食品膨化技术及其应用_林勉

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 Frito-Lay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 Frito-Lay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 Frito-Lay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 65 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 DOI: 10.13995 /ki . 11 - 1802 /ts.1999.03.016 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 200350r /min,温度为 120 160 ,机内最高工作压力为 0. 8 1MPa,食 品在挤压机内的停留时间为 10 20s3, 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 - 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 - 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 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 5min,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 200 300 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 Frito-Lay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。Olsson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 67 第 25卷 第 3期 林 勉等: 食品膨化技术及其应用 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 Frito-Lay 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 Lays) 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。 Arambula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. 67 10 3 Pa 、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. 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