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浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 双螺杆挤压重组鱼肉，j n - r 新技术研究 摘要 本论文利用s l g 3 2 一i i 双螺杆挤压机，通过挤压膨化将鱼肉组织 化，使低值天然鱼肉蛋白原料制成具有良好咀嚼性和耐贮藏、方便、 营养、卫生的即食产品，提高低值鱼肉蛋白的附加值。 在对鱼肉干燥工艺的研究时，考察不同干燥条件对鱼肉盐溶性蛋 白含量、总挥发性盐基氮以及脂肪氧化的影响。并对经0 0 2 叔丁基 对苯二酚( t b h q ) 溶液处理后的鱼抗氧化效果进行研究。结果表明 在温度为5 5 下，经0 0 2 t b h q 溶液处理后干燥的鱼肉品质好，干 燥时间适中。 应用响应面法研究了螺杆转速、面粉含量、物料湿度和机筒末段 温度四个操作参数对鱼肉蛋白挤出物的膨化度、盐溶性蛋白含量以及 脂肪氧化程度的影响。确定了最适工艺条件：螺杆转速为3 5 0r p m ， 面粉含量为2 0 ，水分含量为4 0 ，机筒末段温度为1 7 0 。 通过对挤压前后鱼肉蛋白质、脂肪、氨基酸和组织结构的变化 研究，表明在挤压膨化过程中，蛋白质在高温、高压下形成新的高分 子产物；结合脂肪增加一倍；鱼肉蛋白重新组织化，并沿挤出方向形 成平行纤维，形成多孔状结构。 关键词：鱼肉蛋白质，挤压，组织化，响应面法 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 s t u d yo nt h en e wt e c h n o l o g yo f u s i n gt w i n s c r e we x t r u d e rt op r o d u c e t e x t u r e df i s h a b s t r a c t s l g 3 2 一i it w i n - s c r e we x t r u d e rw a su s e dt op r o d u c et e x t u r e df i s h p r o t e i n i tm a k e sl o wv a l u ef i s h t ob e c o m en u t r i t i o na n dc o n v e n i e n t p r o d u c et h a ti se a s yt oc h e wa n ds t o r eu p i tc a nr a i s et h ea d d e dv a l u e t or e s e a r c hd r y i n gt e c h n o l o g yo ff i s h ，w es t u d i e dt h ee f f e c to f d r y i n go nt h ec o n t e n to fp r o t e i nt h a td i s s o l v es a l ts o l u t i o n , t - v b na n d t h ee f f e c to fa n t i o x y g a no ft b h qt ot h ef i s ho i l u n d e rt h ec o n d i t i o no f 5 5 ，o 0 2 t b h qa d d e d ，t h eq u a l i t yo fd r i e df i s hi sg o o da n dd r y i n g t i m ei sp r o p e r u s er e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g yt os t u d yt h ee f f e c to fp r o c e s s p a r a m e t e r so nt h ed e g r e eo fp u f f , c o n t e n to fp r o t e i nt h a td i s s o l v e s a l t s o l u t i o na n dd e g r e eo ff a to x i d a t i o no f t e x t u r e df i s h p a r a m e t e r se x a m i n e d a r e s c r e ws p e e d ，c o n t e n to ff l o u r ，m o i s t u r ec o n t e n t ，b a r r e lt e m p e r a t u r ei n i l 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 t h el a s tz o n e t h em o s tp r o p e rt e c h n o l o g yi st h a ts c r e ws p e e di s3 5 0 r p m ， c o n t e n to ff l o u ri s2 0 ，m o i s t u r ec o n t e n ti s4 0 ，b a r r e lt e m p e r a t u r ei n t h e l a s t z o n e i s1 7 0 t or e s e a r c ht h ef i s h p r o t e i n ，t h ef a t ，t h ea m i n oa c i da n dt h e o r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r ec h a n g eb e t w e e nt h ee x t r u d e df i s ha n df i s ht h a t i s n te x t r u d e d i ti si n d i c a t e dt h a tu n d e rt h eh i g ht e m p e r a t u r e ，t h eh i g h p r e s s u r et h ep r o t e i nf o r m st h en e wh i 曲p o l y m e rp r o d u c t , t h eu n i o nf a t i n c r e a s e s7 5 5 ，t h ef i s h p r o t e i no r g a n i z e da g a i n ，f o r mt h ep a r a l l e l t e x t i l ef i b e ra l o n ge x t r u s i o nd i r e c t i o na n dt h ec e l l u l a rs t r u c t u r e 、k e yw o r d s ：f i s h p r o t e i n ，e x t r u d e ，t e x t u r i s a t i o n ，r e s p o n s es u r f a c e m e t h o d o l o g y l l l b h a b h t t _ v b n t b h q k # h m i n m l m g g m o l l h n a 2 h p 0 4 1 2 h 2 0 n a h 2 p 0 4 2 h 2 0 a r k c l t b a r p m b s a m g m l n l n h c l m g k g k i s d s t r i s 符号说明 叔丁基羟茴香醚 2 , 6 二叔丁基- 4 甲基苯酚 总挥发性盐基氮 叔丁基对苯二酚 千克每小时 摄氏温度 分钟 毫升 毫克每克 摩尔每升 小时 十二水磷酸氢二钠 二水磷酸二氢钠 分析纯 氯化钾 硫代巴比妥酸 转每分钟 牛血清蛋白 毫克每毫升 纳米 盐酸 毫克每千克 碘化钾 十二烷基磺酸钠 三羟甲基氨基甲烷 浙江工业大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育 机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名：乒盔日期：。7 年 月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保司。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：参日期：。7 年 月日 导师签名：了砂灶魄0 7 年6 月弓日 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 第一章前言 1 1 我国水产品加工业现状 我国水产品加工的研究始于2 0 世纪5 0 年代末。8 0 年代以前，重点是研究 海水鱼、虾的保鲜技术。2 0 世纪6 0 年代根据当时渔业生产的特点，还重点开展 了防止盐干鱼油脂氧化和海带综合利用技术的研究，采用b h a 、b h t 等抗氧化 剂解决盐干鱼油脂氧化问题，并取得了海带提取褐藻胶、甘露醇和碘的成功。我 国水产加工业已发展成为一个包括冷冻小包装、冷冻调理食品、干制品、鱼糜及 其制品、罐头、熟食品、腌熏品、鱼粉、鱼油、藻类食品、医药化工和保健品等 系列产品的加工体系。并利用生物化学和酶学技术从低值水产品和加工废弃物中 研制出一大批综合利用产品，如水解鱼蛋白、蛋白胨、甲壳素、水产调味品、鱼 油制品、紫菜琼胶、河豚毒素、海藻化工产品等，大部分综合利用研制成果已投 入生产，创造了巨大的经济效益，其中不少产品属于世界首创。 目前国内水产品加工存在以下几个问题： 水产品市场不健全：国内水产品市场的相关制度都还处于初创阶段。对于水 产加工品、企业资质、从业人员资质缺乏统一的规定，造成水产品市场鱼龙混杂、 良莠不齐。 加工品比例较低：据f a o 统计，自2 0 世纪7 0 年代以来，世界水产品产量 的7 5 左右是经过加工而后销售的，鲜销的比例只占总产量的1 4 。国内水产品 市场现仍以鲜活、冷冻品消费为主，内陆省份消费以淡水水产品为主，适合国内 消费者口味的水产加工品还比较少，水产品的价格长期在低水平徘徊。而我国水 产加工企业的总体水平还不高，目前的加工比例仅占总产量的3 0 左右，其中 淡水水产品加工比例更低，产量占我国总产量的5 0 以上的淡水水产品加工比 例不足5 ，鲜销的比例超过9 5 。 高附加值产品少，技术含量低；加工废弃物综合利用水平不高，如除腥技术、 淡水鱼类加工等方面的技术有待进一步突破，只有烤鳗、精加工紫菜、模拟食品、 鱼油和保健品等因其技术含量较高，产品附加值也较高。在水产品加工过程中往 浙江工业大学硕士论文 双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 往会产生许多废弃物，例如鱼品加工时会有鱼头、内脏、鱼鳞和鱼骨等废弃物， 蟹、虾类加工往往会有大量的虾头和蟹、虾壳产生。对这些废弃物的利用，目前 我国主要用来生产饲料鱼粉，对其中很有价值的成分尚未充分利用。近几年我国 鱿鱼年产量已达1 2 万吨以上，鱿鱼加工过程中占重量1 4 的内脏成为废弃物， 目前只有少部分被作为饲料添加剂利用，其他大部分尚无好的利用途径。 传统产品加工技术落后：我国有几千年的发展历史，有许多传统的水产风味 食品，但大多以作坊式手工加工为主，加工技术落后，有的在工艺上也存在某些 缺点，需用现代科技手段加以改进和提高。 加工机械化水平较低：目前，除部分大中型加工企业外，大部分中小企业加 工设备简单，仍以手工操作为主。我国至今仍没有一个专业加工机械制造厂，尚 不具备鱼类加工所需的去头、去内脏、去鳞、切鱼片、成型等专业机械生产的能 力。 1 2 本论文的研究目的及意义 浙江省是渔业大省，沿海企业多年来一直注重冷冻产品开发，一定程度上忽 视了低值鱼深加工的新技术、新工艺和新产品开发，因此随着低值鱼的增加，经 济鱼类的减少，企业有必要调整产品结构，生产高附加值产品。走科技兴海之路， 把海洋潜在的资源优势变为现实的经济优势。 水产加工和综合利用的发展，不仅提高了资源利用的附加值，而且还安置了 渔区大量的剩余劳动力，并且带动了一批相关行业如加工机械、包装材料和调味 品等的发展，具有明显的经济效益和社会效益。因此提高水产品加工的科技含量、 开发多元化水产食品、产品加工向精深加工方向发展，切实推行清洁生产，这在 渔业资源日渐衰竭的今天便显得尤为重要。 挤压膨化加工，是当今世界食品加工的一项高新技术。应用这项技术加工水 产品的深刻意义在于能够重新组合鱼肉肌纤维的质构，获得全新的海洋水产品深 加工重组食品。 开发鱼肉组织化的目的是将低值天然鱼肉蛋白原料制成具有良好咀嚼性和 耐贮藏、方便、营养、卫生、风味化的新型即食产品，该类食品质地膨松、食用 方便、易于消化，并具有高附加值和高蛋白、低脂肪、无胆固醇等营养特点。 该技术相对现有水产品的冷冻、超高压和鱼糜纺丝模拟食品等加工方法，具 2 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 有如下特点： ( 1 ) 通用性强，能广泛应用于海洋食物资源利用。同一设备可生产多种类 型、多种风味的产品。 ( 2 ) 生产一次成型，降低生产成本。一台机械就可完成输送、混炼、蒸煮、 膨化、灭菌、成型等整个加工过程，这样可明显减少生产场地、人工、能耗等。 ( 3 ) 产品不需油炸、烟熏等处理，安全卫生。 ( 4 ) 产品质量高。短时高温的生产工艺，既减少了热敏性营养成分的损失， 又能改善产品的质构，改善食品的口感及风味，提高食品的可消化性；同时达到 了杀菌保质的目的。 ( 5 ) 生产无污染。整个生产过程中无副产品和污水废气产生，无环保后顾 之忧。 通过本论文的研究，将为低值鱼提供一条新的深加工途径和方法，也为其他 海产品原料的深加工提供一定的应用指导和科学依据。 1 3 挤压技术简介 最早关于挤压加工记载是在1 7 9 7 年】当时j o s e p hb m m a l l 用一个活塞驱动装 置制造无缝铅管。这项发明后来被食品工业应用于制作通心面。2 0 世纪3 0 年代中 期，有人用成型挤压机将粗面粉与水混合制作面条。1 9 3 6 年第一台应用于谷物加 工的单螺秆挤压蒸煮机问世，并取得成功。这标志着人类食品生产挤压技术进入 一个新的时代。螺杆挤压机被誉为高温短时生物反应器，螺杆挤压机所具有的混 合、蒸煮、剪切、灭菌等新功能使其大大拓宽了对食品加工的工艺路线的选择途 径，不同质地、不同花色、不同外形的新型食品应运而生【2 j 。日本在第二次世界 大战期间，就用挤压方法加工玉米、麦，再经过压制成型作为军粮，四十年代末 期，挤压机在食品中的应用领域进一步扩大，各种挤压方便食品开始用挤压机生 产；五十年代在很大程度上取代了当时的饼干焙烤，并开始应用于淀粉原料的处 理，取得很好的糊化效果【3 1 ；到了六十年代，成本较高的双螺杆挤出机也被从化 工、塑料行业转用到食品加工领域；七十年代在欧美市场上的方便食品中，有3 5 是挤压技术的产品，除此之外它还被广泛应用于水产品、调味品、糖和巧克力等 生产领域；八十年代在原欧共体成员国的食品热处理国际协作计划中，挤压膨化 技术已经占有重要的地位；1 9 8 4 年日本农林省专门成立了双螺杆食品挤出机开发 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 利用小组，美国的一些公司在食品挤出机及其配套设备上的研究和生产更是投资 额高、范围广、规模大1 4 l 。我国从七十年代末开始对该技术进行研究，较早的机 构有北京市食品研究所和黑龙江商学院等单位。1 9 8 0 年3 月北京食品研究所仿制 出第一台自热式p j 1 型谷物膨化挤压机后就开始大量生产，但总体上说研究水平 与i 国# 1 - 的先进技术还有比较大的差距f 2 1 。目前，在食品工业中最常用的挤压机是 双螺杆、同向、完全啮合的双螺杆挤压机。 1 3 1 挤压技术的分类及其机理 根据挤压产品的最终形态和要求，挤压技术可分为挤压膨化、挤压蒸煮和挤 压组织化。 1 3 1 1 挤压膨化 具有一定水分和淀粉含量的物料进入机筒内，挤压机利用螺杆的推进作用将 物料从进料端输送到决定成品形状的模具端。在此过程中，物料被加热，也可利 用摩擦产生足够的热量蒸煮物料，由于机筒的尺寸和形状，螺杆的压缩比及螺杆 位置的变化，使物料受到的挤压力和剪切力发生改变，从而使物料处于3 8m p a 的高压和2 0 0 左右的高温状态下。如此高的压力超过了挤压温度下的饱和蒸汽 压，因而物料在机筒内不会沸腾四，原料到达模具端后，由于压力突然减小，颗 粒的体积突然增大，加上温度骤降，产品得以固化成型，从而得到直接膨化产品。 1 3 1 _ 2 挤压蒸煮 物料经预处理后送入挤压机，利用螺杆的推进作用从进料端输送到模具端。 在此过程中，将加热蒸煮与挤压成型两种作用有机结合起来，使得物料经过挤压 机后，成为具有一定形状和质构的熟化或半熟化的产品。 1 3 1 3 挤压组织化 挤压组织化主要指植物蛋白的挤压组织化。含有较多蛋白质( 5 0 以上) 的 原料，在挤压机内，由于受剪切力和摩擦力的作用，使维持蛋白质三级结构的氢 键、范德华力、离子键、双硫键遭到破坏。随着蛋白质三级结构被破坏，形成了 相对里线性的蛋白质分子链。这些相对呈线性的蛋白质分子链在一定的温度和一 定的水分含量下，产生了分子问的重组，形成一种类似于肉类组织结构的产品1 6 1 。 1 3 2 挤压加工设备 目前，应用于食品工业的挤压机主要是螺杆挤压机，它的主体部分是由一根 4 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 或两根紧密配合的圆筒形套筒中旋转的阿基米德螺杆组成。按螺杆的根数分类可 将挤压机分为单螺杆挤压机、双螺杆挤压机和多螺杆挤压机。 1 3 2 1 单螺杆挤压机 单螺杆挤压机在机筒内只有一根螺杆，它是靠螺杆和机筒对物料的摩擦来输 送物料和形成一定的压力。一般情况，物料与机筒之间的摩擦系数大于物料与螺 杆之间的摩擦系数。否则，物料将包裹在螺杆上一起转动而起不到向前推进的作 用。 1 3 2 2 双螺杆挤压机 双螺杆挤压机是在单嫘杆挤压机的基础上发展起来的，双螺杆挤压机的套筒 横截面积是铽型，在套筒中并排安放两根螺杆。双螺杆挤压机虽然和单螺杆挤 压机十分相似，但在工作原理上却存在较大的差异，而且不同的双螺杆挤压机， 其工作原理也不完全相同。 1 3 2 3 多螺杆挤压机 多螺杆挤压机是指在一个套简中具有3 根或3 根以上螺杆的挤压机。这使挤压 机的混合效果更加理想，但制造较困难，对传动系统的要求较高，生产时更易产 生摩擦，因而在食品加工行业中极少使用。 1 3 3 挤压膨化过程中主要营养成分理化性质的变化 1 3 3 1 挤压过程中淀粉的变化 食品中淀粉的含量、直链淀粉与支链淀粉的组成、加工工艺参数都对膨化食 品质量有直接影响。挤压膨化过程中，淀粉链间的氢键断裂，淀粉粒解体，淀粉 被充分a 化( 糊化) ；支链淀粉的一部分侧链被“切割”下来，使较短的直链淀 粉、糊精和还原糖的比例增加，有利于膨化食品溶解、吸收与消化；挤出膨化的 糊化淀粉分子相互交联，形成了网状的空间结构。在挤出时闪蒸掉部分水分后定 型，不易回生，成为膨化食品的骨架，从而延长了食品的货架期川。 1 3 3 2 挤压过程中糖的变化 糖作为甜味剂经常被混合在原料中，此外淀粉的糊化过程中也会产生一定 量的还原糖。糖类在挤压过程中呈熔融状态，如温度大于2 5 0 易发生焦糖化， 不仅使产品色泽变暗，口感变苦，严重时还可造成堵机。还原糖还会与氨基酸作 用产生美拉德反应。尽管轻度的美拉德反应会诱发人的食欲，但美拉德反应产物 被认为有潜在的诱变作用。因此，很多工作是探讨如何努力避免其发生或有效控 浙江工业大学硕士论文 双螺杆挤压重组鱼内加工新技术研究 制其发生的程度。 1 3 3 - 3 挤压过程中蛋白质的变化 含蛋白质的食品原料在挤压机内受到高温、高压、高剪切力的综合作用，蛋 白质的三级和四级结构的结合力变弱，蛋白质分子结构伸展、重组，表面电荷重 新分布趋向均匀化，分子问氢键、二硫键等部分断裂，导致蛋白质最终变性。蛋 白质产生变性的程度与挤压过程中的参数有密切关系。挤压过程中，蛋白质的生 物学效价会发生变化。温和的挤压条件可以引起蛋白质发生适度变性，增加了对 蛋白酶的敏感性，从而提高蛋白质的消化率；但在激烈的挤压条件下，氨基酸可 与原料中的一些还原糖或其他羰基化合物发生反应，造成氨基酸损失，特别是赖 氨酸损失较大，引起蛋白质的生物学效价和消化率下降嘲。 1 3 3 4 挤压过程中氨基酸的变化 在挤压膨化中，氨基酸常与糖类发生美拉德反应。例如，玉米经挤压膨化后， 蛋白质和脂肪的含量减少，氨基酸和水溶性成分含量增加。这说明在挤压膨化过 程中蛋白质发生了降解，大分子被切断成小分子肽以及部分氨基酸，其中6 种是 人体必需的【刀。 1 3 - 3 5 挤压过程中脂肪的变化 脂肪在食品的挤压过程中是一敏感组分，它对食品的质构重组、成型、口感 影响较大。一般认为，在挤压过程中，原料中的脂肪能够与淀粉形成复合物，不 仅影响产品的膨化效果，还会影响淀粉的溶解性和消化率。l i n k o 等人研究发现， 在挤压膨化中直链淀粉与脂肪形成的复合物能够由v 型结构转换成更趋于稳定 的e 型结构，经酬线衍射光谱分析表明，挤压机内的剪切力是引起复合物由v 型结构向e 型结构转换的根本原因【9 】。脂肪在挤压过程中，除了生成脂肪复合体 外，还会产生不饱和脂肪酸发生的顺一反异构现象。在挤压过程中发现，不饱和 脂肪酸发生的顺一反异构变化随着挤压温度的变化而变化，当挤压温度由5 5 增至1 7 1 ，反式脂肪酸的量会由1 增至1 5 纠6 】。 1 3 3 6 挤压过程中维生素的变化 挤压膨化过程中维生素c 和维生素a 的变化较大。但由于腔体高温作用时间 短，与氧接触机会少，而成品在被挤出模具的瞬间，温度急骤降低。所以仍有约 7 0 维生素c 和5 0 维生素a 被保留下来1 1 0 l 。维生素挤压膨化后的保留值的高低 6 浙江工业大学硕士论文 双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 受到包括挤压温度、螺杆转速和膜具孔径等众多因素的影响。测得在特定的工艺 条件下维生素的保留值，有助于人们根据权威机构推荐的食品维生素安全含量指 标来补充和强化膨化食品的营养价值【l i 】。 1 3 3 7 挤压过程中风味物质的变化 在挤压膨化过程中，芳香成分的损失较大，风味多靠挤出后喷涂。也有在挤 压前就调好的，如洋葱味、咖啡味、巧克力味、麻辣味等。挤压膨化过程中发生 的美拉德反应也是膨化食品风味的来源之- - i 埘。 1 3 4 挤压技术在肉制品中的应用 1 3 4 1 挤压膨化鸡肉制品 在国内鸡肉深加工产品以传统腌腊制品居多。以鲜鸡肉和玉米淀粉为原料， 使用无外加热系统和固定螺杆转速的单螺杆挤压膨化机，生产挤压膨化鸡肉休闲 食品。工艺流程如下： 原料肉处理啼混合成型斗切分- 干燥斗粉碎+ 挤压膨化 切割成形啼烘烤啼调味包装斗成品。 综合考虑进料物料湿度、粒度和组成三个变量对糊化率和膨化度的影响，通 过响应面法进行分析，并确定挤压膨化机进料的最佳参数为：进料物料湿度18 2 2 ，物料粒度1 2 1 6 目，鸡肉组成为4 5 5 0 。此时产品的糊化程度可满足 产品的质量要求，膨化度适中，产品的组织状态较好f 瑚。 以鲜鸡肉和大米为原料生产鸡肉挤压膨化休闲食品，使用可以调节机筒温度 和螺杆转速的双螺杆挤压膨化机。工艺流程如下： 原料肉处理+ 混合啼调节水分挤压成型压片干燥 二次膨化+ 调味+ 包装成品。 通过响应面法进行分析，考虑进料物料湿度，机筒温度，和螺杆转速三个变 量对糊化率的影响，最终确定最佳挤压工艺条件为物料湿度3 5 ，机筒温度1 2 3 ，螺杆转速2 2 0r m i n 。随着物料湿度的不断增加，挤出物的糊化率也不断增加， 在3 5 时达到最大，当物料湿度继续增大时，糊化率降低，如果超过4 0 ，挤 出物成半流体状，可见部分生淀粉l j 4 】。 v b a l v a e z 等使用了双螺杆挤压膨化机，用机械去骨的鸡肉与玉米淀粉、小 麦麸质、大豆蛋白的混合物为原料生产挤压膨化休闲食品。实验发现如果全部使 7 浙江工业大学硕士论文双蠕杆挤压重组鱼内加工新技术研究 用鸡肉会造成膨化机器机筒的阻塞。在玉米淀粉、小麦麸质和大豆蛋白这三种非 肉成分中，使用玉米淀粉和机械去骨鸡肉混合后的挤压膨化效果最好。挤压机模 头的温度对机械去骨鸡肉和玉米淀粉混和物的产品的组织特性有很大的影响，剪 切力和拉伸剪切力都会随模头温度的上升而升高i “。 1 3 4 2 挤压膨化牛肉制品 j p a r k 等以单螺杆挤压膨化机挤压膨化脱脂大豆粉，玉米粉和鲜牛肉混和物 来制作膨化食品。他们确定了以2 0 的鲜牛肉组成以及不同的去脂大豆的添加 量，在产品的剪切力最小时的最佳工艺：2 9 1 的进料湿度，2 9 6 的进料脂肪， 2 2 的玉米粉，1 6 2 的温度，产品的膨化率较高的同时容积密度和剪切力较小， 电镜扫描有中空的气泡1 1 6 1 。 1 3 4 3 挤压膨化鱼肉制品 鱼肉在亚洲是一个很好的动物蛋白的来源，使用挤压膨化来生产鱼肉和谷物 类产品，具有较高的营养价值。 s a r o j k u m a r g i f t 等研究了挤压膨化变量对单螺杆挤压膨化鱼肉和大米粉混 合物的挤压参数的影响。产品的膨化度和容积密度受到机筒温度的显著的影响， 其次是鱼肉的组成。机筒温度越高产品膨化度越高，鱼肉的组成中鱼肉的添加量 增加的同时产品的膨化度的值越低，机筒温度和进料湿度对产品的容积密度有显 著影响，随温度的升高产品的容积密度是降低的，随进料湿度的增加产品的容积 密度是增加的。同样鱼肉的组成和进料湿度对产品的硬度有显著的作用，机筒温 度对产品硬度的影响较低，进料湿度越大则产品的硬度越大，随着鱼肉组成中鱼 肉的增多产品的硬度越大【研。 t d a y as h a r k a r - 等研究了单螺杆挤压膨化鱼肉和大米粉混合物的加工参数。实 验采用可旋转中心组和设计，响应面分析的方法，研究表明除了螺杆的转速外， 进料湿度，机筒温度，鱼肉组成都对产品的性质，包括膨化率，容积密度，硬度 和水溶性等指标有极显著的影响i 瑚。 r s r h e e 等研究了挤压膨化鲶鱼，玉米粉和去脂大豆粉生产的休闲食品。使 用了旋转中心组和响应面分析的方法，研究表明2 6 9 的进料湿度，1 6 0 1 的 温度和4 9 5 的去脂大豆粉将会使产品的膨化率最大。 b i n o yk g o g o l 等研究了同向旋转螺杆元件和进料组成对双螺杆挤压膨化细 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼内加工新技术研究 鳞大马哈鱼鱼肉和大米粉混合物的影响。嫘杆元件的位置和间距对产品的性质有 系统的影响，蛋白质没有淀粉的膨化效果好，当我们增加鱼肉的含量时产品的膨 化率呈线性的降低1 2 0 1 。 刘俊荣等利用c l e x t r a lb c - 4 5 型双轴挤出蒸煮机对鱼肉蛋白质进行湿挤压蒸 煮处理，研究挤压蒸煮操作的过程参数对挤压机系统运行稳定性的影响。主要研 究的3 个操作参数分别是末段腔体温度，螺杆转速以及喂料湿度。采用可旋转中 心复合设计，每一个变量设5 个水平。运行电流为目标函数，记录每个运行过程 中相应的电流读数。研究结果用响应面分析方法进行分析，得到响应曲面和等高 线。建立回归拟合方程。结果表明，螺杆转速和喂料湿度对挤压机系统运行均有 影响，提高螺杆转速和喂料湿度都会降低系统运行电流f 2 1 】。 刘俊荣等将鲱经采肉，脱脂等处理后，与大豆分离蛋白混合经双轴挤出机共 同挤出，套筒温度为1 6 0 ，送料速度3 3k g h ，螺轴转速1 2 0r r a i n 。实验结果 表明，脂肪含量为2 8 ，1 6 ( 干基) 的两种脱脂鱼肉，呈现出优越的组织化 性能。挤出物呈多孔膨松结构，并且具有类似畜肉的韧性和咀嚼感。电子显微镜 扫描结果显示，该组织化产物具有良好纤维结构并沿挤出方向定向【笠】 1 3 5 挤压技术在其他方面的应用 1 3 5 1 挤压技术在休闲食品中的应用 膨化食品是将挤压技术应用于食品加工中最先获得成功的产品。休闲食品多 以玉米、小麦、大米等谷物和马铃薯等薯类为原料，另有多种调味料，加工成多 种风味，多种形状的产品。根据其制作工艺的不同，可分为直接膨化型休闲食品、 共挤压型休闲食品、问接膨化型休闲食品。 1 3 5 2 挤压技术在加工再制食品中的应用 膨化技术在再制食品的加工中也显示了它的独特之处。所谓再制食品就是先 将物料膨化，再将膨化果进一步加工制成其他产品。再加工方法主要有2 种：第 一种方法是将用谷物制得的无味膨化果粉碎，然后将其作为面包、糕点、面条、 婴儿食品等产品的生产原料。由于谷物膨化粉水分含量低，与普通谷物粉混合制 作食品时，可增加原料的吸水量，延长制品的保鲜期。制作面包时，加入一定量 的膨化大米粉、玉米粉，可延缓面包的老化。目前国内外生产的婴儿米粉，以及 芝麻糊、花生糊等食品都是用这种方法生产的。 9 浙江工业大学硕士论文 双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 1 3 5 3 挤压技术在大豆蛋白加工中的应用 近二、三十年以来，挤压机进入到大豆蛋白的加工中。采用挤压膨化法加工 大豆蛋白，可以改善大豆蛋白的风味，保留大豆本身所含的各种营养成份，并去 除大豆中的豆腥味，钝化大豆中的抗营养因子，如抗胰蛋白酶、脲酶等，提高大 豆蛋白在人体中的消化性能，因而大大地提高了大豆蛋白的利用率。 将脱脂大豆粕进行挤压膨化，在一定的温度和水分下，受到较高的剪切力， 在模口被挤出时，蛋白质分子形成类似纤维状的结构产品具有类似“肉类”的外 观。大豆蛋白经组织化后改善了口感和弹性，扩大了使用范围，提高了营养价值。 可用于人造肉和其他仿肉制品的制作。近年美国己将这类“肉制品”加入到汉堡牛 排、肉糕、三明治中，在汉堡牛排中替代肉类的加入量高达3 0 嘲。2 0 0 0 年在 法国制成的高湿挤压烹饪机，市场流通的机型实际产量2 0 0 6 0 0k g h ，食品类型 包括蔬菜、比萨饼表面的配料、汉堡包、香肠、煎小牛肉片、肉饼和沙拉表面的 碎肉等。产品具有与肉类极其相似的口感和弹性，它将具有很大的市场潜力刚。 l - 3 5 4 挤压技术在饲料加工中的应用 用挤压方法将谷物及其淀粉制成膨化产品或将豆类等植物蛋白组织化是近 几十年发展起来的一项饲料加工新技术。目前，已成为饲料工业的一项重要单元 操作，主要应用于水产饲料和宠物饲料的生产。 1 3 5 5 挤压技术在油脂浸出中的应用 利用挤压技术对浸出前的油料进行膨化预处理，是溶剂浸出提油的一种新技 术。其基本原理是：当油料料胚在挤压膨化过程中受到高温、高压、高剪切的作 用，油料被混炼、熔融，产生组织变化。当料胚从高压状态挤出到常压状态时， 造成内部超沸点水分的瞬间蒸发，油料也随之膨化成型，产生许多具有细微孔的 条状体“油路”，有利于油料的浸出嘲。应用挤压膨化浸出法与传统的轧胚浸出法 相比，在浸出设备的生产能力、油脂浸出速度、能耗、溶剂料胚比以及油品质量 等方面有许多优越之处。1 9 8 8 年，美国约有6 0 的大豆油厂和5 0 的棉籽油厂 采用膨化预处理技术1 2 捌，目前已有9 0 的棉籽和8 0 的大豆都经过挤压膨化预 处理。国外己把挤压膨化机作为油脂浸出厂中的标准设备1 2 6 j 。 1 3 5 6 技术在酿造生产中的应用 谷物膨化后，淀粉及蛋白质等大分子物质发生降解，糊精、还原糖和氨基酸 1 0 浙江工业大学硕士论文 双螺杆挤压重组鱼肉加工新技未研究 等小分子物质含量增加，脂肪含量大大降低，这样的变化对发酵作用很有利。同 时，物料经挤压后呈片状或蜂窝状结构，体积膨胀，增大了与酶的接触面积，因 而加快了酶和酵母的作用进程，减少酶及酵母用量，缩短发酵周期。利用挤压膨 化原料生产食醋，原料出品率提高4 0 5 0 ，酒母和曲的用量减少，发酵时间比 传统工艺缩短1 0 天左右，经济效益显著增加。日本龟甲万酿造株式会社还用挤压 技术生产发酵制品一酱油和曲酒等【2 7 】。 1 3 5 7 生化反应器 近年来，把挤压机与生物、化学联系起来作为生化反应器，己成为挤压技术 发展的新热点，国外学者不断研究挤压机作为反应器对蛋白质、淀粉等聚合物进 行生物转化。c a r r 和c u r m i n g h a m 成功地用正转双螺杆挤压机，通过对部分由于挤 压产生的淀粉解聚作用产物进行缩醛反应，由淀粉生产7 - - 醇糖苷【2 8 】。m e u s e r 等人在双螺杆挤压机上将淀粉衍生物生成阴离子和阳离子淀粉 2 9 j 。 此外，双螺杆挤压机可代替搅拌反应器，完成乳制品酪蛋白盐反应物的生产； 可代替蒸煮器和浇模机，用于甘草、水果软糖的生产；代替精磨机用于巧克力的 生产；代替烤箱用于烘烤调料、焦糖生产；代替烤炉用于面包片、饼干的生产； 作为榨汁机用于生产各种果汁、油料。螺杆挤压机还可以用于其他工业制品的加 工，如造纸工业、纺织工业、金属铸造业、油井钻探等。 1 3 6 挤压技术的发展趋势和前景 挤压膨化技术作为一种新型食品加工技术，为食品加工提供了新方法，为我 国粮食加工企业开发新产品开辟了新途径。挤压膨化技术近年来得到很快的发 展，并且已在很多领域里取代了传统的加工方法。这主要是由于挤压技术具有适 应性强、加工范围广，产品质量高等特性，保证了生产的经济价值。据报道，美 国1 9 9 7 年挤压膨化食品的销售额达9 3 1 9 亿美元，比1 9 9 6 年增长9 3 1 3 0 l 。 挤压膨化技术在今后的发展中，应注意以下几点： ( 1 ) 继续加强对挤压机理的深入研究。目前生产用挤压膨化设备除了双螺 杆挤压机外，还有单螺杆挤压机。对于单螺杆挤压机的输送及挤压机理已经了解 得比较透彻，但无论是从工作能力( 包括输送能力、混合能力、自洁能力等) 还 是从物料适应范围上来说，单螺杆挤压机都远不及双螺杆挤压机。而双螺杆挤压 机工作过程中，影响因素非常多，各因素之间的交互影响又十分复杂，再加上物 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 料本身的复杂性和多变性，就使对双螺杆挤压机挤压机理的研究非常困难。而无 论是要提高生产能力和适应范围，还是改善结构、自动控制，都是以熟知挤压机 理为基础的，因此进一步加强对挤压机理的研究至关重要1 3 1 】。 ( 2 ) 提高挤压膨化过程的自动控制 挤压过程中的影响因素本已很多，而加工过程中一些手工操作又会增大加工 误差和质量波动，因此，实现加工过程的自动控制十分重要。对喂料速度、物料 湿度、螺杆转速、加热温度等一些重要参数都由计算机来控制，减少由于人为因 素给产品质量带来的影响，并可降低劳动强度，提高生产效率。 ( 3 ) 改进挤压机结构设计，研制多功能、多用途挤压机 螺杆和机筒是双螺杆挤压机的核心部件，设计时应不断改进其结构以适应工 艺参数的要求。如双螺杆挤压机一般要求机筒内压力由入料口逐渐增大，到模口 处达到最大，设计时不应使最大压力距模口太远，可在螺杆末端加上反螺旋结构， 以提高模口压力。还可以通过改变传动箱与止推装置的结构，用径向轴承来承受 轴向力，从而实现两螺杆在中心距较小的情况下，能够承受较大的扭矩和轴向力， 还能够使双螺杆挤压机既可作为同向双螺杆挤出机使用，又可作为异向双螺杆挤 出机使用，从而构成了多功能双向双螺杆挤出机。 1 4 本论文研究的主要内容 ( 1 ) 鱼肉干燥工艺的研究 研究4 5 、5 5 、6 5 三个温度下鱼肉干燥过程中一系列的生化变化，以 此来评价鱼肉在不同干燥条件下的品质。主要考察以下几个指标：物料水分含量、 挥发性盐基氮、盐溶性蛋白和脂肪氧化。通过添加o 0 2 抗氧化剂叔丁基对苯二 酚( t b h q ) ，测定鱼油的抗氧化效果，最终确定鱼肉干燥的条件。 ( 2 ) 双螺杆挤压膨化鱼肉工艺条件的研究 在实验中，采用可旋转中心组合设计和响应面法，重点考察了进料物料湿度、 机筒温度、螺杆转速和面粉含量对膨化度、脂肪氧化和盐溶性蛋白含量的影响， 确定最佳挤压工艺条件并关联相应统计数学模型。 ( 3 ) 鱼肉重组后的蛋白质、脂肪、氨基酸和组织结构的变化研究 通过s d s 一聚丙烯酰胺凝胶电泳直接观测鱼肉重组后是否形成新的高分子。 通过研究鱼肉挤压前后游离脂肪以及结合脂肪的含量，来反应挤压前后脂肪的变 1 2 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 化。通过对氨基酸的变化分析，可以得到氨基酸的损失率，为挤压产品的营养评 价提供依据。通过组织结构的变化研究来直观地反映蛋白质在挤压过程中是否发 生重组。 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 第二章鱼肉干燥工艺的研究 2 1 引言 目前水产品的干制品( 即干鱼) 主要靠自然热源( 晒干、风干) 或人工热源 ( 机械烘干) ，通过加热去掉鱼体内的水分，以抑制细菌繁殖和内源性酶的作用， 达到延长保存期的目的；其中自然热源( 晒干、风干) 由于受到天气、季节等自 然因素的影响，干燥时间长，产品品质不易控制等特点，在工业生产中逐渐被人 工热源所取代。本实验采用机械干燥方式，研究干燥条件对小黄鱼干制品品质的 影响，主要评价干燥过程中物料的水分含量、挥发性盐基氮、盐溶性蛋白质、脂 肪氧化等相关指标。 2 2 试验部分 2 2 1 材料及实验设备 2 2 1 1 原材料 冰冻小黄鱼：购于乐购超市。 2 2 1 2 试剂 ( 1 ) 叔丁基对苯二酚 ( 2 ) 乙醇( a r ) ( 3 ) n a 2 h p 0 4 1 2 h 2 0 ( a r ) ( 4 ) n a h 2 p 0 4 2 h 2 0 ( a r ) ( 5 ) 浓硫酸( a r ) ( 6 ) 硫酸铜( a r ) ( 7 ) 酒石酸钾钠( a r ) ( 8 ) 氢氧化钠( a r ) ( 9 ) 浓盐酸( a r ) ( 1 0 ) 硫代巴比妥酸( a r ) 1 4 浙江工业大学硕士论文双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 ( 1 1 ) k c i ( a r ) 2 2 1 3 主要实验仪器设备 ( 1 ) a r 2 1 3 0 电子天平上海第三分析仪器厂 ( 2 ) 数显恒温水浴锅江苏省金坛市江南仪器厂 ( 3 ) l 5 3 5 r 低速离心机长沙湘仪离心机仪器有限公司 ( 4 ) d s 1 型高速捣碎机上海标本模型厂 ( 5 ) 7 5 1 g w 分光光度计上海第三分析仪器厂 ( 6 ) d h g 一9 0 7 0 型电热恒温鼓风干燥箱上海精宏实验设备有限公司 ( 7 ) 8 0 - 2 高速冷冻离心机上海手术器械厂 ( 8 ) p h s 9 v 型酸度计杭州华光天线电厂 ( 9 ) 7 8 h w - 1 型恒温磁动搅拌器杭州仪表电机厂 ( 1 0 ) 中药粉碎机上海洪纪仪器设备有限公司 2 2 2 原料的预处理 把冰冻小黄鱼用流水解冻，去头、去内脏，清洗干净。在设定温度( 4 5 、 5 5 、6 5 ) 的鼓风干燥箱内干燥。另外取部分小黄鱼，将其置于o 0 2 t b h q 的1 5 乙醇溶液中浸渍3 0r a i n 后，干燥处理同上。在不同干燥时间取样，样品 粉碎后保存备用。 2 2 3 水分的测定嘲 烘箱干燥法： 称取1 0 9 左右样品置于已恒重的称量皿中，1 0 5 下干燥2 h 后，取出，冷 却称重；然后1 0 5 下干燥lh 左右，冷却、称重，直至恒重为止。 其计算方法为：) 【- ( m l - m 2 ) ( m j - m o ) x 1 0 0 式中) ( _ 样品中水分的质量分数，； m l 称量皿和样品的质量，g ； m r 琳量皿和样品干燥后的质量，g ： m 矿称量皿的质量，g 。 2 2 4 挥发性盐基氦( t - v b n ) 的测定嘲 称取样品约5 0 9 置于锥形瓶中，加5 0 m l 水，搅拌3 0 m i n 后过滤，滤液置 冰箱备用。 浙江工业大学硕士论文 双螺杆挤压重组鱼肉加工新技术研究 将盛有1 0m l 吸收液及5 6 滴混合指示剂的锥形瓶置于冷凝管下端，并使 其下端插入吸收液的液面下；准确吸取5 0m l 待测样滤液于蒸馏器反应室，加 5 0 m l 氧化镁混悬液( 1 0 9 l ) ，迅速盖塞，并加水以防漏气，通入蒸汽，进行蒸 馏，蒸馏5m i n 即停止，吸收液用盐酸标准滴定液( o 0 1 0t o o l l ) 滴定，终点至 蓝紫色。同时做试剂空白试验。 计算：x 子( v l - v 2 ) x c x l 4 ( r e x 5 5 0 ) x 1 0 0 式中：x 一试样中挥发性盐基氮，m g 1 0 0 9 ； v 1 一测定用样液消耗盐酸标准溶液体积，1 1 1 l ； v r - 试剂空白消耗盐酸标准溶液体积，m l ； c 一盐酸标准溶液的实际浓度，m o l l ； 1 4 一与1 0 0 m l 盐酸标准滴定溶液相当的氮的质量，n a g ； m 试样质量，g 。 2 2 5 蛋白质含量的测定 采用双缩脲法。 2 2 5 1 试剂的配制 标准蛋白质溶液：用标准结晶牛血清清蛋白( b s a ) ，配制成1 0 m g m l 的标 准蛋白溶液。 待澳4 样品液：调整待测样品液的浓度在标准曲线测试范围内。 双缩脲试剂：取1 5g 硫酸铜( c u s 0 4 5 h 2 0 ) 和6 0g 酒石酸钾钠 ( n a k ：c 4 地0 6 4 h 2 0 ) 溶于5 0 0m l 蒸馏水中搅拌加入o 1g m l 氢氧化钠3 0 0m l ， 用水释至1 0 0 0m l 。 2 2 5 2 标准曲线的测定 取1 2 支试管分两组，分别加入0 、0 2 、0 4 、0 6 、0 8 、1 0m l 标准蛋白质溶 液，用蒸馏水补足至1m