第七章 食品的膨化技术.ppt
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1、第七章第七章 食品的膨化技术食品的膨化技术概述概述 挤压膨化技术挤压膨化技术 水油混合深层油炸膨化技术水油混合深层油炸膨化技术真空油炸膨化技术真空油炸膨化技术气流膨化技术气流膨化技术1.1.膨化技术和膨化食品的发展概况膨化技术和膨化食品的发展概况 早在早在18561856年美国的沃德就申请了关于食品膨化技术的专利年美国的沃德就申请了关于食品膨化技术的专利.直到直到2020世纪世纪3030年代末才首次把膨化技术应用于生产谷物类方便食品。年代末才首次把膨化技术应用于生产谷物类方便食品。2020世纪世纪4040年代末期,随着挤压机的发展,膨化技术在食品生产中逐渐被采年代末期,随着挤压机的发展,膨化技
2、术在食品生产中逐渐被采用并开始广泛地应用于饼干的生产、淀粉的预处理及糊化中。用并开始广泛地应用于饼干的生产、淀粉的预处理及糊化中。6060年代中期,开发出膨化的谷物早餐食品,以及用谷物、油、蛋白质、肉、年代中期,开发出膨化的谷物早餐食品,以及用谷物、油、蛋白质、肉、调味料和半干食品制成的膨化动物饲料。调味料和半干食品制成的膨化动物饲料。7070年代,又生产出了膨化的大豆蛋白食品和马铃薯食品。近年来,国外利年代,又生产出了膨化的大豆蛋白食品和马铃薯食品。近年来,国外利用膨化技术生产的膨化食品主要有:膨化主食、人造肉、马铃薯食品、脱用膨化技术生产的膨化食品主要有:膨化主食、人造肉、马铃薯食品、脱水
3、苹果、小食品、速溶饮料、代乳饮料和强化食品等。水苹果、小食品、速溶饮料、代乳饮料和强化食品等。膨化技术在我国有着悠久的历史,我国民间的膨化技术在我国有着悠久的历史,我国民间的爆米花爆米花、冻米糖冻米糖、爆豆子爆豆子及及各种油炸食品各种油炸食品都属于膨化食品。由于种都属于膨化食品。由于种种原因,我国的膨化技术发展缓慢。直到种原因,我国的膨化技术发展缓慢。直到2020世纪世纪7070年代末,年代末,才开始膨化技术与膨化食品的研究与生产并取得巨大发展,才开始膨化技术与膨化食品的研究与生产并取得巨大发展,目前膨化食品比比皆是。目前膨化食品比比皆是。膨化技术已广泛应用于饲料、酿造、医药、建筑和铸膨化技术
4、已广泛应用于饲料、酿造、医药、建筑和铸造等行业,取得了较好的效果造等行业,取得了较好的效果 。2.2.食品膨化技术的特点食品膨化技术的特点 膨化产品营养成分的保存率和消化率高膨化产品营养成分的保存率和消化率高 改善食用品质,易于贮存改善食用品质,易于贮存 加工产品食用方便,产品种类多加工产品食用方便,产品种类多 工艺简单,成本低工艺简单,成本低 原料的利用率高原料的利用率高 原料适用性广原料适用性广 原料膨化前后营养成分含量表原料膨化前后营养成分含量表玉玉 米米高高 梁梁 米米营养成分营养成分膨化前膨化前膨化后膨化后膨化前膨化前膨化后膨化后水水 分分16.809.6149.2蛋白质蛋白质10.
5、2010.179.549.49维生素维生素B2mgg-10.681.080.941.17膨化食品的消化率膨化食品的消化率类类 别别蛋白质消化率蛋白质消化率/%碳水化合物消化率碳水化合物消化率/%膨化粗大米膨化粗大米83.8099.45粗大米粗大米75.9399.10精大米精大米82.5799.787.2 7.2 食品的挤压膨化技术食品的挤压膨化技术一、挤压膨化的基本原理一、挤压膨化的基本原理 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磨具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磨具及套筒内截流装置(如反向螺旋)的反向阻止作用,另外还受到来自外部的及套筒内截流装
6、置(如反向螺旋)的反向阻止作用,另外还受到来自外部的和物料与螺杆、套筒内部摩擦热的加热作用,使物料处于高达和物料与螺杆、套筒内部摩擦热的加热作用,使物料处于高达3 38MPa8MPa的高压的高压和和120120200200的高温下(根据需要还可达到更高)。由于压力超过了挤压温的高温下(根据需要还可达到更高)。由于压力超过了挤压温度下的饱和蒸汽压,物料在挤压机筒内不会产生水分的沸腾和蒸发。在如此度下的饱和蒸汽压,物料在挤压机筒内不会产生水分的沸腾和蒸发。在如此高的温度、剪切力及高压的作用下,物料呈现熔融状态。当物料被强行挤出高的温度、剪切力及高压的作用下,物料呈现熔融状态。当物料被强行挤出模具口
7、时,压力骤然降为常压,此时水分便会发生急骤的闪蒸,产生类似于模具口时,压力骤然降为常压,此时水分便会发生急骤的闪蒸,产生类似于“爆炸爆炸”的情况,产品随之膨胀。水分从物料中蒸发,带走了大量的热量,的情况,产品随之膨胀。水分从物料中蒸发,带走了大量的热量,这样物料瞬间从积压过程中的高温迅速将至这样物料瞬间从积压过程中的高温迅速将至8080左右的相对低温。由于温度左右的相对低温。由于温度的降低,物料从挤压时的熔融状态而固化成形,并保持了膨胀后的形状。的降低,物料从挤压时的熔融状态而固化成形,并保持了膨胀后的形状。膨化状态的形成主要是靠淀粉完成的。在高温高压状态下,淀粉膨化状态的形成主要是靠淀粉完成
8、的。在高温高压状态下,淀粉颗粒首先发生糊化,进而在高温和高剪切的作用下分子之间相互结合和颗粒首先发生糊化,进而在高温和高剪切的作用下分子之间相互结合和交联,形成网状的结构,该结构在物料被挤出迅速降温后,固化定形,交联,形成网状的结构,该结构在物料被挤出迅速降温后,固化定形,成为膨化食品结构的骨架,其他原料中的成分填充于其中。因此原料中成为膨化食品结构的骨架,其他原料中的成分填充于其中。因此原料中淀粉的含量直接影响到产品的膨化程度,在原料中没有淀粉存在的情况淀粉的含量直接影响到产品的膨化程度,在原料中没有淀粉存在的情况下,则基本上不产生膨化效果。下,则基本上不产生膨化效果。膨化过程中的压力和温度
9、的变化并不是固定的,原料中的各种成膨化过程中的压力和温度的变化并不是固定的,原料中的各种成分含量、水分含量、原料的粒度、设备的性能等都会影响压力和温度分含量、水分含量、原料的粒度、设备的性能等都会影响压力和温度两参数的确定,在生产过程中应根据原料的性质、设备的特性和产品两参数的确定,在生产过程中应根据原料的性质、设备的特性和产品的膨化度要求具体设定。的膨化度要求具体设定。原料经挤压后,会产生各种各样的变化,其宏观结构的变化一般原料经挤压后,会产生各种各样的变化,其宏观结构的变化一般用比容(表观密度)和膨化度表示。通过对原料中各成分含量和挤压用比容(表观密度)和膨化度表示。通过对原料中各成分含量
10、和挤压参数的调整就可以较为方便地控制产品的膨化度。一般情况下,膨化参数的调整就可以较为方便地控制产品的膨化度。一般情况下,膨化度在度在5 5以上就显得充分疏松。以上就显得充分疏松。二、物料在挤压膨化过程中的变化二、物料在挤压膨化过程中的变化 食品的膨化方法有食品的膨化方法有直接膨化法直接膨化法和和间接膨化法间接膨化法两种。两种。直接膨化法是指物料经挤压机加工后直接膨胀形成膨化食品直接膨化法是指物料经挤压机加工后直接膨胀形成膨化食品的工艺过程;的工艺过程;间接膨化法则是指物料经挤压机加工后成为没有膨胀的半成间接膨化法则是指物料经挤压机加工后成为没有膨胀的半成品,再经干燥,并用烤、炸或微波等手段使
11、其膨胀而最终形成膨品,再经干燥,并用烤、炸或微波等手段使其膨胀而最终形成膨化食品的工艺过程。化食品的工艺过程。物料在挤压机中的膨化工艺过程大致可分为物料在挤压机中的膨化工艺过程大致可分为物料输送混合、物料输送混合、挤压剪切挤压剪切和和挤压膨化挤压膨化三个阶段。三个阶段。三、影响挤压膨化的因素三、影响挤压膨化的因素 影响膨化的因素很多,如原料粒度和含水量、进料影响膨化的因素很多,如原料粒度和含水量、进料速度、螺杆结构和转速,以及模孔尺寸等,总之,原料速度、螺杆结构和转速,以及模孔尺寸等,总之,原料和设备是影响膨化的两个主要方面。和设备是影响膨化的两个主要方面。1.1.原料对膨化加工的影响原料对膨
12、化加工的影响 原料的水分含量原料的水分含量原料粒度原料粒度辅料对产品比容的影响辅料对产品比容的影响 2.2.膨化设备对膨化加工的影响膨化设备对膨化加工的影响螺杆与螺套的螺距和间隙螺杆与螺套的螺距和间隙 螺杆转速和进料速度螺杆转速和进料速度 模孔直径大小模孔直径大小 四、物料在膨化过程中的变化四、物料在膨化过程中的变化 1.1.淀粉在膨化过程中的变化淀粉在膨化过程中的变化 淀粉降解淀粉降解 一般在膨化过程中总淀粉含量降低,支链淀粉含量降一般在膨化过程中总淀粉含量降低,支链淀粉含量降低。而直链淀粉含量增高。低。而直链淀粉含量增高。直链淀粉与支链淀粉的分配直链淀粉与支链淀粉的分配 (绝干绝干)样品名
13、称样品名称总淀粉总淀粉直链淀粉直链淀粉支链淀粉支链淀粉挤压膨化玉米挤压膨化玉米79.2879.2838.0238.0241.2541.25气流膨化玉米气流膨化玉米79.5979.5935.6535.6544.9444.94对照玉米对照玉米82.9282.9235.2635.2647.6647.66水溶性成分增加水溶性成分增加 膨化前后谷物的水溶性成分变化(干基膨化前后谷物的水溶性成分变化(干基 /)挤压膨化挤压膨化气流膨化气流膨化对照对照玉米玉米32.7032.7016.8116.813.2753.275黍米黍米52.8152.8150.1750.174.1904.190温度、水分含量对淀粉的
14、变化影响温度、水分含量对淀粉的变化影响若温度若温度低低,膨化产品的水分含量高,膨化率低,淀粉熟化不完全;,膨化产品的水分含量高,膨化率低,淀粉熟化不完全;若温度若温度高高,则产品呈爆裂状,有焦糊味;,则产品呈爆裂状,有焦糊味;若温度若温度过高过高,则物料在套筒内焦糊并结成硬块,堵塞机头,使机器,则物料在套筒内焦糊并结成硬块,堵塞机头,使机器不能运转。不能运转。水分含量大,有助于淀粉糊化,使食品达到理想的结构和功能;水分含量大,有助于淀粉糊化,使食品达到理想的结构和功能;同时有助于物料能量和热的传递,降低挤压能耗,增加张力,延长同时有助于物料能量和热的传递,降低挤压能耗,增加张力,延长螺杆套筒的
15、寿命。螺杆套筒的寿命。物料水分含量低,使物料在挤压腔中流动缓慢,在挤压腔中的物料水分含量低,使物料在挤压腔中流动缓慢,在挤压腔中的停留时间长,切向速度增大,淀粉的凝胶化增高,从而使膨化程度停留时间长,切向速度增大,淀粉的凝胶化增高,从而使膨化程度降低。降低。2.2.可发酵性糖在膨化过程中的变化可发酵性糖在膨化过程中的变化 玉米膨化前后可发酵性糖含量的变化(干基)玉米膨化前后可发酵性糖含量的变化(干基)样样 品品可发酵性糖含量可发酵性糖含量 /挤压膨化挤压膨化4.3134.313气流膨化气流膨化0.0720.0723.3.纤维素在膨化过程中的变化纤维素在膨化过程中的变化 挤压则可大幅度提高纤维原
16、料中的可溶性膳食纤维,并且改善它挤压则可大幅度提高纤维原料中的可溶性膳食纤维,并且改善它们的理化性质、生理功能和贮藏性能。在挤压中可溶性膳食纤维的含们的理化性质、生理功能和贮藏性能。在挤压中可溶性膳食纤维的含量显著增加量显著增加(达达3 3)。这主要是由于高温、高压、高剪切的作用使纤。这主要是由于高温、高压、高剪切的作用使纤维分子间化学键裂解,导致分子的极性发生变化所致。维分子间化学键裂解,导致分子的极性发生变化所致。4.4.蛋白质在膨化过程中的变化蛋白质在膨化过程中的变化 富含蛋白质的各种植物原料经挤压膨化后转变成富含蛋白质的各种植物原料经挤压膨化后转变成“纤维状纤维状”食品。食品。大豆蛋白
17、是工业化挤压加工中唯一应用的蛋白原料,一般以湿润的脱脂大豆蛋白是工业化挤压加工中唯一应用的蛋白原料,一般以湿润的脱脂大豆为初始原料,经挤压膨化后转变成组织化大豆蛋白(即大豆为初始原料,经挤压膨化后转变成组织化大豆蛋白(即TSPTSP),可),可用作各种肉或鱼的增补剂。用作各种肉或鱼的增补剂。在挤压膨化过程中,蛋白质受到高温和高压的处理,使得物料转在挤压膨化过程中,蛋白质受到高温和高压的处理,使得物料转变成连续的塑性变成连续的塑性“熔融熔融”状物。状物。从物理特性来说,从物理特性来说,挤压使蛋白质转变成挤压使蛋白质转变成一种均匀的结构体系;一种均匀的结构体系;从化学观点来看,从化学观点来看,挤压
18、过程是以某种方式从贮藏挤压过程是以某种方式从贮藏性蛋白质重新组合成有性蛋白质重新组合成有定结构的纤维蛋白体系。此外,挤压过程还会定结构的纤维蛋白体系。此外,挤压过程还会引起蛋白质营养的变化。引起蛋白质营养的变化。同时造成蛋白质溶解性下降和交联。同时造成蛋白质溶解性下降和交联。5.5.脂类物质在膨化过程中的变化脂类物质在膨化过程中的变化 食品物料在挤压膨化过程中,其脂类的稳定性会大食品物料在挤压膨化过程中,其脂类的稳定性会大大降低。其主要因为随着挤压温度的上升,制品中过渡大降低。其主要因为随着挤压温度的上升,制品中过渡金属元素特别是铁元素的浓度显著增加。金属元素特别是铁元素的浓度显著增加。6.6
19、.维生素在膨化过程中的变化维生素在膨化过程中的变化 挤压膨化对维生素有一定的损失,加工条件不同维生素残挤压膨化对维生素有一定的损失,加工条件不同维生素残留量不同。提高温度、螺杆速度及降低水分含量和模口直径等留量不同。提高温度、螺杆速度及降低水分含量和模口直径等均会降低维生素含量。谷物是均会降低维生素含量。谷物是B B族维生素的重要来源,挤压对族维生素的重要来源,挤压对维生素维生素B1B1、B6B6、B12B12及维生素及维生素C C都有较大影响。尽管如此,由于都有较大影响。尽管如此,由于挤压膨化是一个高温短时过程,同时物料在挤压腔内与氧接触挤压膨化是一个高温短时过程,同时物料在挤压腔内与氧接触
20、较少,因此与其他加工方法相比,挤压膨化过程中维生素的损较少,因此与其他加工方法相比,挤压膨化过程中维生素的损失较少。失较少。五、挤压膨化设备五、挤压膨化设备 按结构可将挤压机分为按结构可将挤压机分为单螺杆单螺杆的和的和双螺杆双螺杆的两类,的两类,二者的在物料输送、生产能力等方面存在显著差异。二者的在物料输送、生产能力等方面存在显著差异。1.1.单螺杆挤压机单螺杆挤压机 单螺杆挤压机结构简单,制造容易,价格便宜,属于高、中单螺杆挤压机结构简单,制造容易,价格便宜,属于高、中剪切类型,适用于生产直接膨化的小食品。单螺杆挤压机是靠一个剪切类型,适用于生产直接膨化的小食品。单螺杆挤压机是靠一个从细渐粗
21、、螺距从宽渐窄的螺杆推进物料。在输料过程中,螺杆外从细渐粗、螺距从宽渐窄的螺杆推进物料。在输料过程中,螺杆外径变大,机体内部容积变小,物料经压缩和摩擦使其温度升高,流径变大,机体内部容积变小,物料经压缩和摩擦使其温度升高,流动性变大。当这种高温流动性物料从模具中挤出时,由于瞬间减压,动性变大。当这种高温流动性物料从模具中挤出时,由于瞬间减压,物料随水的汽化作用而急剧膨胀,形成膨松多孔结构,降温冷却后物料随水的汽化作用而急剧膨胀,形成膨松多孔结构,降温冷却后固化而变脆。固化而变脆。目前我国生产的单螺杆挤压机基本上是采用螺纹高度较浅的螺目前我国生产的单螺杆挤压机基本上是采用螺纹高度较浅的螺杆,转速
22、为杆,转速为300300400r400rminmin,它可产生高摩擦和高剪切力,谷物原,它可产生高摩擦和高剪切力,谷物原料在机筒内的停留时间仅料在机筒内的停留时间仅101020s20s,物料在出模前的温度高达,物料在出模前的温度高达130130140140。2.2.双螺杆挤压机双螺杆挤压机 双螺杆挤压机有一对相互连续啮合的反向或同向旋转的螺杆,靠正双螺杆挤压机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。物料在机内分布均衡。部压力
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