1、擠壓膨化技術(shù)的機(jī)理 

   含有一定水分的物料，在積壓機(jī)的套筒內(nèi)受到螺桿的推動(dòng)作用和卸料磨具及套筒內(nèi)截流裝置的阻止作用，另外還受到來(lái)自外部和物料與螺桿、套筒內(nèi)部摩擦熱的加熱作用，使物料處于3～8MPa和120～200℃的高溫下，根據(jù)需要可達(dá)到更高的溫度。

   由于壓力超過(guò)了擠壓溫度下的飽和蒸汽壓物料在擠壓筒內(nèi)便產(chǎn)生水分的沸騰和蒸發(fā)。

   在如此高的溫度、剪切力和壓力下，物料呈現(xiàn)熔融狀態(tài)。當(dāng)物料被強(qiáng)行擠出模具口時(shí)，壓力驟然降為常壓，此時(shí)水分便發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生類似“爆炸”的情況，產(chǎn)品隨之膨脹。

   水分從物料中蒸發(fā)，帶走了大量的熱量，這樣物料瞬間從擠壓過(guò)程中的高溫降至80℃的相對(duì)低溫。由于溫度的降低，物料從擠壓時(shí)的狀態(tài)而固化成型，并保持了膨化后的形狀。 

   擠壓膨化食品的成分主要以淀粉為主。因此膨化狀態(tài)的形成主要是靠淀粉完成的，在高溫高壓狀態(tài)下，淀粉顆粒首先發(fā)生糊化，進(jìn)而在高溫和高剪切的作用下分子之間相互結(jié)合和交聯(lián)，形成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)經(jīng)擠壓、降溫和固化后成為膨化食品結(jié)構(gòu)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響到產(chǎn)品的膨化程度，在原料中沒(méi)有淀粉存在的情況下，則基本上不產(chǎn)生膨化效果。

2、擠壓膨化技術(shù)的特點(diǎn) 

1）改善實(shí)用品質(zhì)，易于儲(chǔ)存

   采用膨化技術(shù)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(jié)構(gòu)變得膨松柔軟，在膨化過(guò)程中產(chǎn)生的美拉德反應(yīng)又增加了食品的色、香、味。從而改善實(shí)用品質(zhì)，使食品具有體輕、松脆、香味濃郁的獨(dú)特風(fēng)味。 

2）提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少有害物質(zhì) 

   擠壓過(guò)程是一個(gè)典型的高溫、高壓、短時(shí)過(guò)程，這使物料處理有限，因而在最終產(chǎn)品中幾乎保留了原料中所有的營(yíng)養(yǎng)成分。同時(shí)，高溫短時(shí)過(guò)程仍可減少象有害的酶和微生物一樣的不良產(chǎn)品因素。 

3）原料適用性廣，產(chǎn)品種類多 

   可加工的原料品種繁多，不僅可以對(duì)谷物、薯類、豆類等糧食進(jìn)行深加工，使粗糧細(xì)作，生產(chǎn)精美的小吃食品；而且還能加工果蔬、香料及一些動(dòng)物蛋白。生產(chǎn)膨化小食品時(shí)，利用同一臺(tái)擠壓機(jī)只需改變?cè)霞澳ｎ^，即可生產(chǎn)出形狀各異的產(chǎn)品。 

4）生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低 

   國(guó)外大型雙螺桿擠壓機(jī)每小時(shí)的生產(chǎn)能力達(dá)數(shù)十噸，且操作簡(jiǎn)便。與傳統(tǒng)的蒸煮方法相比，用現(xiàn)代擠壓膨化技術(shù)加工產(chǎn)品，在時(shí)耗、能耗、勞動(dòng)力、占用廠房等方面都有明顯降低。 

5）浪費(fèi)少、無(wú)廢棄物 

   用淀粉釀酒、制飭糖時(shí)，原料經(jīng)膨化后，其利用率達(dá)98℅以上，出糖率提高12℅，出酒率提高20℅。此外，一般來(lái)說(shuō)，除了開(kāi)機(jī)和停機(jī)時(shí)需要少量原料作引子外,整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中幾乎無(wú)廢棄物排出，不存在原料浪費(fèi)現(xiàn)象。 

3、擠壓膨化設(shè)備 

   擠壓機(jī)是從簡(jiǎn)單的成型機(jī)發(fā)展而來(lái)的，起初只是用于塑料工業(yè)，后來(lái)逐漸應(yīng)用于食品及其它行業(yè)。目前使用的擠壓機(jī)主要為螺桿式擠壓機(jī)，按結(jié)構(gòu)可分為單螺桿和雙螺桿兩種類型。

   單螺桿擠壓機(jī)靠一個(gè)從細(xì)漸粗、螺距從寬漸窄的螺桿推進(jìn)物料。目前我國(guó)生產(chǎn)的單螺桿擠壓機(jī)基本上采用螺紋高度較淺的螺桿，轉(zhuǎn)速為300～400r/min，它可產(chǎn)生高磨檫和高剪切力，谷物原料在機(jī)筒內(nèi)停留的時(shí)間僅為10～20s，物料在出模前的溫度高達(dá)130～140℃。

   雙螺桿擠壓機(jī)有一對(duì)相互連續(xù)嚙合的反向或同向旋轉(zhuǎn)的螺桿，靠正移位原理強(qiáng)制輸送物料。

   在物料輸送過(guò)程中很少形成壓力回流，可使局部壓力急劇升高，加快膨化過(guò)程，獲得高產(chǎn)量。

4、擠壓膨化的工藝流程 

   擠壓膨化食品的生產(chǎn)工藝如下所示:原物料→去皮→粉碎→混合(濕潤(rùn)) 調(diào)理→輸送 →喂料→擠壓蒸煮、膨化→整形、切割→烘烤→噴油、調(diào)味→包裝。

1）粉碎 

   為使原料混合均勻、擠壓蒸煮時(shí)淀粉充分糊化有利于膨化,各物料(玉米應(yīng)先除去皮和胚芽) 粉碎至30～40 目顆粒大小,雙螺桿擠壓機(jī)的用料粉碎至60 目以上。

2）混合調(diào)理 

   將不同的原料及輔料按一定比例在加濕機(jī)中混合均勻,根據(jù)氣候和環(huán)境溫度、濕度的不同確定水量的多少,混合后的原料水分控制在13%～18%。 

3）擠壓膨化 

   擠壓膨化是整個(gè)流程的關(guān)鍵，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)感和口感。影響擠壓膨化的變量較多，物料的水分含量、擠壓過(guò)程中的溫度、壓力、螺桿轉(zhuǎn)速、原料的種類及其配比等，一般來(lái)說(shuō)物料水分13 %～18 %之間，擠壓溫度120～160℃左右，擠壓腔壓力0. 5～1MPa ，螺轉(zhuǎn)速800～1000 r/ min ，物料在擠壓機(jī)內(nèi)停留時(shí)間為10～20s。

   直淀粉含量低的原料，膨化后產(chǎn)品的α 度高，膨化效果較佳。物料中蛋白質(zhì)及脂肪含量不同也對(duì)膨化質(zhì)量產(chǎn)生影響，蛋白質(zhì)含量高的物料擠壓時(shí)膨化程度低；脂肪含量超過(guò)10 %時(shí)，會(huì)影響到產(chǎn)品的膨化率，而一定量的脂肪可改善產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味。不同類型和型號(hào)的擠壓機(jī)，其擠壓膨化的最佳工藝參數(shù)也有所不同。 

4）整形、切割 

   膨化物料從?？讛D出后,由緊貼?？椎男D(zhuǎn)刀具切割成形或經(jīng)牽引至整形機(jī),經(jīng)輥壓成形后,由切刀切成長(zhǎng)度一致、粗細(xì)厚度均勻的卷、餅等膨化半成品。

5）烘烤 

   擠壓出來(lái)的半成品水分較高,需經(jīng)帶式輸送機(jī)送入隧道式烤爐作進(jìn)一步烘烤,使水分低于 5 % ，以延長(zhǎng)保質(zhì)期，同時(shí)烘烤后產(chǎn)生一種特殊的香味，提高品質(zhì)。 

6）調(diào)味 

   在旋轉(zhuǎn)式調(diào)味機(jī)中進(jìn)行。將按一定比例混合的植物油和奶油加溫至80 ℃左右，通過(guò)霧狀噴頭使油均勻地噴灑在隨調(diào)味機(jī)旋轉(zhuǎn)而翻滾的物料表面。噴油的目的一是為了改善口感；二是為了使物料容易沾粘調(diào)味料。

   隨后噴灑調(diào)味料，經(jīng)裝有螺桿推進(jìn)器的噴粉機(jī)將粉末狀調(diào)味料均勻?yàn)⒃诓粩酀L動(dòng)的物料表面，即得成品。為防止受潮，保證酥脆，調(diào)味后的產(chǎn)品應(yīng)即時(shí)包裝。

5、擠壓膨化技術(shù)的多領(lǐng)域應(yīng)用 

1）在休閑食品加工中的應(yīng)用 

   膨化食品是將擠壓技術(shù)應(yīng)用于食品加工中最先獲得成功的產(chǎn)品。以大米、玉米等谷物類及薯類為主要原料，經(jīng)擠壓蒸煮后膨化成型成為疏松多孔狀產(chǎn)品，再經(jīng)烘烤脫水或油炸后，在表面噴涂一層美味可口的調(diào)味料，玉米果、膨化蝦條等即屬這一類。

   另一類為膨化夾心小吃食品，是通過(guò)共擠壓膨化制成，即谷物類物料在擠壓后形成中空的管狀物，將蛋黃粉、糖粉、奶粉、調(diào)味料、香料等各種配料按一定比例加入后,經(jīng)充分?jǐn)嚢杌靹虺蔀榫哂休^好流動(dòng)性的夾心料，通過(guò)夾心泵及共擠出模具，在膨化物擠出的同時(shí)將餡料注入管狀物中間，經(jīng)此道工序加工的膨化夾心小食品，口感酥脆，風(fēng)味隨夾心餡的改變而具多樣性，可通過(guò)改變其中的夾心料的配方，加工出各種營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品、功能食品。 

2）在油脂浸出中的應(yīng)用 

   對(duì)于高含油油料作物來(lái)說(shuō)，油料在脫殼（皮）后，先經(jīng)擠壓膨化機(jī)處理，預(yù)先擠出部分油脂，并形成一定結(jié)構(gòu)的料粒再進(jìn)行浸出，是一項(xiàng)比較理想的新技術(shù)。目前在美國(guó)、巴西、印度、瑞士等國(guó)家均有擠壓膨化機(jī)生產(chǎn)廠家，其中以美國(guó)安得森（ANDERSON Intrntionl Corp）生產(chǎn)的帶預(yù)榨的、用于處理高含油料的擠壓膨化機(jī)尤為引人注目。

   另外，膨化機(jī)的發(fā)明和其在油料坯片溶劑浸出工藝中的應(yīng)用極大地增加了溶劑浸出工藝的效率。膨化機(jī)內(nèi)坯片受一系列的斷續(xù)螺旋的擠壓和突出于機(jī)筒的固定螺栓的揉搓，使得更多的油細(xì)胞破裂。

   在坯片被搗碎的同時(shí)，蒸汽被注入含有坯片的機(jī)筒內(nèi)，坯片在筒內(nèi)蒸煮15～20s。經(jīng)過(guò)蒸煮改變了坯片的蛋白特性，使之更為柔軟。

   同時(shí)，當(dāng)蒸汽進(jìn)入機(jī)筒并與坯片混合，機(jī)筒內(nèi)部的壓力將蒸汽從氣相變?yōu)?液相，釋放出大量的熱量，該熱量在膨化機(jī)內(nèi)產(chǎn)生有效的蒸煮作用，并且液體滲透坯片，充分的使坯片得以滲透。

   另外，油料坯片在獲得完全蒸煮后，有膨化機(jī)出料口釋放出來(lái)，由于壓力驟然降低，坯片內(nèi)的水分會(huì)立即由液相變?yōu)闅庀唷?/span>

   當(dāng)液體變?yōu)闅怏w，會(huì)把周圍的熱量吸收過(guò)來(lái)，這樣使蛋白冷卻并產(chǎn)生剛硬的，多孔的蛋白結(jié)構(gòu)，這種蛋白的膨脹。

3）擠壓膨化技術(shù)在抗性淀粉制備中的應(yīng)用 

   將擠壓膨化技術(shù)應(yīng)用于抗性淀粉制備的預(yù)處理中，是由于在抗性淀粉的制備過(guò)程中，擠壓膨化起到預(yù)糊化的作用，提高了淀粉的糊化度。

   已有資料報(bào)道，淀粉經(jīng)擠壓膨化后處理后，其糊化度能達(dá)到90%以上，而傳統(tǒng)工藝糊化率僅為80～90%。

   只有使淀粉完全糊化，才能使淀粉酶與普魚蘭酶對(duì)其充分作用，生成一定長(zhǎng)度的直鏈淀粉分子，通過(guò)調(diào)節(jié)酶的作用條件，從而可提高抗性淀粉的得率。 

4）擠壓膨化技術(shù)在膨化玉米粉生產(chǎn)冰激凌中的應(yīng)用 

   玉米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高,含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì),并含有人體必需的賴氨酸和色氨酸等。過(guò)去人們?cè)诶糜衩鬃鲲嬃虾捅ち钑r(shí)，通常要經(jīng)過(guò)粉碎、磨漿、糊化等多道前處理工序，工藝復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。

   大連產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所的金芳研究使用擠壓膨化機(jī)處理物料，使其由高溫高壓下突然降至常溫常壓，經(jīng)瞬間將玉米粉膨化成海綿狀，淀粉高度α化，使淀粉、蛋白質(zhì)成分發(fā)生降解；糊精、還原糖、氨基酸等成分含量增加。水溶性增強(qiáng)，有利于消化吸收。

   而且口感香酥，代替淀粉添加到冰激凌原料中，可制成具有烤玉米風(fēng)味的冰激凌。

5）在組織化植物蛋白生產(chǎn)上的應(yīng)用組織化植物蛋白的生產(chǎn)是利用含植物蛋白較高(50 %左右) 的原料,如大豆、棉籽等，通過(guò)擠壓、剪切作用后,蛋白質(zhì)分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞，形成相對(duì)呈線性的蛋白質(zhì)分子鏈,在一定的溫度和水分下，由于受到較高剪切力和螺桿定向流動(dòng)的作用，當(dāng)被擠壓經(jīng)過(guò)模具出口時(shí)，蛋白質(zhì)分子成為類似纖維狀的結(jié)構(gòu)。

   植物蛋白經(jīng)組織化后,改善了口感和彈性,擴(kuò)大了使用范圍,提高了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與動(dòng)物蛋白相比，具有價(jià)格低,不含膽固醇，保質(zhì)期長(zhǎng)，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，作為肉類填充料,或者代替肉、魚、禽類制成仿肉類食品。美國(guó)已將這類肉類補(bǔ)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(dá)30 %。 

6）擠壓膨化技術(shù)在開(kāi)發(fā)保健混合粉中的應(yīng)用 

   黑米、薏米、蕎麥粉為原料，這幾種物料都具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能，但由于其質(zhì)地堅(jiān)硬，正常的蒸煮難以糊化，不易被消化吸收，因此，必須經(jīng)過(guò)特殊工藝處理，擠壓膨化技術(shù)是理想方法。

   此外，由于每種原料的各種營(yíng)養(yǎng)成分分布是不均勻的，往往滿足不了人們對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要。

7）擠壓膨化技術(shù)在生產(chǎn)醬油中的應(yīng)用 

   一般的醬油釀造用脫脂加工大豆，經(jīng)過(guò)蒸煮蛋白質(zhì)變性，在蒸煮過(guò)程中由于鍋爐蒸汽負(fù)荷變動(dòng)，加之原料顆粒厚薄不勻，雖保持一定溫度蒸煮，但蒸煮過(guò)的脫脂加工大豆各粒子的氮變性程度不同，實(shí)際上是變性適度，過(guò)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。

6 、擠壓膨化技術(shù)的發(fā)展前景 

   食品加工的一個(gè)目的是充分利用現(xiàn)有的食品資源和開(kāi)拓新的原料來(lái)源來(lái)開(kāi)發(fā)各種各樣受人們歡迎的食品。

   膨化技術(shù)的出現(xiàn)可以說(shuō)為谷物類、淀粉類等這些我們稱之為粗糧類的原料在食品工業(yè)中的應(yīng)用開(kāi)辟了一條嶄新的途徑。

   而且，膨化食品一般都需經(jīng)調(diào)味處理，因此膨化食品加工業(yè)的發(fā)展必將帶動(dòng)調(diào)味料工業(yè)的發(fā)展，與此同時(shí)也帶動(dòng)薄膜等包裝技術(shù)的發(fā)展。

   另外隨著食品工業(yè)的發(fā)展，新技術(shù)和新工藝的出現(xiàn)以及人們生活水平的提高，擠壓膨化技術(shù)及其設(shè)備也正朝著更好的方向發(fā)展，生產(chǎn)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(shù)、化學(xué)膨化技術(shù)、超聲膨化技術(shù)都有可能在不久的將來(lái)應(yīng)用于實(shí)踐；而微波膨化技術(shù)、烘焙膨化技術(shù)作為新型膨化技術(shù)已經(jīng)引起人們的重視并逐步在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

   據(jù)報(bào)道，以淀粉為主要原料，配以9%的玉米分離蛋白、1.5%的棕櫚油，在含水量50% 的條件下，用500W、2450MHz微波輻射兩分鐘可獲得良好的原料膨化食品。

   真空油炸膨化技術(shù)對(duì)于改善食品的品質(zhì)、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(jìn)行油炸，這時(shí)在60℃下便產(chǎn)生水蒸氣；若油炸時(shí)采用80～120℃，則原料中的水分可充分蒸發(fā)，水蒸發(fā)時(shí)使體積顯著膨脹。

   采用真空油炸的制得的產(chǎn)品除有顯著的膨化效果外，油炸時(shí)間有也相對(duì)縮短。 

   總之，隨著人們生活水平的提高，利用擠壓膨化技術(shù)生產(chǎn)膨化食品以及擠壓膨化技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用在我國(guó)具有十分廣闊的前景。

   擠壓膨化技術(shù)、微波膨化技術(shù)、烘焙膨化技術(shù)等都將是膨化技術(shù)的發(fā)展方向；真空油炸膨化技術(shù)則是保持油炸膨化技術(shù)生命力的一種有效的改良方法。

   進(jìn)行膨化理論和技術(shù)的研究，開(kāi)拓新的原料來(lái)源、開(kāi)發(fā)新型擠壓膨化設(shè)備、擠壓膨化技術(shù)和其他食品加工技術(shù)的有機(jī)結(jié)合將是膨化技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。