食品膨化技术Word格式.docx

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（2）按加热方式：

自热式；

间接加热式；

（3）按用途：

实验型；

生产型。

（4）按功能分：

通心粉（面条）挤压机、高压成形挤压机、低剪切蒸煮挤压机、膨化型挤压机、高剪切蒸煮挤压机、单一功能和多功能挤压机。

•2、食品挤压加工设备的工作原理

将食品原料通过输送装置喂入挤压机，电机带动螺杆做旋转运动，原料在螺杆及螺杆筒之间受到强烈的剪切、撞击、摩擦等机械作用，同时结合温度的变化，物料一次完成：

输送、混合（破碎）、压缩、剪切混炼、加热熔融、均压及模头成型等加工过程，在此过程中，发生了一系列物理及生化变化，完成原料的挤压膨化加工，再由切刀完成切割成型。

膨化食品生产所需要的相关设备

挤压机内工作区域的划分

•划分为七段：

物料输送段，物料的混合（破碎）段，压缩段，剪切混炼段，加热熔融断，均压

进料区过渡区限流区（定量区）

段，模头成型段；

成型区

•参照塑料挤压过程划分为四段：

进料区，过渡区，限流区（定量区），成型区

•3、挤压设备的构成

螺杆和筒体是挤压机的核心

（1）主机

挤压系统、传动系统、模头系统、加热（冷却）系统

（2）辅机

原料混合器、预处理装置、喂料器、切割装置、烘干（冷却）装置、调味装置、其他辅机。

（3）控制系统

①显示挤压机的工作状态；

②按程序启动，控制主机、辅机的转速和协调它门的运行；

③按工艺要求控制喂料量、温度和压力；

④用计算机控制可实现对整条生产线的全自动控制和管理。

•4、挤压设备的结构特点

螺杆和筒体构成逐渐减小的通道空间,使原料在压力和温度渐变的条件下完成变性.采用的方法是:

螺距渐变;

螺槽渐浅;

筒体渐窄等

•5、国际挤压设备的生产厂家

90年代后期挤压机代表性生产厂家:

美国Wenger、德国WP、意大利帕万——马布公司、法国Clextral公司、瑞士布勒公司、德国的Brabender公司等。

6、食品挤压机的发展现状及发展趋势

•6.1多螺杆6.2可视化6.3多极化6.4自动化

6.1多螺杆

•食品加工业所用的螺杆类挤压机有单螺杆挤压机,双螺杆挤压机,及目前刚刚兴起的三螺杆挤压机。

与单螺杆、双螺杆挤压机相比,三螺杆挤压机由于结构形式上的独特性,构成了其性能上和技术经济上的优越性

•单螺杆没有啮合区,双螺杆有一个啮合区,一字排列的三螺杆有两个啮合区,三角形排列的三螺杆有三个啮合区。

•三螺杆挤压机啮合区的增多,运转中对物料构成了高效的挤压、破碎、揉捏、压延、拉伸作用。

正是这种高效的混捏作用,使得三螺杆无需双螺杆的大直径、大长径比,就可获得同等质量同等产量的生产条件,充分体现出三螺杆挤压机高效的混合特性,结构上的紧凑性和经济性。

而且小直径的短螺杆比大直径的长螺杆加工造价低,安装及维护也较便利。

因此，三螺杆挤压机不仅在食品加工性能方面具有优良的特性，而且在自身结构及经济性等方面都具有显著的优点，将会成为未来食品挤压机的主流机型。

6.2可视化

•挤压机的可视化为研究原料在挤压过程中的变化提供了极大的方便,对于进一步探讨挤压加工机理，了解原料在加工过程中的变化规律具有重要的意义。

从而为配方设计、螺杆组合、工艺设定提供依据，以开发出更多的新食品及新原料。

•如北京化工大学塑料机械研究所研制的FTS-50型同向啮合式双螺杆食品挤压机，在机筒上用耐压30MPa，耐温300℃的玻璃，开设侧视窗（双向分布）7个,俯视窗6个，这样机筒全程三向可视,可以观察、摄录物料真实的挤出过程,以直接观察和分析食品在加工过程中的真实变化情况。

该技术对于产品研发，特别是实验研究具有很高的使用价值。

6.3多极化

•随着食品挤压机应用领域的不断拓展，挤压机也呈现多极化的发展趋势。

多功能、大功率机型以及小型实验机层出不穷，为挤压食品生产以及科学研究提供了性能良好、选择范围宽广的挤压设备，这无疑进一步推动了食品挤压技术的发展。

•如Wenger公司的C2TX-16.2挤压机功率高达600KW，生产率高达2,000-16,000kg/h；

再如Brabender公司生产的lab-station系列实验用机，体积小、省时、省料、移动灵活、操作方便，DSE25机型螺杆直径只有25mm，长度只有400~1200mm，电机功率只有7kw，但转速最高可达510r/min，特别适合实验室进行科学研究。

6.4自动化

研究自动开机阀，实现自动化开机，简化挤压机在开、停机时的操作步骤，节省时间，降低物料损失和能量损失。

开机时，可由计算机控制挤压机的转速、加水量、蒸汽量、糊化物量和干物料量，使其在尽可能短的时间里达到稳定的工作状态。

实现给料量、膨化温度、压力的自动控制和数字显示，以提高生产效率，降低劳动强度。

工作过程中，对压力、扭矩进行实时监控，避免造成机器堵塞及损坏等现象。

前面提到的DSE25双螺杆挤压机就具有上述自动化功能，为操作带来了极大的方便。

三、挤压加工对食品主要营养成分的影响

•1、淀粉及谷物粉剂压过程中的变化：

淀粉的挤出没有明显的熔融过程，首先淀粉以粉体状态输送，在输送过程中，物料受热，水分均匀融入淀粉中，受到更强的挤压和剪切作用。

淀粉达到湖化温度后，由粉粒逐步软化，最终变为凝胶体。

在湖化过程中，由于物料颗粒粒径不同，流体开始表现为细小的颗粒与凝胶体共混状，然后物料全部变为凝胶体，这种凝胶体处于高温、高压状态，它从机头挤出时，压力迅速降低，内部水分蒸发，使产品内部产生微孔结构。

经过挤压加工的淀粉和谷物粉其物理化学性质均发生了不同的变化，通过这些变化获得了不同的功能性质。

最主要的是淀粉的α化，可高达81.55%

•2、纤维素

纤维素在加压过程中的变化情况个方面的研究报道相差比较大，但较为一致的看法是纤维素经挤压后，可溶性膳食纤维的量相对增加（一般增加量在3%左右）。

这是由于加压加工中高温、高压再加上高剪切作用，促使纤维分子间价键断裂、分子裂解和分子发上极性变化所致。

•3、葡萄糖、蔗糖等

挤压食品物料中含有的糖分除了会影响淀粉的湖化外，还能致使糖分解成羧基化合物，它同物料中的蛋白质发生美拉德反应，从而使产品的颜色变深。

•4、脂肪在挤压过程中的变化

脂肪在食品的挤压过程中是一种敏感物料，挤压加工要求较低脂肪含量，一般单螺杆挤压机要求原料中脂肪含量要低于12%，超过此值挤压较难顺利进行。

脂肪在挤压过程中对食品的质构重组，成型、口感等影响较大。

首先在高温、高压、高剪切条件下，甘油三酯会部分水解，产生单甘油和游离脂肪酸，这两种产物与直链淀粉形成络合物，影响挤压过程的膨化，导致最终产品中淀粉的溶解性和消化率降低。

一般脂肪含量超过22%时，原料即失去膨化特性。

因此，生产挤压膨化食品原料的含油量低为好。

•5、蛋白质在挤压过程中的变化

富含蛋白质的食品原料在高温、高压、高剪切的食品挤压机内，蛋白质分子结构伸展、重组，表面电荷重新分布趋向均匀化，分子间氢键、二硫键等部分断裂，导致蛋白质最终变性。

不同来源的蛋白质物料经挤压加工后，消化率均显著提高，蛋白质的品质也获得改善，所以，挤压加工为开发低品质蛋白源以提高其营养价值提供了加工手段。

如人造肉。

•6、将大豆蛋白进行挤压膨化加工的特点

大豆加工的关键技术是去除豆腥味。

大豆中的豆腥味主要来源于大豆中的胰蛋白酶抑制剂、脲素酶、血凝集素等。

大豆挤出后的产品豆腥味明显减少，并且产品有豆香风味，表面有油脂益处，产品略呈淡黄色。

大豆中含有干扰蛋白质消化或影响健康的抗营养因子，与其他热处理方法一样，挤压可以减少这类化合物的数量或降低其活性。

在含水量20%时，挤压可以胰蛋白酶抑制素失活。

挤压加工参数一般为：

含水量18%；

温度160℃

四、挤压技术在食品加工中的应用及发展趋势

•1不断推出新型膨化小吃食品

•2扩大挤压技术在再制食品中的应用范围

•3开发膨化主食快餐

•4加大挤压膨化技术在食品辅料中的研究

•5充分利用挤压机生化反器的功能，开发新产品、新材料

•6其它应用功能

1、不断推出新型膨化小吃食品

•现在我们在超级市场的货架上可以看到琳琅满目的膨化食品，如虾条、满地可、小小酥、锅巴等，据统计一种膨化食品在市场上的平均寿命只有两年左右。

随着食品工业的发展，新技术和新工艺不断出现，而且随着人们生活水平的提高，人们对食品的要求越来越苛刻，低油、天然、绿色食品越来越受人们欢迎，膨化食品将面临着更大的挑战。

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、新工艺、新配方以提高自身的竞争力。

2、扩大挤压技术在再制食品中的应用范围

•膨化食品是各种辅料，经混合、挤压成型得到各种形状、不同风味的膨化产品。

不同的食品有不同的组织结构，而不同的原料经挤压也有不同的结构变化，不同的原料经混合配比再挤压后的结构变化更是多种多样。

把食品原料经合理配比，再经特定的挤压工艺加工后，可以得到结构和质地上与天然食品相近的制仿生食品。

人造肉、仿生果脯等就属于仿生食品，该类食品在质构上与天然食品相似，营养更加均衡，而且生产成本较低，经济性较好。

挤压加工仿生食品扩大了挤压技术在再制食品中的应用范围，具有广阔的开发前景。

3、开发膨化主食快餐

•食品挤压加工技术则比较容易满足快餐的生产供应原则，可以通过科学的配方设计，以较低价格为不同消费者提供最佳营养配方的食品；

•而且膨化食品保质期长，为传送、分配提供了充足的时间，可以很从容地按时送到消费者的手里；

膨化食品食用方便，可以节省消费者的用餐时间；

•膨化主食便于消化，其最终产品的形态和风格可以是多种多样的，特别是合于老人和儿童。

随着经济的发展，社会的进步，生活节奏加快，膨化主食快餐，将进入家庭，餐馆，企事业的集体伙食单位，将会逐渐得到消费者的喜爱。

4、加大挤压膨化技术在食品辅料中的研究

•挤压膨化技术主要应用在以粮食为原料的主食和小吃食品生产上，而用在辅料或食品添加剂的生产范围相对较小。

目前，除了应用在变性淀粉，糖浆和发酵辅料方面，其它应用领域还比较少。

•由于挤压膨化技术的先进性及对食品原料特有的改性能力，势必会在食品添加剂行业具有更宽的应用领域，以便生产高质量的食品添加剂，扩大生产规模，增加品种。

这需要在原料和挤压机以及加工工艺方面进行深入的研究。

5、充分利用挤压机生化反器的功能，开发新产品、新材料

•挤压机是一种特殊的生物化学反应器，食品在被挤压的过程中，会发生一系列的生化反应。

将挤压机作为食品加工中的生化反应器来进行研究，还属刚刚起步不久的新技术。

在食品加工领域，利用挤压机生化反应器的特殊功能,研究蛋白质、碳水化合物、脂肪、粗纤维等成分的相互作用,研究挤压过程中物料的营养价值及生化反应规律,更进一步还可从分子水平揭示食品的挤出加工机理，为开发新食品、新原料提供新技术、新手段。

6、其它应用功能

•代替搅拌反应器，完成乳制品酪蛋白盐反应物的生产；

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。

目前,世界上采用挤出法生产的食品范围已经相当广泛.有快餐食品、早餐食品、焙烤食品、冲调食品、儿童食品、植物蛋白食品、保健医疗和强化营养食品.在我国,近年来膨化和休闲食品的也得到了迅速的发展。

此外，螺杆挤压机还可以用于其它工业制品的加工,如造纸工业、纺织工业、金属铸造业、油井钻探等。

第二章食品膨化机

第一节食品挤压机的发展和分类

•螺杆和筒体是挤压机的核心。

•一、食品挤压机的发展

经历大体如下：

单螺杆、双螺杆到三螺杆；

单一功能到多功能；

长径比由5到20（目前有达45的）；

由自热式到外热式；

由每小时几公斤的小产量到每小时2000～16000公斤的大产量；

由手工操作间歇作业到全自动电脑控制连续作业。

•二、食品挤压机的分类

•

（1）按螺杆的数量分

•

（2）按加热形式分

•（3）按功能分

通心粉（面条）挤压机、高压成形挤压机、低剪切蒸煮挤压机、膨化型挤压机、高剪切蒸煮挤压机、单一功能和多功能挤压机。

第二节挤压设备的组成和工作过程

•一、主机

•二、辅机

•三、控制系统

（1）显示挤压机的工作状态；

（2）按程序启动，控制主机、辅机的转速和协调它门的运行；

（3）按工艺要求控制喂料量、温度和压力；

（4）用计算机控制可实现对整条生产线的全自动控制和管理。

•四、挤压食品加工的主要过程

•

（1）混合；

•

（2）预处理；

•（3）喂料；

•（4）挤压；

•（5）切割；

•（6）干燥（冷却）；

•（7）调味

第三节单螺杆挤压机的主要结构

•一、自热式单螺杆挤压机

•螺旋：

用钢丝绕成螺旋形与轴焊接在一起，外圆磨平。

•为了增强剪切作用，在靠近出料端的螺旋内，沿轴向分段焊有破碎杆，起阻挡作用。

•为了增大物料与筒体之间的摩擦力，筒体内壁上沿圆周互成120º

处加工有三根内杆。

•模头：

由锥模和模座组成。

锥模的端面上有7个螺栓孔，一个在中心，其余在圆周，用于与轴相连，同时与固定在筒体上的模座相配合形成一环形间隙。

利用轴向移动可调节锥模与模座的缝隙，从而限制产品的扁片厚度和产量。

•二、外热式单螺杆挤压机

•措施：

筒体夹套式；

中空螺杆轴；

分段，外面加有电热元件。

•三、多功能单螺杆挤压机

挤压机配有多个不同的螺杆；

芯轴和螺套组装式。

•单螺杆挤压机实现对物料压缩的措施：

（1）减小螺距型；

（2）增大螺旋底径型（3）螺旋筒体型；

（4）锥形筒体型；

（5）变螺距和锥筒体混合型。

第四节双螺杆挤压机的主要结构

•一、双螺杆挤压机的基本结构

•与单螺杆挤压机最大不同点：

螺杆和筒体的结构。

螺杆为并排的两根，筒体内孔断面成倒8字形。

•二、双螺杆啮合分类

罗纹啮合三种情况：

全啮合：

非啮合：

部分啮合：

-两螺杆中心距；

-螺旋齿顶圆半径；

-螺旋齿根圆半径；

-一根齿顶与另一根齿根之间允许的最小间隙。

两根螺杆的转向有同向和异向旋转两种，则可组合成6种双螺杆转动啮合形式。

异向旋转还可分为向内和向外旋转两类。

三、双螺杆挤压机的工作特性

•强制输送特性（不会出现倒流、停滞、抱螺杆现象）

•自清洁性能（速度差）

•螺杆转动方向不同，对物料的作用形式有所不同。

（同向旋转物料成∞形运动；

异向旋转成C型小室）。

四、整体式螺杆

•所谓整体式螺杆，就是将螺杆形状的各要素都加工制造在一根轴上，不可拆卸。

•优点：

强度高、使用、安装、维护方便。

•缺点：

加工制造难度大、成本高；

参数固定不变，对食品原料的适应性差，因局部磨损导致整体报废。

五、积木式螺杆

所谓积木式螺杆，就是将一根螺杆分成芯轴、螺套和紧固螺钉三大主要部分，组装而成。

芯轴和螺套：

靠花键；

轴向位置：

靠紧固螺母或紧固螺钉。

优点：

可以根据不同食品产品的不同工艺要求确定螺套的大小和数量，剪切块的位置不同可实现不同的压缩比和不同的剪切要求，组装出不同的螺杆；

加工方便；

磨损后可更换螺套，使用寿命延长。

六、整体式筒体

•含义：

从传动机架连接部分起，到出料端与模头组件相连接处止，包括进料口在内都加工在一体，没有可拆卸部分。

整体报废和不易分区温控

密封性好、强度高

七、积木式筒体

•定义：

将整个筒体纵向分成两段以上，每段之间用销钉定位，用螺栓紧固连接。

不同长径比、压缩比、剪切强度，可组合出适合各种用途的挤压机。

故称“多功能双螺杆食品挤压机”

采用积木式螺杆和筒体可组合成多功能双螺杆挤压机，实现下列各工艺要素的变化：

•

（1）过程长度。

•

（2）螺杆、螺套选配（压缩比、剪切强度）。

•（3）模头形状、开口面积。

•（4）转子转速。

•（5）温度、压力。

•（6）滞留时间。

八、单螺杆挤压机与双螺杆挤压机的性能比较

第五节模头系统

模头系统是食品挤压机限制出料、确定产品形状、保证产量、使机器正常运转的一个系统。

一、模头的主要结构

•

（1）多孔板

作用：

使挤出机出口处的不均匀物流再通过多孔板后，在截面上的压力、流向和流速基本达到均匀，起到均匀、匀速的作用。

•

（2）导流板

将物流从多孔板出口截面引向各模孔的入口，达到各模孔中的流速、流量均匀。

•（3）模孔板

使产品根据需要成型加工。

二、模板的形式

•

（1）锥面出口模板

•

（2）突变式出料模板

•（3）径向式排出模板

•（4）具有冷却水循环的冷却模板

•（5）有充填夹馅结构的模板

•对一些长条形的产品，出口也可放在侧面。

第六节挤压机的传动系统和过载保护

一、挤压机的传动系统

1.挤压机传动系统的功能

•用来驱动螺杆在需要的扭矩下转动，以完成物料从输入到挤出成形的过程；

变速与调速。

•恒扭矩传动特性：

•P=knxM=97360P/nM=97360knx/n

•P——功率消耗，kW；

n——转速（螺杆），r/min；

k——几何常数（与螺杆的几何参数和模头尺寸有关）；

x——物料指数（与加工物料、螺杆转速、挤压工艺有关，一般近似取1）；

M——转动扭矩。

2.传动系统的组成和传动形式

•组成：

通常由电动机、调速装置、减速装置等组成。

二、挤压机的过载保护装置

•机械式过载保护：

安装在电机输出轴与减速装置传动系统之间——剪切销或安全键；

•电器方面的保护装置：

在供电系统中设保险（快速熔断器）；

在电路中加过流继电器。

第三章挤压食品生产中的辅助设备

第一节原料的混合和预处理设备

一、原料混合器

•单轴桨叶式混合器：

卧式、立式；

•锥形双螺旋混合器。

•卧式单轴桨叶式混合器实现均匀混料的措施。

•立式单轴桨叶式混合器实现均匀混料的措施。

•单轴桨叶式混合器的不足。

•锥形双螺旋混合器的工作原理。

•锥形双螺旋混合器的特点。

二、原料预处理器

•作用:

原料在进入机压机之前,按生产工艺要求进行的增湿或加温处理,以减少主机螺杆的负荷,起到保护最终产品质量的作用.

•工作过程

•通过调节三个因素可以满足加水混合工艺的要求：

转速、桨叶在轴上的安装角，筒体横向倾斜角。

第二节挤压食品生产用的切割器与干燥（冷却）设备

一、切割器

将从摸头模孔处挤出的食品均匀切断而成一定形状.

•主要结构:

可调速的驱动装置、刀具和安全罩组成。

•从切刀的切割形式上可将切割器分为三种不同的基本形式：

飞刀式切割器、高速旋转刀切割器、剪切式切割器。

•对切割器的设计要求

（1）接触角：

没有接触角的刀片对挤出物的分断是砍断式的；

有接触角的刀片对挤出物进行切割时有滑移运动，被切割的食品边缘光滑。

接触角越大，切刀对被切物的推力越小。

（2）刀片厚度应尽量做的薄些，宽度应尽量做的小些。

（3）切刀外要配安全罩。

二、干燥（冷却）设备

•干燥冷却设备的设计制造要考虑到多种可变因素，对于一台干燥机来说，能够调节的因素越多越好，适应性越强。

•Wenger公司的干燥（冷却）机气流（热的或冷的）在箱体内通过输送带的形式有4种：

（1）全向上流过两层输送带；

（2）全向下流过两层输送带；

（3）从两层输送带中间流入，分为向上和向下两股气流；

（4）一部分气流从上输送带的顶部向下，另一部分气流从下面输送带的底部向上，两股气流到两层输送带中间流向出口。

第三节调味处理机

•种类：

单滚筒式调味机、双滚筒式调味机、涂衣机（涂糊机）。

•单滚筒调味系统的工作过程。

•单滚筒调味系统的特点：

优点、缺点。

•双滚筒调味系统与单滚筒调味系统的区别。

•双滚筒调味系统的工作过程。

•双滚筒调味系统的特点。

•撒粉器的工作原理。

•涂衣机工作过程（巧克力酥糖）。

单筒调味系统的特点

•单筒调味系统的优点：

滚筒采用一个较长的筒体，设备少，喷油、喷粉在一筒内完成；

•缺点是：

喷粉浪费大，粉尘飞出，还会污染空气。

•采用双滚筒调味系统把筒内喷粉改成筒外撒粉可克服上述缺点。

第四节挤压食品生产过程中的控制

•实现控制的目的

•一、被控制的变量：

自变量、因变量。

（1）自变量

原料组分、水分、螺杆转速、喂料量、切刀转速、干燥（冷却）机的温度及其输送带速度、调味机的喷油量和喷粉量。

（2）因变量

粘度、挤出量、压力、温度、滞留时间。

•二、变量的测定

（1）喂料量的测定

•干