挤压膨化法生产面包糠工艺的研究*

檀巧斌

（福建省食品工业协会，福建 福州 350028）

面包糠主要是以面粉、大米、调味品等原料经发酵、干燥、挤压等加工方式制成的一类常用的油炸食品辅料[1]。近年来由于快餐业的迅速发展，面包糠作为快餐食品的加工辅料，因能赋予油炸食品焦香酥脆、风味独特的口感以及成本低廉、使用方便的特点，受国内外市场青睐而需求量越来越大。在国内，生产面包糠主要以传统生产工艺为主，面粉经过发酵、烘焙、再经粉碎加工而成，此工艺生产周期长，人力、物力消耗大。

国内面包糠的生产已有几十年的历史，但未见利用挤压膨化工艺加工生产面包糠的报道。以挤压膨化工艺生产面包糠，是利用挤压膨化技术使面粉与大米等物料成分及结构均发生改变，如淀粉发生糊化、降解；蛋白质发生变性、重组；纤维素发生细化、降解等[2]。该新型面包糠生产工艺在具有生产流程短、节约时间，降低生产成本，设备投入少等优点，此外，产品口感酥脆、品质稳定、货架期较长。

在本研究中，以小麦粉、大米为主要原料，添加水、食用盐、单硬脂酸甘油酯等，经原料验收、混合、挤压膨化制成新型面包糠，产品呈碎屑状或片状，可作为油炸食品的裹粉原料使用。在本研究中，以径向膨化率和糊化度为考察指标，探讨了大米添加量、套筒温度、螺杆转速、物料含水量、喂料速度等因素对产品品质的影响，从而确定挤压膨化法生产新型面包糠的生产工艺。

1 材料与方法

1.1 原料及主要试剂

市售面粉、大米粉、食用盐，等。

1.2 主要仪器设备

挤压膨化机： SX2000-80 济南赛信机械有限公司

数显水浴锅： HH6 国华电器有限公司

电子天平： BS224S 普多利斯科学（北京）有限公司

电热鼓风干燥箱： 9023AS 宁波江南仪器厂

离心机： L-550 长沙湘仪离心机有限公司

PH计： PHSJ-SF 上海精科有限公司

1.3 生产工艺面包糠工艺流程

1.4 试验方法

1.4.1 原料配比试验

大米粉单因素试验：把原始水分含量的大米粉和面粉（约13%）混合，并且设定螺杆转速为200 r/min，挤压温度为100 ℃，喂料速度为200 g/min，在此条件下进行挤压膨化，以产品的径向膨化率与糊化度为考察指标。

1.4.2 挤压温度试验

单因素试验：取30%大米粉和70%面粉的混合粉，螺杆转速200 r/min，将原料的水分含量调节到14%，喂料速度200 g/min，采用不同的螺杆挤压套筒温度进行膨化挤压，以产品的径向膨化率与糊化度为考察指标。

1.4.3 水分添加量试验

取30%大米粉和70%面粉的混合粉，螺杆转速200 r/min，调节螺杆挤压机挤压温度100 ℃，喂料速度200 g/min，调整原料的不同的水分含量进行膨化挤压，以产品的径向膨化率与糊化度为考察指标。

1.4.4 螺杆转速试验

在原始水分下30%大米粉和70%面粉的混合粉（水分含量大约为13%），调节螺杆挤压机套筒温度100 ℃，喂料速度200 g/min，采用不同的螺杆转速进行膨化挤压，以产品的径向膨化率与糊化度为考察指标。

1.4.5 喂料速度试验

取30%大米粉和70%面粉的混合粉，螺杆转速200r/min，调节螺杆挤压机套筒温度100 ℃，将原料的水分含量调节到14%，采用不同的喂料速度进行膨化挤压，以产品的径向膨化率与糊化度为考察指标。

1.5 分析方法

1.5.1 径向膨化率(膨化度)的测定[3]

随机选择10个样品，测定其直径大小，计算出产品直径d(mm)的平均值，然后以模口直径(5 mm)为分母，得到的比值即为样品的径向膨化率。

1.5.2 糊化度的测定（碘量法）

根据参考文献[4]中所描述方法对面包糠的糊化度进行测定。

1.5.3 扫描电镜观察[5]

将挤压膨化法生产获得的面包糠与市售传统面包糠取样、干燥，将样品用导电胶布固定在样品柱上，抽真空后喷金，采用电子扫描显微镜对面包糠内部组织的微观结构进行观察。

2 结果与分析

2.1 原料中大米含量对面包糠挤压膨化特性的影响

由图1可知，大米含量对径向膨化率的影响较为显著，大米添加量为15%～30%时，随着大米含量的增加产品的径向膨化率不断增大。当大米含量超过30%，产品的径向膨化率随大米含量的提升而增加的幅度趋于平缓。有研究表明，支链淀粉含量较高的糯米、马铃薯淀粉膨化效果好，且产品膨化率较大，质构等质量亦优于其他含淀粉物料[6]。因此，随着大米含量的不断增多，膨化率也逐渐增大；当增加到一定限量后，大米添加比例对于径向膨化率影响的突出特征值趋于平均。

由图2可知，随着大米粉的增加产品的糊化度上升，在大米粉含量为30%时达到最大，而后随着大米含量增多，糊化度又相应的减小。这主要是在挤压过程中，相同重量的大米原料的体积比面粉所占体积小，因此在大米粉含量不断增大的过程中，物料的体积会越来越小，在相同条件下物料在机腔内停留时间多，因此糊化度不断增加。

综合考虑，当大米原料添加量为30%时，产品的膨化率和糊化度均达到较优值，故选择大米最佳添加比例为30%。

2.2 挤压温度对面包糠挤压膨化特性的影响

由图3可知，当挤压机的套筒温度为80～100 ℃时，径向膨化率随温度增加而增加，当套筒温度达到100 ℃时，达到最高值3.956，然后随着温度继续增加，径向膨化率呈现出下降趋势。其原因可能是当挤压机腔体内筒壁温度逐步上升时，物料中的淀粉组分晶体熔融，物料粘度增大，支链淀粉分子中的氢键断裂速度加快，解离成线状分子而有利于淀粉类物料膨化，使径向膨化率增加。但是当温度进一步升高时，物料的粘度也会相应减低，对气体的束缚能力也随之降低，使气泡在生成早期即发生破裂，导致物料膨化失去驱动力，故径向膨化率反而降低。

由图4可知，随着机筒温度的升高，产品的糊化度不断增大，由最初的93.13%上升至95.49%，且在机筒温度100 ℃时达到最大值，此后随着温度持续升高产品的糊化度则呈现出缓慢递减的趋势。这是由于高淀粉类物料在挤压机腔体内经受高热与高压过程中迅速发生糊化，物料在挤压过程中的受热来源主要包括挤压腔体内直接传递的热量以及物料在挤压腔内受到螺杆转动的剪切力与金属腔体内壁和螺杆之间发生摩擦产生的热量，因此当挤压机加热套筒的温度较高时，物料能够快速吸收热量，使淀粉达到糊化温度，有利于淀粉的糊化，提高物料的糊化度。当温度过高时，物料的粘度也会相应减低，对气体的束缚能力减弱，气泡在生成过程中较早破裂，从而使糊化度降低[7]。

综合分析以上指标，考察挤压温度对产品的膨化度和糊化度的影响，宜选100 ℃为最佳套筒挤压温度。

2.3 水分含量对面包糠挤压膨化特性的影响

由图5可见，径向膨化率随着物料中水分含量的升高，呈现先上升后下降的趋势，且当水分含量到14%时，径向膨化率达到最高。这是由于物料中的水分含量对物料膨化具有显著的促进作用，当物料在短时间内迅速升温时，其中的水分受热瞬间气化有助于物料发生膨化。因此当水分不足时物料的膨化则受限，但是当物料的水分含量超过一定阈值时，物料中的蛋白质和淀粉吸水溶胀，经加热时蛋白质与淀粉发生交联导致物料的粘稠度增大，增大了螺杆与物料之间的摩擦力，延长物料在机筒内的停留时间，不利于产品膨化及品质。当物料的含水量过高时，会使物料组织松散，并且水分在挤压过程会充当润滑剂，减缓物料在机筒内的摩擦作用，降低了剪切力与挤压排出阻力，另一方面，物料水分在气化过程中吸收大量的气化潜热，使得模口处和机筒温度降低，很难形成高温、高压的膨化环境，导致产品膨化率降低。

由图6可见，产品的糊化度随着水分含量的增加，呈现出先上升，然后下降的趋势。物料中的水分是影响蛋白质变性和淀粉糊化的重要因素之一，此外还对物料在输送中也起到了润滑作用。同时，水分作为一种可塑剂会使挤压机内的机械能的耗散及降低物料的粘度，影响物料在挤压过程中受到的剪切力从而影响淀粉糊化度。

关正军等研究表明，淀粉在挤压机内受到的剪切力会随着物料的水分含量的增大而减小，原因是物料在此过程中所受的破坏作用减弱，从而降低淀粉的糊化度[7]。杨绮云等研究表明，当物料水分含量低于8%时，物料在机筒内基本不熔融，化学反应进行的也不彻底[8]。

综合已有的研究结果以及图5、图6的数据，可知当30%大米粉和70%面粉的混合粉中水分含量为14%时，产品的膨化率与糊化度达到最佳。

2.4 螺杆转速对面包糠挤压膨化特性的影响

由图7中可见，产品的径向膨化率随着挤压机螺杆转速的不断增大，呈现出先增大后减小的趋势，当转速200 r/min时，达到最大值3.938。当螺杆转速在较低时，物料在机腔内所承受的剪切力与摩擦力比较小，但随着螺杆转速的不断增大，物料的剪切力也相应增大，一些高分子量的直连淀粉降解为分子量较小的短链分子。此外，部分支链淀粉的侧链聚糖分子在挤压过程中亦解离出来，分子间的氢键作用被减弱，分子骨架间的空间也增大，使得物料所含水分更容易“渗入”，而使其发生溶胀，生成疏松的结构组织，产品的膨化度变大。当转速持续增大，物料与高速转动的螺杆接触后被快速排出，在挤压机腔体内停留时间过短，导致物料未充分受热膨化就被排出，从而大幅降低了产品的膨化率。

从图8可见，产品的糊化度亦随着螺杆转速的不断增大，而呈现先增大后减小的趋势，当转速达到200 r/min达到最大值。螺杆转速在很大程度上决定了物料在挤压机腔体内的停留的时间，同时也决定了物料与挤压机内壁的摩擦力大小以及与受到螺杆剪切力作用强弱。当螺杆转速较低时，物料在机腔内停留的时间较长，原料中的淀粉可充分糊化。随着螺杆转速的增大，物料在机腔内停留的时间减少，但由于物料在机腔内受的剪切作用及摩擦力在亦逐步增大，在一定范围内，物料中淀粉的糊化度变化不显著。当螺杆转速进一步增大时，物料被快速排出挤压腔体，达不到糊化温度，糊化度较差。

综合考虑，在转速到达200 r/min时，产品的膨化率与糊化度均达到最大值。

2.5 喂料速度对面包糠挤压膨化特性的影响

由图9可见，喂料速度对产品的径向膨化率的影响是非线性的，径向膨化率随喂料速度的改变，呈现出先增大随后减小的变化趋势，当喂料速度达到200 g/min时，径直膨化率达到最大值。喂料速度决定了进入挤压机腔体内的物料量，因此喂料速度影响物料在挤压腔体内的熔融时间和停留时间，从而决定了产品的膨化率。当喂料量较小时，随着喂料速度的增加，机腔内的填充物缓慢积累，物料在机腔内所受的剪切力和摩擦力亦不断增大，因此膨化率也不断增大。随着喂料速度的进一步增加，当超过一定阈值时，导致物料与螺杆和金属腔壁之间形成高压受力区而使物料组分之间的空间被挤压，水分受热产生的水蒸气被排出，因此产品在出料口解压时无法形成膨化状态，导致产品的径向膨化率降低。

如图10所示，当喂料速度为160～180 g/min时，产品的糊化度呈现出递增的趋势，在喂料速度达到180 g/min时，糊化度达到最大，此后随着喂料速度的进一步增大，产品的糊化度呈现逐步减小的趋势。喂料速度影响物料在挤压腔内的熔融时间和停留时间，从而决定产品的糊化度。在喂料量较小的情况下，进入挤压机腔体内的物料较少而未能够填充腔体，无法与腔体金属壁和螺杆之间形成密闭的高温、高压体系，不利于产品糊化，因此在前期随着喂料速度的增加，物料在腔体内逐渐积累，产品的糊化度随之而增高。但是，当喂料速度达到一定值时，随着喂料速度的进一步增大，进入挤压机腔体内的物料在短时间内积累过多使物料受热不均，部分物料因不能吸收足够的热量发生糊化，从而导致糊化度呈现降低的趋势。

综上所述，当喂料速度为180 g/min时，产品的膨化率与糊化度达到最佳。

2.6 挤压膨化法生产面包糠的微观结构

由图11所示，经挤压膨化法生产的面包糠与传统面包糠在微观结构上均呈现蜂窝状蓬松的内部空间结构，且挤压膨化法面包糠蜂窝状孔径相对较大、更为蓬松，并且相对于传统面包糠，挤压膨化面包糠蜂窝状结构的间隔壁厚度较大，具有更好的油炸特性。

3 小结

通过挤压膨化法生产新型面包糠是一种可替代传统方式生产面包糠的创新生产工艺。本文选取大米添加量、螺杆转速、挤压温度、原料水分含量、喂料速度为考察因素，以产品的膨化率和糊化度特性作为考察指标，对面包糠的挤压膨化生产工艺进行单因素试验。结果表明，各单因素的最佳参数分别为：大米添加量30%，螺杆转速200 r/min，原料水分14%，挤压温度100 ℃，喂料速度180 g/min。并且，挤压膨化法生产出的面包糠在微观形态上与传统面包糠相近，但蜂窝状孔径相对较大，结构更为蓬松。此外，相对于传统面包糠，挤压膨化面包糠蜂窝状结构的间隔壁厚度较大，具有更好的油炸特性。本研究为通过挤压膨化工艺生产面包糠提供了理论依据与工艺参考。