全谷物挤压食品生产中的关键控制技术及装备

全谷物挤压食品生产中的关键控制技术及装备
1.1挤压设备及控制技术
在挤压过程中，影响挤压效果的变量非常多，挤压设备的关键影响参数包括：螺杆长径比、螺杆组合、模具尺寸、挤压电机最大输出扭矩、液体物料添加方式、控制系统等，挤压工艺控制点包括：原料、预处理方式、挤压过程中的温度、压力、螺杆转速、喂料速度（固体和液体）、切割方式等。

一般来说用双螺杆挤压机生产膨化食品时，挤压机物料水分为13 %～18 %，挤压模头温度为120～170℃，模头压力为2～6MPa ，螺转速200～400 r/ min，物料在挤压机内停留时间为20～40s。

原料控制方面，原料本身化学组成及淀粉特性，原料的水份、粒度等的影响非常大，如直淀粉含量低的原料，膨化后产品的α度高，膨化效果较佳；物料中蛋白质及脂肪含量不同也对膨化质量产生影响，蛋白质含量高的物料挤压时膨化程度低;脂肪含量超过10 %时，会影响到产品的膨化率，而一定量的脂肪可改善产品的质构和风味。

而对于非直接膨化产品，一般挤压参数为水分≥18%，如生产高水分组织蛋白时，物料水分最高时可达到120%左右；挤压模头温度一般≤90℃，但这与模头压力、模具尺寸、形状、冷却效果等有很大关系；1990年，chinnaswamy和hanna[8]发现模头压力随模具的长径比（L/D）的增大而增高，随物料湿度的增加而减少，而现在有资料表明，如螺杆转速、挤出物料温度、湿度等都对模头压力有较大影响；而对于螺杆转速的高低，主要是为保证模头压力来进行调整，合适的模头压力能确保模具各个孔岀料的均匀性和产品最终的粒型。

1.2干燥设备及技术
物料干燥指物质被加热后，除温度升高外，还伴有水分的脱出，这种加热就是通常所说的脱水干燥。

们常把物体中水分的移动称为扩散。

物料内部水分移动称为内扩散，物料表面水分向外界扩散称为外扩散。

内扩散可分水分热扩散和湿扩散。

由物料内部温度梯度引起的水分子移动（即水分子从温度高的向低的方向移动）称为热扩散。

由物料中水分梯度而引起的水分子移动（水分子从水分含量高的向含量少的方向移动）称为湿扩散。

热能的传递有三种形式，即传导、对流、辐射。

传导是利用传热材料中的分子互相碰撞，从而将热量传递的过程；对流是利用热量随物质的流动而传递能量的，大量热能消耗在介质里；辐射是不借助介质，而以电磁波的形式直接传播来加热工件，热能利用高。

如果物料中温度梯度
与水分梯度方向一致时，热扩散与湿扩散一致，这将加速干燥。

如相反，而且当热扩散比湿扩散强烈时，物料内部水分不但不能向外扩散，反而把水分往内部赶。

挤压产品生产过程中一般均需要进行干燥，干燥分两步进行，第一步是预干燥，预干燥以除去物料表面的水分，防止黏结和结块。

当物料黏性很大时，可用振动式干燥器使物料处于不断运动的状态，也可使用热空气动力驱赶系统的方法进行预干燥，在热空气动力学的干燥方法的使用上，国内FMFC系列流化床属于典型应用，它具有鱼鳞式干燥接触面，利用热空气正负压力实现物料横向及纵向平衡，可使物料上下翻滚的同时连续不断的向前推进，最终按照先进先出的原则从卸料口流出。

第二步干燥通常是在传送带干燥器中低温长时进行，传送带通常具有多条通道，且采用穿孔式网带，传送带具有独立的调速装置，以使产品在生产过程中并通过调节产品高度、气流、温度、湿度及在干燥室中的停留时间来进行调节。

这种类型的干燥器生产厂家国外有Buhler，Mapimpianti和Proctor-Swartz，而国内在带式干燥设备方面，富马科公司生产的带式微波干燥机已走在同行前列，它利用微波作为干燥热源，能使物料中的水分从物料内部高效地逸出，节能同时的又能使物料水分达到相应标准，克服了传统的热风干燥在全谷物营养再制米的生产上出现的米粒爆腰、裂纹多、气泡严重的现象，已经有非常成功的应用案例。

1.3压片设备及技术
全谷物食品中，片状（扎片型）产品属于非常大的一类，其核心加工设备是压片机。

压片机可将蒸煮过或挤压再制成型的粒状物料扎扁成薄片，再经烘烤使薄片产生脆性和风味特征。

压片机具有一对水平放置且相互平行的反向旋转的圆辊，两者之间有一条可调整间隙的狭缝，粒状物从狭缝的上方进入，然后与转动的圆辊表面发生摩擦而使颗粒组织破坏变形。

因此，此工艺就决定了需要压片原料必须具有一定的延展性，料块与圆辊之间的摩擦因素必须足够大，压片后料块能顺利的从圆辊上取下来。

为了满足这些机械方面的要求，物料必须充分糊化（以具有延展性而不被破坏）和具有合适的水分与粘度。

一般说来，压片的最适宜水分含量为10%-24%，压片前物料可能需要干燥和冷却，同时还需要添加一部分的食盐等，以利于水分的快速迁移和压片产品形状保持，同时，为了保证物料能顺利的从圆辊上取下，压片机都配备了紧贴圆辊的刮刀，对于压片厚度较薄，精密度较高的产品，为防止圆辊长时间工作发热而出现热胀冷缩，导致产品厚度变化和因压辊表面发热也
会出现粘料等不良现象，较先进的压片机均采用向通入圆辊中通入冷却水的方法来进行冷却，确保圆辊表面温度与间隙的恒定，国内FMKF系列压片机属于此类产品中的高端品牌。

通常，在物料水分与黏度控制方面，主要由压片前的处理与最终产品品质所决定。

如为了得到外观松脆及表面粗糙多皱的压片型谷物产品时，则要求物料的水分分布具有不均匀性，而为了得到表面具有较大的气泡的产品时，则要求物料的含水量一般较高等等。

1.4高温焙烤
高温烘焙是指将成型的原料送入烤炉中，经过高温加热使产品膨化、熟化、附色、增香等的过程，当生坯送入烤炉时受到高温包围，淀粉和蛋白质发生一系列理化变化，开始时物料表面受到高温影响使水分大量蒸发，淀粉糊化，糖和氨基酸反应，外表形成薄薄的焦黄色外壳，然后水分逐渐转变为气态向坯内渗透，加速生坯熟化，形成膨松状态，当物料从烤炉出来后，物料中的水分伴随着冷却才扩散出，因此，焙烤食品冷却后会变得更加的酥脆。

一般对于只需要熟化（不要求膨化）的物料，为了加快水分子的内扩散速度，要控制物料表面与内部的温度梯度不易过大，使湿扩散与热扩散方向一致。

另外，由于水分子在物料表面蒸发时，要穿过物料表面的气膜层。

因此阻力大，可设法将此气膜破坏，可减少外扩散阻力，提供干燥速度。

而对于需要二次膨化的产品，则需要加大物料表面与内部的温度梯度，尽量使使扩散与热扩散的方向相反，同时应尽量防止物料表面气膜层的破坏，使物料内部水分子快速变为气态，形成高度膨化膨松的组织结构，这在要求需要快速复水的产品（如速食米饭、速食粥等）生产中应用的非常广泛。

烤炉作为焙烤工艺的核心设备，其加热升温、恒温、排湿、能量利用率等方面的性能非常重要。

一般烤炉按照加热方式可分为电加热、天然气加热、燃油加热、煤加热与木炭加热，而按照热源的传递方式则包括热传导、热对流与热辐射。

在谷物挤压食品中，烤炉一般为电加热、天然气加热和燃油加热三种。

对于烤炉的箱体结构的选择，则需根据所生产的成分、形状、口感、水分要求，来选择采用箱体式烤炉还是隧道式烤炉（包括链条隧道炉、网带隧道炉、钢带隧道炉）1.5喷涂调味设备及技术
大多数全谷物挤压食品表面都要调味剂或香料，调味剂通常呈粉状，而一些情况下调味剂需与油或水混合形成浆状物，然后涂布在产品上，通过产品间的互相摩擦而使调味剂涂布均匀。

通常，涂衣设备是滚筒式调味机，在旋转滚筒调味机中，将按一定比例混合的植物油、奶油、巧克力、糖浆等加温溶解混合，通过雾状喷头使浆料均匀地喷洒在随调味机旋转而翻滚的物料表面。

喷油的目的一是为了改善口感;二是为了使物料容易沾粘调味料。

随后喷洒调味料，经装有螺杆推进器的喷粉机将粉末状调味料均匀洒在不断滚动的物料表面，即得成品。

为防止受潮，保证酥脆，调味后的产品应即时包装。

Transitube装置有由塑料硬毛刷制成的双螺旋反转螺钻，在旋转过程中，刷子带动物料反转，并向前输送，与呈雾状的调味剂接触，达到均匀涂布，刷子同时与筒壁接触以防止调味剂和有堆积在壁上[9]。

而国内FMKS 系列喷涂干燥设备，具有独特的喷涂的干燥一体设计，可更好地控制产品的最终水分，实现高标准的品质。