60 ∶15 ∶25 ) 膨化的较佳工艺参数为:水分含量16  ,螺杆转速100 r/ min ,挤压温度170℃,糊化度可达90. 6 [14]。此混合粉是預糊化澱粉,可直接食用或作爲輔料應用于食品工業,如主食品饅頭、餃子、面包等。

5.7 擠壓膨化技術在生産醬油中的應用

一般的醬油釀造用脫脂加工大豆,經過蒸煮蛋白質變性,在蒸煮過程中由于鍋爐蒸汽負荷變動,加之原料顆粒厚薄不勻,雖保持一定溫度蒸煮,但蒸煮過的脫脂加工大豆各粒子的氮變性程度不同,實際上是變性適度,過度和不足的蛋白混合物,因而制成醬油氮利用率低,醬油有氮性混濁。東北農大徐沖等人將擠壓膨化技術應用于醬油生産中對部分醬油原料經膨化處理,使原料中蛋白質成爲彈性良好的海綿狀組織,有利于細菌菌絲向原料內部生長,故曲中蛋白酶和澱粉酶含量比常規法高,能大幅度地提高原料的全氮利用率[15]。其优點是无需将全部原料制成曲,从而简化了制曲工艺,不仅提高了产品质量,更主要的是节约了酿造用粮。

5.8 在其它方面的應用

擠壓膨化技術除廣泛應用于食品加工、釀造、油脂浸出、保健品等領域外,在飼料、醫藥、建築等行業的應用也有報道[16]。用膨化粉粉末直接做壓片的輔料,具有填充劑、粘合劑、崩解劑的性質。膨化粉可壓性良好,爲沸騰法一次制粒提供了新的原料。膨化粉生産成本低,生産周期短,有利于大規模生産,可代替澱粉制藥。另外,利用擠壓膨化機作反應器對澱粉進行深加工, 制備磷酸酯澱粉、羧甲基澱粉,作爲建築業牆體粉刷的粘合劑。隨著對擠壓膨化機理研究的不斷深入,爲擠壓膨化技術在衆多領域中的廣泛應用提供了理論依據。擠壓膨化技術是一種節能、保鮮、提高原料利用率及生産效率的新型加工技術,在許多領域已經取得顯著的經濟效益,具有廣闊的應用前景。

6       擠壓膨化技術的發展前景

食品加工的一個目的是充分利用現有的食品資源和開拓新的原料來源來開發各種各樣受人們歡迎的食品。膨化技術的出現可以說爲谷物類、澱粉類等這些辣椒视频app下载稱之爲粗糧類的原料在食品工業中的應用開辟了一條嶄新的途徑。而且,膨化食品一般都需經調味處理,因此膨化食品加工業的發展必將帶動調味料工業的發展,與此同時也帶動薄膜等包裝技術的發展。另外隨著食品工業的發展,新技術和新工藝的出現以及人們生活水平的提高,擠壓膨化技術及其設備也正朝著更好的方向發展,生産更受人們歡迎的低油、保健和天然食品。如低溫、超低溫膨化技術、化學膨化技術、超聲膨化技術都有可能在不久的將來應用于實踐;而微波膨化技術、烘焙膨化技術作爲新型膨化技術已經引起人們的重視並逐步在生産中得到應用。據報道,以澱粉爲主要原料,配以9的玉米分離蛋白、1.5的棕榈油,在含水量50 的條件下,用500W、2450MHz微波輻射兩分鍾可獲得良好的原料膨化食品[17]。真空油炸膨化技術對于改善食品的品質、降低油脂的劣化程度有很大的意義。若在真空度20mmHg、有溫100℃下進行油炸,這時在60℃下便産生水蒸氣;若油炸時采用80~120℃,則原料中的水分可充分蒸發,水蒸發時使體積顯著膨脹[18]。采用真空油炸的制得的辣椒视频除有顯著的膨化效果外,油炸時間有也相對縮短。

总之,随着人们生活水平的提高,利用挤压膨化技术生产膨化食品以及挤压膨化技术在其他领域的应用在我国具有十分广阔的前景。挤压膨化技术、微波膨化技术、烘焙膨化技术等都将是膨化技术的发展方向;真空油炸膨化技术则是保持油炸膨化技术生命力的一种有效的改良方法。进行膨化理论和技术的研究,开拓新的原料来源、开发新型挤压膨化设备、挤压膨化技术和其他食品加工技术的有机结合将是膨化技术发展的重點和热點。


參 考 文 獻

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