擠壓膨化技術在麥麩加工中應用及研究進展

李合，蔡紅燕*，沈汪洋, ，黨長英，孫云杰, ，陳艷

1. 武漢輕工大學食品科學與工程學院（武漢 430023）；2. 湖北省小麥加工工程技術研究中心（棗陽 441200）；3. 湖北豐慶源糧油集團有限公司（襄陽 441100）；4. 湖北三杰糧油食品集團有限公司（棗陽 441200）；5. 廈門海嘉面粉有限公司（廈門 361000）

擠壓技術在20世紀40年代末逐漸擴展到食品領域，它不僅可用于各種膨化食品生產，還可用于豆類、谷類、馬鈴薯等原料、蔬菜和一些動物蛋白加工。近年來，擠壓技術發展迅速，已成為擠壓食品最常用的生產技術之一。據報道美國1997年擠壓膨化食品的銷售額達9.319億美元，比1996年增長9.3%[1]。擠壓技術是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型為一體，可實現一系列單元操作的同時并連續操作的新型加工技術[2]，其工藝簡單，能耗低，成本低，無“三廢”產生，具有多功能、高產量、高品質的特點[3-4]。擠壓膨化可分為干法膨化和濕法膨化。在膨化過程中對物料不加蒸汽或水的膨化為干法膨化，對物料加蒸汽或水的膨化為濕法膨化[5]。擠壓技術生產的產品種類多，浪費少，生產成本低，幾乎沒有浪費，原料適用性廣，能有效減少營養損失，改善食品風味[6]。擠壓可以提高產品質量，使淀粉糊化、蛋白質變性，促進淀粉、蛋白質和脂質復合物的形成[7]，提高蛋白質的消化率[8]。

麥麩，即小麥麩皮，是小麥加工面粉的副產品，具有較高的營養價值。小麥麩皮約含有一半的膳食纖維，麥麩膳食纖維主要由纖維素、半纖維素、木質素組成。麥麩的膳食纖維分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF），比率約1∶9。IDF主要發揮著機械蠕動的作用，而SDF則更多地發揮生理代謝功能，可以說，后者的生理功能往往大于前者[10]。麥麩經過擠壓膨化處理后理化特性會發生很大的改變，如口感變得細膩，可食性變好，SDF增加，此外麥麩中營養物質的保存率和利用率與未經擠壓膨化處理相比有所提高。因而擠壓膨化技術在麥麩加工中的應用十分廣泛且具有良好應用前景。

1 擠壓膨化技術原理及優點

1.1 擠壓膨化技術原理

圖1 擠壓膨化機的組成

擠壓機主要由進料裝置、調質裝置、螺旋和機筒擠壓裝置、壓模和剪切出料裝置組成（圖1），其核心為擠壓膨化部件[11]。含有一定淀粉和水分的物料從進料槽進入，螺桿螺旋推動物料形成軸向流動。同時，由于螺旋與物料，物料與機筒，以及物料內部的機械摩擦，物料被強烈地擠壓、攪拌、剪切，從而物料被進一步細化、均化。隨著壓力逐漸加大，溫度相應升高，在高溫、高壓、高剪切力作用下，物料發生淀粉糊化、蛋白質重組、纖維素部分降解等一系列變化。糊狀的物料從擠壓機的模孔噴出的瞬間，在強大壓力差作用下，物料被膨化、失水、降溫。膨化產品結構疏松、多孔、酥脆，且有較好的適口性和風味。

1.2 擠壓膨化技術的優點

優化原料質構特性。纖維素是影響食品口感體驗的重要因素。在谷物原料中，纖維素占很大比例。經過擠壓膨化工藝，原料纖維素在高溫高壓下降解，分子結構發生變化，水溶性增加，呈現多孔海綿結構，口感得到改善。同時，機筒與螺桿摩擦碰撞后，原料的質地發生變化，形成一種輕質、吸水性強的結構。

改善物料加工特性。擠壓處理可以提高材料的膨脹力、保水性、溶解度和比表面積。物料理化特性的改變也大大改善物料的加工特性。

營養物質的保存率和消化率較高。與其他加工工藝相比，擠壓工藝具有高溫處理時間短、效率高、易在蛋白質和淀粉分解中保留其營養成分等優點。此外，短期高溫加工可破壞對人體有害的酶，增強食品的溶解度，使其更易消化。同時，由于腔體是密封的，可以更好地保留風味成分，提高感官質量。

工藝簡單，產品齊全。擠壓膨化技術可以加工的原料種類很多，包括粗糧、蔬菜、水果、動物蛋白等。此外，擠壓膨化技術還可以調整不同的配方和加工條件，生產多種食品。

生產成本低，資源損耗低，加工效率高。擠壓技術的生產條件是集進料、物料輸送、加熱、成型等功能于一體的綜合設備，由于其體積小，可節省占地面積。此外，該設備功能齊全，能耗要求低，能充分發揮低成本、低能耗的優勢。

2 擠壓膨化技術在麥麩加工中的應用進展

2.1 改善麥麩膳食纖維的可溶性

擠壓膨化可以改善麥麩膳食纖維的可溶性，提高可溶性膳食纖維含量。膳食纖維尤其是可溶性膳食纖維對肥胖癥、高血壓、冠狀動脈粥樣硬化、膽結石、糖尿病、結腸病、高血脂、心臟病及心腦血管疾病等有一定的預防作用，可以防止腹瀉、保護肝臟及提高免疫力。麥麩是小麥面粉生產的副產品，是重要的膳食纖維來源[12]。擠壓膨化技術可使纖維材料完全微細化，提高膳食纖維的溶解度，提高其利用價值。徐苗均等[13]對所制的小麥麩皮采用雙螺桿擠壓機進行處理，選取物料含水率、螺桿轉速和擠壓溫度3個因素進行單因素試驗和正交試驗，得出麥麩含水量1.2%、主機擠壓溫度170 ℃、螺桿轉速225 r/min為最優擠壓條件。擠壓后可溶性膳食纖維含量由3.22%上升至10.14%。趙妍嫣等[14]研究小麥麩皮膳食纖維擠壓加工工藝，得出在麩皮含水量20%、擠壓溫度170 ℃、螺旋轉速185 r/min時，麩皮原料中可溶性膳食纖維含量由3.22%提高到10.14%。徐競[15]以麥麩為原料，通過擠壓加工生產麥麩膳食纖維，結果表明擠壓加工可使麥麩中不溶性膳食纖維向可溶性膳食纖維轉化10%。

2.2 提高麥麩的可食性

擠壓膨化可提高麥麩的食用性。任順成等[16]以麥麩水分、機筒末端溫度、螺桿轉速、喂料速度為考察參數，植酸含量、糊化度、持水力、膨脹力、還原糖含量、游離氨基氮含量為檢測指標，經單因素試驗和正交試驗得到麥麩擠壓膨化工藝最佳工藝參數：螺桿轉速9 Hz、機筒末端溫度145 ℃、水分27.5%、喂料速度9 kg/h。經此工藝處理后的麥麩中總膳食纖維和可溶性膳食纖維分別提高11.69%和1.16%。麥麩經擠壓膨化處理后，掃描電鏡下可觀察到疏松多孔的結構、凹凸不平的表面和增大的裸露表面積，這與其具有高膨脹力和高持水性的特點相一致，表明擠壓膨化后的麥麩其可食性、功能性及營養性將會得到明顯改善。張偉博等[17]將添加0，10%，20%和30%玉米的小麥麩皮及100%玉米的樣品進行雙螺桿擠壓，提取樣品中的膳食纖維，并測定100%麥麩與添加20%玉米樣品的組分，研究由該兩組樣品提取出來的可溶性膳食纖維的物理性質。結果發現雙擠壓膨化處理可以改善麥麩口感，添加適量的玉米可以提高可溶性麥麩纖維含量，以及促進半纖維素向水溶性纖維轉化。閆曉光等[18]運用擠壓技術處理小麥麥麩，擠壓處理麥麩的最優工藝參數為：擠壓溫度140 ℃、擠壓轉速150 r/min和物料水分20%。擠壓處理后，小麥麥麩可溶性膳食纖維含量由9.82%提高到16.72%。擠壓后的麥麩在200℃之內具有良好的熱穩定性。通過SEM觀察發現擠壓后麥麩原來致密的結構變得疏松，提高麥麩可食性。

2.3 提高麥麩制品的貨架期

適當添加擠壓麥麩可以改善面粉制品（饅頭、面包、面條）的品質，增加面粉制品的體積，提高面粉制品的含水量，改善面粉制品的質地，延長面粉制品的保質期。袁野等[19]在研究細麩擠壓膨化后的應用時發現，在物料粒度60目、含水量28.5%、擠壓溫度144 ℃、螺桿轉速350 r/min條件下，細麩膨化度為2.39。適當添加膨化后的細麩可以提高面包的含水量，延長貨架期，提高營養價值，其最佳添加量為4%。張明[10]采用雙螺桿擠壓麥麩，確定麥麩膳食纖維擠壓改性的最佳工藝條件，并研究得到在饅頭中添加麥麩不宜超過8%、在面包中的添加麥麩不宜超過6%，適量添加改性麥麩可改善面制品（饅頭、面包）的品質，增加面制品的體積，提高面制品含水量，改善面制品的質地，延長面制品的貨架期。劉傳富等[20]研究膨化麥麩不同添加量對面團特性、饅頭質量及其貨架期的影響，結果發現添加適量的膨化麥麩，可改善面團的特性及饅頭的品質，延長饅頭的貨架期，在試驗條件下膨化麥麩添加量不宜超過8%。

2.4 減少麥麩中的植酸含量，提高蛋白質及淀粉的體外消化率

擠壓處理麥麩，可減少麥麩中的植酸含量，提高蛋白質及淀粉的體外消化率。韓雪等[21]通過擠壓膨化實驗使麩皮品質得到改善，氨基酸、膳食纖維等營養物質含量明顯提高，植酸含量下降。汪麗萍等[22]考察粗麩、細麩、胚芽及混合料中擠壓前后植酸的含量變化，結果表明，經過擠壓熱加工處理后，各部分中的植酸含量明顯降低，降幅最大的是混合料，從擠壓前的26.91 mg/g下降為14.41 mg/g，降幅為46%左右。其余各原料部分經過擠壓加工，植酸含量下降幅度在20%左右。陳建寶等[23]研究擠壓改性對麥麩功能特性的影響，結果發現物料水分30%，螺桿轉速250 r/min時，擠壓膨化后的麥麩中總糖和水溶性總糖含量有所增加，脂肪、淀粉、粗纖維、還原糖、植酸含量都有所減少，蛋白質的體外消化率有所提高，淀粉體外消化率明顯提高（見表1和表2）。

表1 麥麩中的化學組成名稱

表2 原料和膨化物中蛋白質及淀粉體外消化率

2.5 其他

高膳食纖維食品不僅能產生低能飽腹感，預防肥胖，而且對降低餐后血糖有顯著作用。麥麩中含有多種營養保健因子。擠壓膨化處理后，麥麩中營養和植酸含量增加，膳食纖維含量增加，吸水率增加，可食性和消化率也有很大提高。李丹等[24]用擠壓膨化處理麥麩，通過單因素、正交試驗發現，擠壓膨化處理麥麩的最優工藝參數為：水分含量27.5%，喂料轉速9 kg/h，螺桿轉速9 Hz，機筒末端溫度145 ℃。并通過基本成分測定和微觀結構觀察，得到最優樣品并對其進行復配，得到適合不同人群的代餐粉配方。Reyes-Pérez等[25]用擠壓膨化處理不同粒度的麥麩，并將處理后麥麩制成餅干，測定餅干的升糖指數，結果發現麩皮膨化的工藝條件提高了餅干的膳食纖維含量，但對粗粒級麩皮制成的餅干影響較大。利用膨化麥麩可降低餅干的血糖指數，這種餅干可以推薦給有特殊需要的人。

3 結語

擠壓膨化技術是一種集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型于一體的多功能、高產量、高質量的現代食品加工技術，它具有優化原料質構特性、改善物料加工性能、營養物質的保存率、消化率較高、工藝簡單、產品齊全、生產成本低、資源能耗低、加工效率高等優點。麥麩中含有豐富的膳食纖維，具有較高的營養價值。利用擠壓膨化技術擠壓麥麩，可以改善麥麩膳食纖維的可溶性、提高麥麩的可食性、提高麥麩制品的貨架期、減少麥麩中的植酸含量、提高麥麩中蛋白質及淀粉的體外消化率等；此外，還可以利用擠壓的麥麩生產高膳食纖維食品，如代餐粉、餅干等，并將這些食品推薦給有特殊需要的人。因此，擠壓膨化技術在麥麩加工的領域具有十分廣闊的應用前景。