挤压技术在谷类食品加工中的应用
食品挤压加工技术是集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型为一体的高新技术，是指物料经预处理（粉碎、调湿、混合等）后，通过机械作用迫使其通过一个专门的模具孔，以形成一定形状和组织状态的产品。该技术的应用，彻底改变了传统的谷物食品加工方法，不仅减化了谷物食品的加工工艺、缩短了生产周期、降低了产品生产成本和劳动强度，而且还丰富了谷物食品的花色品种、改善了产品的组织状态和口感、提高了产品质量，是一种经济实用的新型加工技术。
1 食品挤压加工原理和特点
1.1 食品挤压加工原理
挤压技术是通过水分、热量、机械剪切、压力等综合作用，使物料在高温高压状态突然释放到常温常压状态，也是物料内部结构和性质发生变化的过程。当含有一定水分的物料在挤压机螺旋的推动力下被压缩，受到混合、搅拌、摩擦及高剪切力作用，使淀粉粒解体，同时温度和压力升高（温度达200 ℃以上，压力达3～8MPa），然后从一定形状的模孔瞬间挤出。由于高温高压突然降至常温常压，其中游离水分急骤汽化，水的体积可膨胀大约 2000 倍，膨化瞬间谷物结构发生变化，生淀粉转化成熟淀粉（α- 淀粉转化为β- 淀粉），同时变成片层状疏松的海绵体，谷物体积膨大几倍到十几倍。
1.2 食品挤压加工特点
1.2.1 应用范围广
挤压技术既可用于加工各种膨化食品和强化食品，又可用于各种原料如豆类、谷类、薯类的加工，还可以用于加工蔬菜及某些动物蛋白。挤压技术除应用于食品加工外，在饲料、酿造、医药、建筑等领域也有广泛应用。
1.2.2 生产效率高、成本低
挤压设备连续工作能力强、生产效率高，如国外大型双螺旋挤压机生产能力达数10 t/h，且操作简便、生产成本低，与传统蒸煮法相比有明显优势。
1.2.3 有利于粗粮细作
许多粗粮中富含矿物质、维生素及人体必需的氨基酸等营养成分，符合人体营养需要，但是往往因口感粗糙而受到人们的冷落。粗粮经挤压膨化处理后，能改变物料的组织结构、密度和复水性，使产品质地变软，改善了口感和风味。
1.2.4 可生产多类产品
挤压设备简单，只需改变原料和模具头，就可生产出品种多类、形状各异的产品。
1.2.5 物料浪费少，产品无废品
使用挤压设备生产产品时，除开机、停机需少量原料作"引子"外，整个生产过程几乎无废弃物排出，无浪费原料和出废品现象。
1.2.6 营养损失少，易消化吸收
物料在挤压过程中由于受热时间短，营养成分破坏程度小，蒸煮挤压时，淀粉蛋白质脂肪等大分子物质的分子结构均不同程度发生降解，呈多孔疏松质结构，有利于人体消化和吸收。
1.2.7 有利于长期储藏
经蒸煮挤压后的食品不易"回生"，有利于长期储藏。
2 挤压技术在谷类食品加工中的应用
2.1 谷物直接膨化食品
该方式主要用于生产休闲谷物小吃食品，其主要原料是大米、玉米和小麦粉及碎粒，另有糖、奶粉、油、盐等多种调味料，可生产多种口味及形状的产品。
2.1.1 单螺杆挤压机
谷物直接膨化食品最简单的生产工艺是用1 台高剪切力的单螺杆挤压机将原料直接挤压成型，包装后上市销售，目前市场上出售的筒状膨化产品多是采用这种工艺生产的。这类挤压机结构简单，温度、压力等参数不可调节，对产品的组织结构及产品的成型有一定的影响。
2.1.2 双螺杆挤压机
生产谷物直接膨化产品较完善的工艺是使用较先进的双螺杆挤压机，在生产过程中可根据不同的原料及产品的质量要求随时调节温度、压力、原料水分、进机物料流量等参数，生产中可用一台挤压机，也可用两台挤压机。当使用两台挤压机时，则第一台挤压机起蒸煮熟化作用，第两台挤压机起膨化成型作用，后者在挤压过程中产生较低的剪切力，则产品成型较好，口感也得到改善，产品挤出后，水分含量一般在7%～10% ，可直接着味后包装上市，也可进一步烘干到水分含量低于5%，低水分含量可延长产品的保质期。喷涂的作用是调味，膨化果在滚动过程中接受均匀喷洒的调料。包被则是在膨化果的外表面包一层其他调味料。
2.1.3 膨化果
膨化果也是直接膨化产品，生产中不是采用喷涂、包被进行调味，而是采用填充进行调味，即膨化果是一定长度的空心管状物，在管内填充奶酪、巧克力等风味料。该类产品一般也采用双螺杆挤压机生产，与普通机型不同的是有1 根一料管深入到挤压机机筒内部，再延伸到模板上模孔中心部位，由1 台泵将填充料泵入料管后，再压入空心管状的膨化果内。
2.2 膨化再制食品
这种生产方式是首先生产膨化果，再将其进一步加工制成其他产品，再加工的方法一般有2 种： ①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、婴儿食品等的生产原料。②将制得的无味膨化果调味、调质、压片、干燥，其制品作为速食早餐谷物食品、营养麦片的原料。
3 挤压过程中谷物成分的变化
在挤压过程中，物料组分一般会发生复杂的物化变化。谷物主要成分有蛋白质、淀粉、脂类物质、膳食纤维及维生素、矿物元素等，它们也会发生相应变化。
3.1 蛋白质
在挤压过程中，蛋白质会发生很多变化，如功能性变化、营养性变化、在水和稀盐溶液中溶解性下降、赖氨酸损失、组织结构化、可消化性提高等，其中蛋白质变性是最重要的。
3.2 淀粉
挤压与其他食品加工方式相比，一个主要区别就是在较低水分含量下（12%～22%）就可发生淀粉糊化。淀粉糊化后，吸水性增大，易受酶作用，进入人体后易消化，产品质地柔软。不同食用淀粉其糊化温度略有差别，变化范围在55～85 ℃之间。有人研究了15 个挤压加工变量对玉米淀粉糊化程度的影响，结果表明物料水分含量和挤压机套筒温度对玉米淀粉的糊化度有显著影响，提高物料水分含量和套筒温度可提高产品的糊化度。有学者研究发现，在喂料水分为18%～27% ，转速小于140 r/min，温度大于80 ℃时，小麦淀粉急剧糊化。物料在高水分含量时，其产物糊化度也较高，但随着喂料水分的增大，其糊化度呈下降趋势。
淀粉在挤压过程中，除发生糊化作用外，还会产生部分降解糊化现象。降解度和糊化度高会使产品产生黏牙感。淀粉降解后相对分子质量在2 000 以上，可认为挤压过程中淀粉已发生轻微糊化作用。
3.3 脂类物质
研究表明，在挤压过程中，绝大多数脂肪与淀粉、蛋白形成复合物，直链淀粉蜷曲成螺旋状态，每个螺旋状态含有6 个葡萄糖残基，脂肪贯穿于直链淀粉螺旋管中，成为淀粉脂肪的复合物，降低挤出物中游离脂肪含量。挤压过程中，粗脂肪下降，结合脂肪随着淀粉糊化不断升高。
3.4 膳食纤维
挤压过程可使总纤维素含量降低。挤压可减小果胶和半纤维素的分子量，导致纤维素水溶性大大提高。此外，在低水分含量条件下进行挤压操作，可明显提高可溶性纤维素含量，降低不溶性纤维素含量，增加的可溶性纤维素由木糖、阿拉伯糖、甘露糖和糖醛酸组成。
3.5 维生素
因维生素组成差异很大，所以在挤压操作中不同维生素稳定性不同，降低挤压机腔内温度和剪切力都能对维生素起保护作用。在脂溶性维生素中，维生素D 和维生素K 最稳定，维生素A 和维生素E 及它们相关化合物，如胡萝卜素和生育酚，在加热和氧气存在下都不稳定。β- 胡萝卜素是作为色素和抗氧化剂加入食品中，在挤压中热降解是导致β- 胡萝卜素损失的最主要因素。水溶性维生素中对热最敏感的是维生素B1，在挤压过程中维生素B1 稳定性变化很大。据有关报道，维生素B1 损失范围在1%～100%之间，而维生素B2 和叶酸不受影响。
3.6 矿物元素
谷物中存在植酸盐可螯合矿物元素，挤压可通过改变植酸盐影响矿物元素吸收。值得注意的是在挤压之前对食品进行矿物元素强化会带来新的问题: 金属离子与酚类化合物形成络合物会使产品色泽变暗，降低产品感官特性。
4 结语
挤压技术在很多领域取代了传统的加工方法，作为一种新型食品加工技术，已得到了迅速发展。近几年，发达国家已把蒸煮挤压食品单列为一大类食品。我国山东省农科院农副产品加工研究所在挤压食品开发研究中，做了许多探索性的工作。随着人们生活水平的提高，膨化品在我国具有十分广阔的前景。张欣 南京农业大学工学院