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食品膨化技术及其应用 林 勉 芮汉明 刘通讯 (华南理工大学食品与生物工程学院,广州, 510641) 摘 要 膨化技术作为一种新型食品生产技术,正逐步在食品工业中得到广泛的应用。目前 膨化食品的生产技术主要包括挤压膨化技术和高温膨化技术2种类型。 本文主要介绍了挤压 膨化技术和高温膨化技术的膨化机理、 生产工艺和流程以及它们在膨化休闲小食品生产中的 应用;并对膨化食品的研究开发和微波膨化、 烘焙膨化、 真空油炸等新型食品膨化技术及其发 展趋向进行了讨论。 关键词 膨化 挤压 高温膨化 油炸 膨化食品是指以谷物粉、 薯粉或淀粉为 主料,利用挤压、 油炸、 砂炒、 烘焙等膨化技术 加工而成的一大类食品。 它具有品种繁多、 质 地酥脆、 味美可口、 食用方便、 营养物质易于 消化吸收等特点。 作为一种休闲食品,膨化食 品深受消费者尤其是青少年的喜爱和欢迎。 在自诩为小吃食品王国的美国,各种休闲食 品的年销售额高达150亿美元,其中30%为 马铃薯片。而作为美国最大膨化食品生产企 业的Frito2L ay公司,年销售额达到50亿美 元1。 可以肯定,膨化技术应用于膨化食品的 生产具有十分广阔的前途和发展前景。 食品膨化技术在我国有着悠久的历史, 但应用现代膨化技术生产膨化食品的时间并 不长。 我国第一台挤压机于70年代末期在上 海研制成功,这标志着我国工业生产挤压膨 化食品开始起步。但由于生产厂家对膨化食 品的研究开发工作不够重视,膨化食品风味 单调,品种较少,远不能满足人们生活水平日 益提高的需求,因而逐渐受冷落。近年来,美 国的Frito2L ay公司、 日本的Calbee公司以 及欧洲和东南亚很多著名的膨化食品生产企 业纷纷在中国投资建厂,生产各种膨化食品。 美国Frito2L ay公司在广州的合资企业广州 百事食品有限公司1994年投产后仅日式牛 排和海鲜味粟米脆年销售额达一亿元人民 币。 因此,大力发展膨化技术并加快它在食品 生产中的应用步伐以促进我国食品工业的发 展是目前食品科学工作者需着重考虑的一个 课题。 1 膨化食品生产技术 1. 1 挤压膨化食品生产技术 1. 1. 1 概 述 挤压膨化技术在40年代末期逐渐扩大 到食品领域。它不但应用于各种膨化食品的 生产,还可用于豆类、 谷类、 薯类等原料及蔬 菜和某些动物蛋白的加工。近年来挤压膨化 技术发展十分迅速,目前已成为最常用的膨 化食品生产技术之一。 据报道美国1997年挤 压膨化食品的销售额达9. 319亿美元,比 1996年增长9. 3% 2。 它具有产品种类多、 生 产效率高、 成本低、 产量高、 产品质量好、 能使 用低价粗原料、 无废弃物、 可实现生产全过程 的自动化和连续化等特点3,是膨化食品加 工技术发展的一个方向。挤压膨化可以使产 品的质量得到改良和提高,它导致淀粉的糊 化、 蛋白质的变性以及淀粉、 蛋白质和脂类复 合体的形成4,蛋白质的可消化率得到提 高3。 因而挤压膨化食品味美可口、 易于消化 吸收,深受广大消费者的青睐。 1. 1. 2 食品挤压膨化的机理 膨化食品的生产原料主要是含淀粉较多 的谷物粉、 薯粉或生淀粉等。 这些原料由许多 排列紧密的胶束组成,胶束间的间隙很小,在 水中加热后因部分胶束溶解空隙增大而使体 积膨胀。 当物料通过供料装置进入套筒后,利 56第25卷 第3期 林 勉等:食品膨化技术及其应用 第一作者:硕士研究生。 收稿时间: 1998- 09- 22,改回时间: 1998- 12- 21 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 用螺杆对物料的强制输送,通过压延效应及 加热产生的高温、 高压,使物料在挤压筒中被 挤压、 混合、 剪切、 混炼、 熔融、 杀菌和熟化等 一系列复杂的连续处理5,胶束即被完全破 坏形成单分子,淀粉糊化,在高温和高压下其 晶体结构被破坏,此时物料中的水分仍处于 液体状态。当物料从压力室被挤压到大气压 力下后,物料中的超沸点水分因瞬间的蒸发 而产生巨大的膨胀力,物料中的溶胶淀粉体 积也瞬间膨化,这样物料体积也突然被膨化 增大而形成了疏松的食品结构6, 7。 1. 1. 3 挤压膨化食品生产工艺 挤压膨化食品是指将原料经粉碎、 混合、 调湿,送入螺旋挤压机,物料在挤压机中经高 温蒸煮并通过特殊设计的模孔而制得的膨化 成型的食品。在实际生产中一般还需将挤压 膨化后的食品再经过烘焙或油炸等处理以降 低食品的水分含量、 延长食品的保藏期,并使 食品获得良好的风味和质构;同时还可降低 对挤压机的要求、 延长挤压机的寿命、 降低生 产成本。挤压膨化食品的工艺流程如图1所 示。将各种不同配比的原料预先充分混合均 匀,然后送入挤压机,在挤压机中加入适量 水,一般控制总水量为15%左右。挤压机螺 杆转速为200350 r?m in,温度为120 160,机内最高工作压力为0. 81M Pa,食 品在挤压机内的停留时间为1020 s3, 8。食 品经模孔后因水蒸气迅速外逸而使食品体积 急剧膨胀,此时食品中的水分可下降到8% 10%。 为便于贮存并获得较好的风味质构, 需经烘焙、 油炸等处理使水分降低到3%以 下。 为获得不同风味的膨化食品,还需进行调 味处理,然后在较低的空气湿度下,使膨化调 味后的产品经传送带冷却以除去部分水分 (目前一般成品冷却包装车间都有空调设备) 再立即进行包装。 原料混合调理挤压蒸煮、 膨化、 切割 烘烤或油炸冷却调味称重、 包装 图1 挤压膨化食品生产流程 1. 2 高温膨化技术 1. 2. 1 概 述 高温膨化技术是一种将现代化的机械压 成型技术与比较古老的油炸膨化、 砂炒膨化 等处理工艺结合起来而获得膨化食品的一种 技术。当然,烘焙技术、 微波技术等新型膨化 技术也应属于这一范畴,但这些新技术在工 业化膨化食品生产中还较为少见,这里所说 的高温膨化技术是指工业生产常用的油炸膨 化或砂炒膨化,其中以油炸膨化最为常见,因 为砂炒膨化对砂的质量要求较高,且食品膨 化后砂的去除也不大好解决;而烘焙膨化和 微波膨化将在后面提及。 高温膨化技术常应用于间歇生产中,生 产工艺较为复杂,生产周期较长,产量也受到 一定的限制;但由于这种膨化技术对设备要 求不是很高,对于原料的等级要求也不十分 严格,而且还可拓宽一些原料的利用途径,所 制得的膨化食品也有其独特的风味、 外观和 口感,从而整体的可口性得到提高9, 10,因此 目前仍广泛应用于膨化食品的生产。 而且,这 种技术还具有一个其它技术所没有的优点, 就是采用这种技术经一次干燥后的半成品通 常可存放半年的时间,因此生产厂家可将半 成品运到目的地再进行膨化加工处理,既可 节约投资、 降低生产成本,又能使消费者得到 新鲜、 优质的膨化食品。 1. 2. 2 食品高温膨化的机理 高温膨化食品的生产原料以面粉、 玉米 淀粉和薯类淀粉为主。当食品原料经蒸汽蒸 煮时,其中的淀粉发生糊化即 2化,此时淀 粉分子间氢键断开,水分进入淀粉微晶间隙。 由于高温蒸汽和高速搅拌作用,淀粉快速大 量地不可逆吸收水分。 再经冷却处理,淀粉又 发生老化即 2化,淀粉颗粒高度晶格化,包裹 住在糊化时吸收的水分。 在高温处理(油炸或 砂炒)时,淀粉微晶粒中水分因爆沸而急剧汽 化,促使形成微细孔隙以达到膨化10, 11。此 外,高温膨化技术一般还借助膨松剂以促进 食品的膨化。 66食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vol . 25 No. 3 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 1. 2. 3 高温膨化食品生产工艺 高温膨化工艺流程如图2所示。将各种 原辅料置于蒸煮锅中,加入适量的水,在0. 2 0. 4M Pa的蒸汽压力下,搅拌蒸煮3 5m in,这时淀粉糊化成胶质状的粘性面团。 再辊压成厚度为1. 53mm的具有一定花 纹的薄皮,并输送到多层冷却机上冷却。 然后 将面皮在钢管上卷成面卷,存放在空气不流 通的空间(塑料棚或铝合金棚 ) 8 12h,达到 醒发均质的目的。然后将面卷切割后在40 60的条件下进行一次干燥使水分降低到 12%15%。这样得到的半成品可长期存放 而不变质。一次干燥后的半成品一般需存放 几天使水分渗透均匀,再在80下进行二次 干燥至水分为7%10%。然后在180 200下进行油炸膨化,或在200300下 进行砂炒膨化。经膨化后再进行调味和包装 即得成品。 原辅料蒸煮、 搅拌辊压冷却醒发 切割一次干燥半成品存放二次干燥 油炸或砂炒调味包装成品 图2 高温膨化食品生产流程 2 膨化食品及其加工技术的发展趋势 食品加工的一个目的是充分利用现有的 食品原料资源和开拓新的原料来源开发各种 各样受人们欢迎的食品。膨化技术的出现可 以说为谷物类、 淀粉类等这些我们称之为粗 粮的原料在食品工业中的应用开辟了一条崭 新的途径。 而且,膨化食品一般都需经调味处 理,因此膨化食品加工业的发展必将带动调 味料工业和薄膜等包装技术的发展。目前将 大米作为原料应用于膨化食品的生产也是生 产厂家的一个研究开发方向12; Eun等人在 IFT 98年年会上提出将黑米和糙米等量混 合,加水至其水分含量为18% ,然后在260 膨化 6s 以生产一种膨化米饼的方法13。另 外,据估计一种膨化食品在市场上具有2年 的寿命就算非常不错了。 因此,作为膨化食品 的研究开发人员和生产厂家,应着重市场调 查研究和产品的更新换代,不断加强膨化理 论与技术的研究,开发新原料、 新设备和新配 方以提高自己的竞争力。我国膨化食品工业 的发展也有这方面的教训,如80年代初期因 “泡泡果” 问世而兴起的 “挤压膨化热” 就因为 后来风味单调、 品种花样少而使这一行业的 发展停滞不前好长一段时间14。而美国最大 的膨化食品生产企业Frito2L ay公司在全球 业务迅猛发展的原因就是十分注重产品的研 究开发工作,适时推出适合人们需求的新型 膨化食品。 随着食品工业的发展、 新技术和新工艺 的出现以及人们生活水平的提高,膨化工艺 技术以及膨化设备也必然不断向前发展,生 产更受人们欢迎的低油、 天然产品。 微波膨化 技术、 烘焙膨化技术作为新型膨化技术已经 引起人们的重视并逐步在生产中得到应用。 而超低温膨化技术、 超声膨化技术、 化学膨化 技术都有可能在不久的将来得到实际的应 用。 微波膨化技术是通过电磁能的辐射传 导,使水分子吸收微波能产生分子剧震获得 动能,实现水分的汽化,进而带动物料的整体 膨化。微波应用于食品的生产可以改变传统 的从表面到内部的热传导过程,具有受热均 匀、 加热速度快、 产品质量高、 反应灵敏易于 控 制、热 效 率 高、设 备 占 地 面 积 少 等 优 点15, 16。Zuckerman等人认为要使微波膨化 达到所需高温(一般高于150 ), 可以使用 薄层感受器(thin layer susceptor ), 让它吸收 微波能,迅速受热至高温,进而带动食品的膨 化17。O lsson提出了一种将半成品用耐热复 合薄膜包装再在微波炉中膨化的新方法18。 这种方法制得的产品脂肪含量低、 而且由于 半成品先行包装因而可以延长其保存期;甚 至消费者还可以根据其爱好选用不同的调味 料。可以肯定微波膨化技术是膨化食品生产 技术发展的一个方向。 烘焙膨化技术也是生产低油膨化食品的 76第25卷 第3期 林 勉等:食品膨化技术及其应用 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 一种新的膨化技术。这种技术目前多用于面 包和饼干的生产,但据报道美国Frito2L ay 公司于1995年使用马铃薯切片烘焙膨化技 术生产出了焙烤薯片(Bake L ays) 1, 该产品 脂肪含量低、 维生素保持率高,口感风味俱 佳,因而深受消费者的欢迎。 这一技术也改变 了以往将马铃薯磨粉再加工成薯条或薯片的 加工方法,不但简化了工序,还有利于产品风 味和营养物质的保持。A rambula等人也报 道了利用红外烘焙技术生产膨化食品的方 法19。 真空油炸技术作为一种新的油炸膨化技 术对于改善食品的品质、 降低油脂的劣化程 度也有很大的意义。真空油炸是在负压条件 下 食 品 在 油 中 脱 水 干 燥。 在 真 空 度 2. 67103Pa、 油温100进行油炸,这时所 产生的水蒸气为60。 若油炸时油温采用80 120,则原料中水分可充分蒸发;水蒸发 时使体积显著膨胀20。采用真空油炸制得的 产品有显著的膨化效果,而且油炸时间相对 缩短。 3 结 语 综上所述,随着人们生活水平的提高,利 用膨化技术生产膨化食品在我国具有十分广 阔的前景。挤压膨化技术、 微波膨化技术、 烘 焙膨化技术等是膨化技术发展的方向;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、 开发新型膨化 设备和膨化技术将是膨化食品生产技术发展 的重点和难点。 参 考 文 献 1 Hollingsworth P. Food Technol . , 1996, 50 (10): 28 2 The Snack Food A ssociation, State of the Snack Food Industry, 1998: SW 2223 3 Balandran2Q uintana R R, Barbosa2Canovas G V , Zazueta2M orales J J. J. Food Sci . , 1998, 63 (1): 113116 4 Singh N , Sm ith A C. J.Food Eng. , 1997, 34(1): 1532 5 肖诗明,徐坤,吴兵.食品工业, 1997(5): 8 6 Shukla T P. 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