擠壓膨化法生產面包糠工藝的研究*

檀巧斌

（福建省食品工業協會，福建 福州 350028）

面包糠主要是以面粉、大米、調味品等原料經發酵、干燥、擠壓等加工方式制成的一類常用的油炸食品輔料[1]。近年來由于快餐業的迅速發展，面包糠作為快餐食品的加工輔料，因能賦予油炸食品焦香酥脆、風味獨特的口感以及成本低廉、使用方便的特點，受國內外市場青睞而需求量越來越大。在國內，生產面包糠主要以傳統生產工藝為主，面粉經過發酵、烘焙、再經粉碎加工而成，此工藝生產周期長，人力、物力消耗大。

國內面包糠的生產已有幾十年的歷史，但未見利用擠壓膨化工藝加工生產面包糠的報道。以擠壓膨化工藝生產面包糠，是利用擠壓膨化技術使面粉與大米等物料成分及結構均發生改變，如淀粉發生糊化、降解；蛋白質發生變性、重組；纖維素發生細化、降解等[2]。該新型面包糠生產工藝在具有生產流程短、節約時間，降低生產成本，設備投入少等優點，此外，產品口感酥脆、品質穩定、貨架期較長。

在本研究中，以小麥粉、大米為主要原料，添加水、食用鹽、單硬脂酸甘油酯等，經原料驗收、混合、擠壓膨化制成新型面包糠，產品呈碎屑狀或片狀，可作為油炸食品的裹粉原料使用。在本研究中，以徑向膨化率和糊化度為考察指標，探討了大米添加量、套筒溫度、螺桿轉速、物料含水量、喂料速度等因素對產品品質的影響，從而確定擠壓膨化法生產新型面包糠的生產工藝。

1 材料與方法

1.1 原料及主要試劑

市售面粉、大米粉、食用鹽，等。

1.2 主要儀器設備

擠壓膨化機： SX2000-80 濟南賽信機械有限公司

數顯水浴鍋： HH6 國華電器有限公司

電子天平： BS224S 普多利斯科學（北京）有限公司

電熱鼓風干燥箱： 9023AS 寧波江南儀器廠

離心機： L-550 長沙湘儀離心機有限公司

PH計： PHSJ-SF 上海精科有限公司

1.3 生產工藝面包糠工藝流程

1.4 試驗方法

1.4.1 原料配比試驗

大米粉單因素試驗：把原始水分含量的大米粉和面粉（約13%）混合，并且設定螺桿轉速為200 r/min，擠壓溫度為100 ℃，喂料速度為200 g/min，在此條件下進行擠壓膨化，以產品的徑向膨化率與糊化度為考察指標。

1.4.2 擠壓溫度試驗

單因素試驗：取30%大米粉和70%面粉的混合粉，螺桿轉速200 r/min，將原料的水分含量調節到14%，喂料速度200 g/min，采用不同的螺桿擠壓套筒溫度進行膨化擠壓，以產品的徑向膨化率與糊化度為考察指標。

1.4.3 水分添加量試驗

取30%大米粉和70%面粉的混合粉，螺桿轉速200 r/min，調節螺桿擠壓機擠壓溫度100 ℃，喂料速度200 g/min，調整原料的不同的水分含量進行膨化擠壓，以產品的徑向膨化率與糊化度為考察指標。

1.4.4 螺桿轉速試驗

在原始水分下30%大米粉和70%面粉的混合粉（水分含量大約為13%），調節螺桿擠壓機套筒溫度100 ℃，喂料速度200 g/min，采用不同的螺桿轉速進行膨化擠壓，以產品的徑向膨化率與糊化度為考察指標。

1.4.5 喂料速度試驗

取30%大米粉和70%面粉的混合粉，螺桿轉速200r/min，調節螺桿擠壓機套筒溫度100 ℃，將原料的水分含量調節到14%，采用不同的喂料速度進行膨化擠壓，以產品的徑向膨化率與糊化度為考察指標。

1.5 分析方法

1.5.1 徑向膨化率(膨化度)的測定[3]

隨機選擇10個樣品，測定其直徑大小，計算出產品直徑d(mm)的平均值，然后以模口直徑(5 mm)為分母，得到的比值即為樣品的徑向膨化率。

1.5.2 糊化度的測定（碘量法）

根據參考文獻[4]中所描述方法對面包糠的糊化度進行測定。

1.5.3 掃描電鏡觀察[5]

將擠壓膨化法生產獲得的面包糠與市售傳統面包糠取樣、干燥，將樣品用導電膠布固定在樣品柱上，抽真空后噴金，采用電子掃描顯微鏡對面包糠內部組織的微觀結構進行觀察。

2 結果與分析

2.1 原料中大米含量對面包糠擠壓膨化特性的影響

由圖1可知，大米含量對徑向膨化率的影響較為顯著，大米添加量為15%～30%時，隨著大米含量的增加產品的徑向膨化率不斷增大。當大米含量超過30%，產品的徑向膨化率隨大米含量的提升而增加的幅度趨于平緩。有研究表明，支鏈淀粉含量較高的糯米、馬鈴薯淀粉膨化效果好，且產品膨化率較大，質構等質量亦優于其他含淀粉物料[6]。因此，隨著大米含量的不斷增多，膨化率也逐漸增大；當增加到一定限量后，大米添加比例對于徑向膨化率影響的突出特征值趨于平均。

由圖2可知，隨著大米粉的增加產品的糊化度上升，在大米粉含量為30%時達到最大，而后隨著大米含量增多，糊化度又相應的減小。這主要是在擠壓過程中，相同重量的大米原料的體積比面粉所占體積小，因此在大米粉含量不斷增大的過程中，物料的體積會越來越小，在相同條件下物料在機腔內停留時間多，因此糊化度不斷增加。

綜合考慮，當大米原料添加量為30%時，產品的膨化率和糊化度均達到較優值，故選擇大米最佳添加比例為30%。

2.2 擠壓溫度對面包糠擠壓膨化特性的影響

由圖3可知，當擠壓機的套筒溫度為80～100 ℃時，徑向膨化率隨溫度增加而增加，當套筒溫度達到100 ℃時，達到最高值3.956，然后隨著溫度繼續增加，徑向膨化率呈現出下降趨勢。其原因可能是當擠壓機腔體內筒壁溫度逐步上升時，物料中的淀粉組分晶體熔融，物料粘度增大，支鏈淀粉分子中的氫鍵斷裂速度加快，解離成線狀分子而有利于淀粉類物料膨化，使徑向膨化率增加。但是當溫度進一步升高時，物料的粘度也會相應減低，對氣體的束縛能力也隨之降低，使氣泡在生成早期即發生破裂，導致物料膨化失去驅動力，故徑向膨化率反而降低。

由圖4可知，隨著機筒溫度的升高，產品的糊化度不斷增大，由最初的93.13%上升至95.49%，且在機筒溫度100 ℃時達到最大值，此后隨著溫度持續升高產品的糊化度則呈現出緩慢遞減的趨勢。這是由于高淀粉類物料在擠壓機腔體內經受高熱與高壓過程中迅速發生糊化，物料在擠壓過程中的受熱來源主要包括擠壓腔體內直接傳遞的熱量以及物料在擠壓腔內受到螺桿轉動的剪切力與金屬腔體內壁和螺桿之間發生摩擦產生的熱量，因此當擠壓機加熱套筒的溫度較高時，物料能夠快速吸收熱量，使淀粉達到糊化溫度，有利于淀粉的糊化，提高物料的糊化度。當溫度過高時，物料的粘度也會相應減低，對氣體的束縛能力減弱，氣泡在生成過程中較早破裂，從而使糊化度降低[7]。

綜合分析以上指標，考察擠壓溫度對產品的膨化度和糊化度的影響，宜選100 ℃為最佳套筒擠壓溫度。

2.3 水分含量對面包糠擠壓膨化特性的影響

由圖5可見，徑向膨化率隨著物料中水分含量的升高，呈現先上升后下降的趨勢，且當水分含量到14%時，徑向膨化率達到最高。這是由于物料中的水分含量對物料膨化具有顯著的促進作用，當物料在短時間內迅速升溫時，其中的水分受熱瞬間氣化有助于物料發生膨化。因此當水分不足時物料的膨化則受限，但是當物料的水分含量超過一定閾值時，物料中的蛋白質和淀粉吸水溶脹，經加熱時蛋白質與淀粉發生交聯導致物料的粘稠度增大，增大了螺桿與物料之間的摩擦力，延長物料在機筒內的停留時間，不利于產品膨化及品質。當物料的含水量過高時，會使物料組織松散，并且水分在擠壓過程會充當潤滑劑，減緩物料在機筒內的摩擦作用，降低了剪切力與擠壓排出阻力，另一方面，物料水分在氣化過程中吸收大量的氣化潛熱，使得模口處和機筒溫度降低，很難形成高溫、高壓的膨化環境，導致產品膨化率降低。

由圖6可見，產品的糊化度隨著水分含量的增加，呈現出先上升，然后下降的趨勢。物料中的水分是影響蛋白質變性和淀粉糊化的重要因素之一，此外還對物料在輸送中也起到了潤滑作用。同時，水分作為一種可塑劑會使擠壓機內的機械能的耗散及降低物料的粘度，影響物料在擠壓過程中受到的剪切力從而影響淀粉糊化度。

關正軍等研究表明，淀粉在擠壓機內受到的剪切力會隨著物料的水分含量的增大而減小，原因是物料在此過程中所受的破壞作用減弱，從而降低淀粉的糊化度[7]。楊綺云等研究表明，當物料水分含量低于8%時，物料在機筒內基本不熔融，化學反應進行的也不徹底[8]。

綜合已有的研究結果以及圖5、圖6的數據，可知當30%大米粉和70%面粉的混合粉中水分含量為14%時，產品的膨化率與糊化度達到最佳。

2.4 螺桿轉速對面包糠擠壓膨化特性的影響

由圖7中可見，產品的徑向膨化率隨著擠壓機螺桿轉速的不斷增大，呈現出先增大后減小的趨勢，當轉速200 r/min時，達到最大值3.938。當螺桿轉速在較低時，物料在機腔內所承受的剪切力與摩擦力比較小，但隨著螺桿轉速的不斷增大，物料的剪切力也相應增大，一些高分子量的直連淀粉降解為分子量較小的短鏈分子。此外，部分支鏈淀粉的側鏈聚糖分子在擠壓過程中亦解離出來，分子間的氫鍵作用被減弱，分子骨架間的空間也增大，使得物料所含水分更容易“滲入”，而使其發生溶脹，生成疏松的結構組織，產品的膨化度變大。當轉速持續增大，物料與高速轉動的螺桿接觸后被快速排出，在擠壓機腔體內停留時間過短，導致物料未充分受熱膨化就被排出，從而大幅降低了產品的膨化率。

從圖8可見，產品的糊化度亦隨著螺桿轉速的不斷增大，而呈現先增大后減小的趨勢，當轉速達到200 r/min達到最大值。螺桿轉速在很大程度上決定了物料在擠壓機腔體內的停留的時間，同時也決定了物料與擠壓機內壁的摩擦力大小以及與受到螺桿剪切力作用強弱。當螺桿轉速較低時，物料在機腔內停留的時間較長，原料中的淀粉可充分糊化。隨著螺桿轉速的增大，物料在機腔內停留的時間減少，但由于物料在機腔內受的剪切作用及摩擦力在亦逐步增大，在一定范圍內，物料中淀粉的糊化度變化不顯著。當螺桿轉速進一步增大時，物料被快速排出擠壓腔體，達不到糊化溫度，糊化度較差。

綜合考慮，在轉速到達200 r/min時，產品的膨化率與糊化度均達到最大值。

2.5 喂料速度對面包糠擠壓膨化特性的影響

由圖9可見，喂料速度對產品的徑向膨化率的影響是非線性的，徑向膨化率隨喂料速度的改變，呈現出先增大隨后減小的變化趨勢，當喂料速度達到200 g/min時，徑直膨化率達到最大值。喂料速度決定了進入擠壓機腔體內的物料量，因此喂料速度影響物料在擠壓腔體內的熔融時間和停留時間，從而決定了產品的膨化率。當喂料量較小時，隨著喂料速度的增加，機腔內的填充物緩慢積累，物料在機腔內所受的剪切力和摩擦力亦不斷增大，因此膨化率也不斷增大。隨著喂料速度的進一步增加，當超過一定閾值時，導致物料與螺桿和金屬腔壁之間形成高壓受力區而使物料組分之間的空間被擠壓，水分受熱產生的水蒸氣被排出，因此產品在出料口解壓時無法形成膨化狀態，導致產品的徑向膨化率降低。

如圖10所示，當喂料速度為160～180 g/min時，產品的糊化度呈現出遞增的趨勢，在喂料速度達到180 g/min時，糊化度達到最大，此后隨著喂料速度的進一步增大，產品的糊化度呈現逐步減小的趨勢。喂料速度影響物料在擠壓腔內的熔融時間和停留時間，從而決定產品的糊化度。在喂料量較小的情況下，進入擠壓機腔體內的物料較少而未能夠填充腔體，無法與腔體金屬壁和螺桿之間形成密閉的高溫、高壓體系，不利于產品糊化，因此在前期隨著喂料速度的增加，物料在腔體內逐漸積累，產品的糊化度隨之而增高。但是，當喂料速度達到一定值時，隨著喂料速度的進一步增大，進入擠壓機腔體內的物料在短時間內積累過多使物料受熱不均，部分物料因不能吸收足夠的熱量發生糊化，從而導致糊化度呈現降低的趨勢。

綜上所述，當喂料速度為180 g/min時，產品的膨化率與糊化度達到最佳。

2.6 擠壓膨化法生產面包糠的微觀結構

由圖11所示，經擠壓膨化法生產的面包糠與傳統面包糠在微觀結構上均呈現蜂窩狀蓬松的內部空間結構，且擠壓膨化法面包糠蜂窩狀孔徑相對較大、更為蓬松，并且相對于傳統面包糠，擠壓膨化面包糠蜂窩狀結構的間隔壁厚度較大，具有更好的油炸特性。

3 小結

通過擠壓膨化法生產新型面包糠是一種可替代傳統方式生產面包糠的創新生產工藝。本文選取大米添加量、螺桿轉速、擠壓溫度、原料水分含量、喂料速度為考察因素，以產品的膨化率和糊化度特性作為考察指標，對面包糠的擠壓膨化生產工藝進行單因素試驗。結果表明，各單因素的最佳參數分別為：大米添加量30%，螺桿轉速200 r/min，原料水分14%，擠壓溫度100 ℃，喂料速度180 g/min。并且，擠壓膨化法生產出的面包糠在微觀形態上與傳統面包糠相近，但蜂窩狀孔徑相對較大，結構更為蓬松。此外，相對于傳統面包糠，擠壓膨化面包糠蜂窩狀結構的間隔壁厚度較大，具有更好的油炸特性。本研究為通過擠壓膨化工藝生產面包糠提供了理論依據與工藝參考。