《挤压食品概论》PPT课件.ppt

挤压食品概论,李文钊,主要内容,挤压食品概述 挤压食品发展简史 挤压食品的特点 挤压食品的分类挤压机内各阶段的工作过程和质构变化挤压食品生产食品挤压生产技术的研究开发和发展,第一章 概述,挤压食品的概念（广义、狭义）食品物料在压力作用下，定向地通过一个模板，连续成形地制成的熟或半熟、膨化或非膨化食品，称为“挤压食品”挤压机 柱塞式挤压机 螺杆挤压机膨化食品与挤压食品,一、挤压食品发展简史（一）,1900年左右出现间歇柱塞式通心粉挤压机1930年前后将单螺杆挤压机应用到面条的连续压制上 30年代后期General Mills Inc.首次将挤压技术用于谷物方便食品1936年，膨化玉米果首次挤压成功，到1946年才开始商品化40年代后期，蒸煮挤压机有了发展50年代，挤压蒸煮的家畜饲料得到迅速发展60年代，用单螺杆挤压机首次进行了工业化膨化速食早餐食物的生产70年代，双螺杆挤压机被就应用到食品加工中，用挤压机生产的组织化植物蛋白人造素肉实现工业化生产80年代欧共体和日本组织成立相应的专门研究开发机构90年代后，世界上已有生产各种系列的食品挤压机投放市场,一、挤压食品发展简史（二）,爆玉米花是我国最早的膨化食品1979年，我国研制成功食品挤压机投放市场 许多院校和研究所开始食品挤压技术与挤压设备的研究,1986年，发表了“谷物膨化技术的研究与应用”的论文 1992年，江苏工学院(现江苏理工大学)孙一源等以法国BC45双螺杆食品挤压机为原形，利用相似理论研制了满足实验要求的小型食品挤压机无锡轻工业学院（现无锡轻工大学）就玉米等食品原料在挤压加工过程中各种因素对淀粉、蛋白质等质构变化的影响，对食品风味变化的影响做了深入研究1996年，北京化工大学朱复华、林炳鉴和陈存社等人自行设计制造了可视双螺杆挤压机,二、挤压食品的特点,挤压食品的加热、熟化和挤压成形是在一台挤压机内，用很短的时间几乎是同时完成的食品在被挤出模头时，由于压力的突然下降，水蒸汽迅速膨胀和散发，使产品形成多孔结构挤压过程中特殊加热、加压方式，能对食品产生有利影响，如使食品的可消化性、速食性、灭霉率等趋于最大,图 一 一种挤压膨化食品的 温度、时间变化曲线,挤压加工的特点,多变性 生产能力大成本低 产品形状多种多样产品质量高 能量利用率高易生产新食品 食品原料几乎无损失,三、挤压食品的分类,从最终产品的膨化度分几乎末膨化食品 轻微膨化食品 全膨化食品经加工食品用的主要原料分淀粉质挤压食品 蛋白质挤压食品 脂肪质挤压食品 以生产的食品性状分小吃食品 面食类 快餐汤料类从风味、形状上分 从风味、形状上能分出千百种挤压食品,第二章 挤压过程和质构变化,完整的挤压食品加工过程挤压机内各阶段的工作过程和质构变化挤压过程中食品成分的变化挤压食品生产工艺食品挤压生产技术的研究开发和发展,一、完整的挤压食品加工过程,原料粉碎,混 合,预 处 理,输 送,喂 料,压 缩,粉碎,混合,加 热,熔 融,升 压,切 断,挤出,烘干(冷却),调 味,成品包装,图2 食品挤压生产线设备流程图示意图1锥形混合机 2螺旋提升机 3预处理机 4双螺杆挤压机 5挤出模头 6切割机 7烘干（冷却机）8调味系统 9计算机控制系统,1 2 3 4 5 6 7 8,二、挤压机内各阶段的工作过程和质构变化,挤压机内的输送和混合挤压机内食品原料的压缩和剪切挤压机内食品原料的加热和熔融挤压机内的均压和挤出成形,挤压生产过程实际上是连续渐变的螺杆长径比L/D小的螺杆挤压机各段的区别就更不明显尤其是加热、熔融、升压几乎就在螺杆顶端与模头之间的很窄的一个区域同时完成正是由于这么多工序都在一台挤压机内完成，所以，挤压加工具有占地面积小、用时短等许多优点,几点说明,1.挤压机内的输送和混合,输送段螺杆上的螺旋螺距不变，螺槽深，物料在这段里只是被推动向前物料从输送段被推进第二段内即进入了混合破碎区，物料在此段内除被继续向前推动之外，还兼有搅拌作用。有的生产工艺还在此段加入液体辅料，与主料充分混合。这一段螺杆上的螺距比输送段的略小，故有轻微压缩的作用,输送和混合特点,物料是以相对自由的颗粒状汇集螺槽内食品物料很少或没有内部剪切物料尚未发生任何质构上的变化，能量的消耗不大可以参照通常螺旋输送机的原理和方法,2.挤压机内食品原料的压缩和剪切,这段螺旋的变化如图3所示,压力,-温度,dAdBdC,压缩和剪切的特点,物料继续被推进，由于摩擦热和剪切热以及有的还有外热，使物料的温度急剧上升，部分物料开始由固态粉粒状变成液态状，并与固态粉粒相混合揉捏而成面团食品物料在剪切段中开始发生质构变化，从一种生的或没有“煮”过的粒状改变为可塑面团，向熔融状态过渡，故又称为过渡段,此蒸煮过程中由热引起的变化,蛋白质的水合作用和变性淀粉的水合作用、胶凝作用和糊化氨基酸和还原糖的褐变反应食品原料中的抗营养因子、维生素和酶发生化学变化食品原料中的微生物被杀灭,压缩和剪切的理论研究,从进入压缩剪切段(过渡区)开始到熔融段(限流区)，面团的粘度和其他物性变化剧烈，由开始面团粘度较大，随着熔融的增多，粘度降低。目前难以在挤压机中模拟计算这种复杂的变化这不仅是由于食品蒸煮的基本数据在此不适用，而且还由于至今尚不清楚“蒸煮”对食品的物理性质的影响。,塑料在挤压机中的熔化过程,图4 显示了物料在一个螺旋池内熔化，聚合物熔化池逐渐增大的情况,图4 典型的溶融模型1-溶池 2-机筒内表面 3-熔膜4-分界面 5-固体床 6-螺纹,3.挤压机内食品原料的加热和熔融,该段螺距最小、螺旋槽底径最大，机械能转化成热能最多；有的还外部给予加热；因此，在这段里压力和温度急剧上升，并在螺杆端头和模头之间的间隙处达到最大值可采用流体动力学理论研究熔融物料的输送，主要研究螺杆如何保证食品固体物料的彻底熔融，并使之定压、定温和定量地从模头挤出，以获得制品的高质量和稳定的产量，故也把这段称为限流段或均化段,将物料作为粘性流体流动来研究弗里克(Frlcke)等将食品挤压与热塑料挤压比较。在塑料工业中，自1940年以来已广泛采用了螺杆挤压机，以试算法和实验观察为基础。40年代末，发展了多种挤压模拟，描述了在热塑料挤压过程中流体和传热基本原理，并发展到精确模拟试验，在食品挤压领域中把模拟应用到实际生产中约是从60年代在食品实验室开始的,加热和熔融的理论研究,4.挤压机内的均压和挤出成形,被挤压蒸煮的物料熔融后，在螺杆的推动下进入到均压和成形段均压和成形段的作用是建立一个均压区使物料稳定均匀地通过模头，使挤出的产品成为所需要的形状,均压和挤出成形,由于螺旋存在着一个升角，所以，被推出的物料在螺杆端头出口处沿圆周形成压力、流速与螺杆转速同步的周期脉动变化，这种变化对具有简单的一个出料孔的模头的小直径单螺杆挤压机的工作影响不大，所以，小型挤压机的均压段结构简单，就是在螺杆端部与模头之间的一个狭小间隙形成均压空间，基本上保证模孔处物料的进出压差，使挤出的产品符合要求，如图5所示,图5 单螺杆小直径挤压机出口简图,1-螺杆 2-筒体 3-模头,均压和挤出成形,对于大直径的单螺杆挤压机或双螺杆挤压机来说，模头的模孔的数量不止一个，孔的形状也较复杂以保证模头各孔的进口压力相等，物料流速也相同为此，通常的设计方法是在螺杆的末端加均压板即多孔板，在模头的进孔端前加导流板，如图6所示,图6 双螺杆挤压机均压形成示意图,1螺杆 2机筒 3多孔板 4导流板 5模头,图7 平板状分流板尺寸,图7是一多孔板实例。物流通过多孔板之后的运动流向与轴相平行，并能使各方向的压力均匀,图8 导流板、模孔中的物料流线示意图,在多孔板之后模板之前还有一个导流板或叫分配盘，它的作用是将物料均匀、等量地引到模板上的各出料孔,1导流板 2模孔板,均压和挤出成形,模孔的断面形状决定了挤压食品的最终形状模孔板上的每个孔的大小尺寸误差和形状误差都要制做得尽量的小，这样才能保证每个孔的流动阻力相差不大，有些形状特殊的、复杂的孔要通过在设计时反复试算和大量试验才能确定,挤压机工作应注意的问题,食品挤压理论及挤压机的试验研究，对于挤压机的设计与改进是极为重要的特别注意各段生产能力的变化，注意挤压机各段的生产能力应该是相等的 绝不允许出现qm1qm2 qm3 qm4的情况 qm1挤压机输送段的输送能力 qm2挤压机压缩和剪切段的能力 qm3代表挤压机熔融段的蒸煮能力 qm4代表均压挤出成形能力,三、挤压中食品成分的变化,挤压过程中碳水化合物的变化挤压过程中蛋白质的变化挤压过程中脂肪的变化,1.挤压过程中碳水化合物的变化,淀粉、纤维素、葡萄糖和蔗糖等都属于碳水化合物，它们在挤压过程中却又有着各自不同的变化，下面分别叙述,淀粉在挤压过程中的变化,纯淀粉先是由未胶化的白色逐渐变为凝胶化的无色半透明体 淀粉在升压、升温和剪切的共同作用下，大分子结构键断裂而变成了低分子，如淀粉结构中的14糖苷键断裂使其成为葡萄糖、麦芽糖等，而更主要的原因是在高温、高压下，淀粉分子发生了糊化(化),影响淀粉糊化度的因素,几乎与挤压过程中所有的参数都有关：挤压温度物料水分含量螺杆转速挤压机结构(螺杆、简体的形状)剪切力淀粉在挤压机内的滞留时间模头出口形状等,淀粉与膨化效果,直链淀粉含量增加，则膨化度降低有资料表明，直链淀粉和支链淀粉各占50时，膨化效果最好,纤维素在挤压过程中变化,较一致的看法是纤维素经挤压后，可溶性膳食纤维的量相对增加(一般增加量在3左右)高温、高压再加上高剪切作用，促使纤维分子间价键断裂、分子裂解和极性变化原料中的纤维素含量增加，则膨化度降低纤维素的来源、纯度，均明显影响膨化度,葡萄糖、蔗糖等的变化,挤压食品物料中含有的糖成分会影响淀粉的糊化由于挤压过程中高温、高剪切的作用能使糖分解成羰基化合物，它同物料中的蛋白质发生美拉德反应，使产品的颜色变深,蛋白质在挤压过程中的变化一,在高温、高压、高剪切的食品挤压机内，蛋白质分子结构伸展、重组，表面电荷重新分布趋向均化，分子间氢键、二硫键等部分断裂，导致蛋白质变性不同来源的蛋白质物料在经过挤压加工后，消化率均明显提高，蛋白质的品质也获得改善，所以，挤压加工为开发低品质蛋白源以提高其营养价值提供了加工手段富含蛋白质并可用来挤压的原料品种很多，如脱脂大豆、浓缩大豆蛋白、菜籽蛋白、棉籽蛋白、芝麻蛋白等,蛋白质在挤压过程中的变化二,“人造肉”是一种用挤压机将蛋白质变性后的产品，也被称为蛋白肉利用挤压后蛋白质消化率明显提高的特点挤压加工制造婴幼儿食品和老年食品，是一种很好的加工手段蛋白质在挤压过程中能与原料中的其他成分如脂肪氧化酶等反应，影响产品风味,脂肪在挤压过程中的变化一,一般单螺杆挤压机在生产时，要求原料中的脂肪含量低于12，（有资料表明，脂肪含量大于12以上，每增加1，产品的体积质量就增加16gL；当脂肪含量超过22时，原料就失去了膨化特性，因此，生产挤压膨化食品的原料的含油量低才好），因为高脂肪含量的物料与简体之间的摩擦因数小造成打滑,脂肪在挤压过程中的变化二,在高温、高压和高剪切条件下，甘油三脂会部分水解，产生单甘油和游离脂肪酸，这两种产物与直链淀粉会形成络合物，影响挤压过程中的膨化，导致最终产品中淀粉的溶解性和消化率降低，故脂肪对挤压食品的质构重组、成形、口感等影响较大,四、挤压食品生产工艺（自学）,食品挤压生产的应用和工艺特点挤压膨化小吃食品生产工艺挤压谷物早餐制品及挤压膨化再制品的生产工艺,五、食品挤压生产技术的研究开发和发展,其研究主要从两方面进行：主要研究原料的配方和加工后产品的营养、口感等特性主要研究设备的结构设计和挤压加工过程,借鉴合成聚合物挤出过程的实验和理论研究成果，研究食品和饲料等天然生物高分子物料的挤出过程,食品挤压生产技术的发展,未来的研究应重视将食品挤出过程中的营养分析、理化特性、加工工艺和设备等几个不同的研究领域相结合，这样可以更深刻地认识食品的挤出加工机理将可视化技术应用于食品挤出加工过程的研究上，可直观分析食品加工的真实过程将挤出机作为生化反应器，从分子水平揭示食品的挤出加工机理，解决实际生产中提出的配方、工艺、设备等方面的问题是食品挤压技术的发展方向在新型双螺杆挤出机全长上，利用不同原料和加料方法进行实验研究，可优化加工配方、加工工艺、加工设备，利用挤出机开发其他新型食品和饲料资源,食品挤压生产技术的研究开发和发展,利用实验获得图像、数据、样品，系统地分析工艺条件、原料配方、设备结构参数等对食品和饲料等营养成分、组织结构等影响与合成高聚物的螺杆挤出成型相比较，获得蛋白质、淀粉等大分子的降解及结构形态变化规律，以指导配方、工艺和设备的研究设计。,习题,挤压加工具有哪些特点？挤压包括哪些阶段，各阶段的特征？挤压加工中，食品主要成分发生哪些变化？哪些因素影响挤压膨化食品的膨化程度？,