單螺桿擠壓技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

孟祥澤，呂博，付洪玲，李佳芯，楊曉晴，季雷，王祎，于寒松*

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118；2.國(guó)家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系加工研究室，吉林 長(zhǎng)春 130118；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

擠壓技術(shù)是指在擠壓機(jī)中給予物料一定的速度，使物料勻速通過(guò)模頭擠壓，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工的技術(shù)，采用這種加工技術(shù)生產(chǎn)的食品稱為擠壓食品[1]。當(dāng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，食品中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)在高溫和強(qiáng)剪切力的作用下發(fā)生部分反應(yīng)[2]，如淀粉糊化和降解、蛋白質(zhì)變性、維生素降解、抗?fàn)I養(yǎng)因子的形成等。擠壓機(jī)擁有諸多優(yōu)勢(shì)，例如可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，處理大量物料，操作簡(jiǎn)便，機(jī)器能持續(xù)運(yùn)行，產(chǎn)品生產(chǎn)率高等。除此以外，利用擠壓技術(shù)可以研發(fā)出一些獨(dú)特風(fēng)味的新型食品，也能夠幫助修飾產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的溶解性和持水性，使產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分更加豐富，通過(guò)擠壓技術(shù)得到的產(chǎn)品會(huì)膨脹后迅速冷卻，并可通過(guò)更換模具制造各種形狀的產(chǎn)品[3]。綜上，擠壓技術(shù)可以賦予食品更多的可加工空間。

擠壓技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的食品加工技術(shù)，它具有高速短時(shí)的特點(diǎn)，并涉及廣泛的熱化學(xué)過(guò)程，包括淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性、脂質(zhì)改性、酶水解、微生物和許多抗?fàn)I養(yǎng)因子的失活。目前擠壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)中[4]，是集混合、熟化、蒸煮、傳熱傳質(zhì)、預(yù)干燥、膨化及成型為一體的新型加工方法。擠壓技術(shù)作為一種成熟的技術(shù)，用于開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，如肉制品、植物蛋白產(chǎn)品、谷物食品、動(dòng)物飼料、纖維食品等[5]，利用擠壓技術(shù)能夠生產(chǎn)出營(yíng)養(yǎng)全面、食用方便的食品，是我國(guó)食品工業(yè)一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。

從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外食品發(fā)展程度來(lái)看，擠壓技術(shù)能為人們提供色香味俱全、營(yíng)養(yǎng)豐富的食品，因此擠壓技術(shù)在食品加工領(lǐng)域具有很高的地位。擠壓技術(shù)起源于英國(guó)[6]，英國(guó)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究較深，我國(guó)雖然也在這一領(lǐng)域也開(kāi)展了研究工作，但尚缺乏經(jīng)驗(yàn)。因此隨著對(duì)擠壓機(jī)理的深入研究，擠壓技術(shù)將得到更進(jìn)一步的發(fā)展。

1 擠壓技術(shù)在食品行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展

西方國(guó)家對(duì)于擠壓技術(shù)的研究起步很早。在19世紀(jì)70年代末，英國(guó)工匠Gray憑借擠壓原理，設(shè)計(jì)并制造出了世界上第一臺(tái)能夠用于生產(chǎn)橡膠的擠壓機(jī)，促進(jìn)了擠壓機(jī)的發(fā)展[7]。20世紀(jì)40年代，美國(guó)設(shè)計(jì)并制造了第一臺(tái)應(yīng)用于食品工業(yè)的單螺桿擠壓機(jī)[8]，實(shí)現(xiàn)了擠壓技術(shù)在食品加工領(lǐng)域的創(chuàng)新與突破，單螺桿擠壓機(jī)上市就得到了好評(píng)。到20世紀(jì)80年代時(shí)，擠壓技術(shù)已經(jīng)在食品生產(chǎn)中具有重要的地位，從事食品研發(fā)的人員也依據(jù)擠壓技術(shù)，相繼研制和開(kāi)發(fā)了許多不同類型的擠壓膨化食品。1980年底，國(guó)外針對(duì)擠壓技術(shù)在食品中的運(yùn)用，在食品熱處理的國(guó)際協(xié)作計(jì)劃中[9]，第一次明確了擠壓技術(shù)在食品生產(chǎn)過(guò)程中的重要地位。隨后，歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于新型食品擠壓機(jī)的研制步入正軌，許多用于生產(chǎn)新型食品的擠壓機(jī)相繼問(wèn)世。

自熱式PJ1型谷物膨化機(jī)[10]是由北京市食品研究所制造的中國(guó)首臺(tái)擠壓機(jī)，但對(duì)于擠壓機(jī)的研究存在一定的問(wèn)題，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在差距。20世紀(jì)90年代后，隨著對(duì)國(guó)外技術(shù)的引進(jìn)，這一領(lǐng)域某些技術(shù)難題逐漸被攻克。自此我國(guó)的膨化食品企業(yè)如雨后春筍，開(kāi)始了蓬勃的發(fā)展。

21世紀(jì)以來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外科研人員不斷對(duì)擠壓技術(shù)進(jìn)行深入研究，科研人員發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整原料的持水量、改變擠壓機(jī)運(yùn)行的溫度和轉(zhuǎn)速可以使得原料分子發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，以此來(lái)使食品中的功能性物質(zhì)在擠壓過(guò)程中發(fā)生變化，可以提高食品的品質(zhì)，使產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高，口感更豐富，科研人員對(duì)擠壓機(jī)的研究主要在淀粉、谷物、浸油、釀造和植物蛋白5個(gè)方面。

在淀粉應(yīng)用方面，由于擠壓過(guò)程中溫度升高，會(huì)導(dǎo)致淀粉顆粒吸收熱量的能力升高，高熱量會(huì)提高淀粉顆粒中非結(jié)晶區(qū)分子鏈的運(yùn)動(dòng)性，以致淀粉顆粒晶體結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)排列松散，減小了淀粉的結(jié)晶度。擠壓過(guò)程中較高含水量和較高溫度會(huì)造成淀粉顆粒的微晶束發(fā)生熔融現(xiàn)象，直鏈淀粉的不斷溶出，會(huì)加速淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)的伸展，加快形成淀粉無(wú)定型凝膠。Logié等[11]在使用擠壓機(jī)擠壓豌豆淀粉和馬鈴薯淀粉時(shí)發(fā)現(xiàn)，其平均分子質(zhì)量和分子的大小都發(fā)生了相應(yīng)的變化。通過(guò)增加擠壓機(jī)的輸出機(jī)械能，能夠使原料中的大分子鏈加速裂解，進(jìn)而可以減小物料中淀粉的結(jié)晶度，最后增大了直鏈淀粉的比例，改善了淀粉的品質(zhì)。有研究表明[12]，單螺桿擠壓加工可以提高淀粉的消化性，增加物料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。劉云飛[13]發(fā)現(xiàn)擠壓技術(shù)通過(guò)改變大米淀粉各層次結(jié)構(gòu)，可有效改變大米淀粉的糊化和消化的情況，使其適用于不同產(chǎn)品。

在谷物應(yīng)用方面，谷物原料通過(guò)擠壓技術(shù)后，原料纖維素在高溫、高壓狀態(tài)下發(fā)生降解，分子結(jié)構(gòu)變化，呈海綿狀結(jié)構(gòu)，水溶性增加，口感改善。Koa等[14]以高粱和大麥為原料通過(guò)單螺桿擠出機(jī)復(fù)合擠壓，研究發(fā)現(xiàn)控制原料的水分含量，調(diào)整溫度，產(chǎn)品的消化率受到影響較大。Honcu 等[15]研究表明，通過(guò)利用單螺桿擠壓機(jī)對(duì)不同種類的大麥進(jìn)行擠壓，在擠壓后獲得的麥麩中發(fā)現(xiàn)可溶性膳食纖維的含量增加，且通過(guò)單螺桿擠壓之后，小麥的一些理化特性發(fā)生了變化。王丹丹[16]以麥麩、豆渣及麥胚為原料，通過(guò)采用螺桿擠壓技術(shù)，探究上述原料在高纖維食品成型中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)所有采用擠壓技術(shù)進(jìn)行的生產(chǎn)，都會(huì)在一定程度上影響產(chǎn)品的理化性質(zhì)，比如產(chǎn)品的硬度、持水性、水溶蛋白含量等。

在浸油應(yīng)用方面，張佳麗[17]研究發(fā)現(xiàn)采用擠壓技術(shù)加工食用油，可以更好地保留維生素、抗氧化劑等的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，減少化學(xué)添加物，該方法較化學(xué)法生產(chǎn)食用油更加安全健康。徐紅華等[18]發(fā)現(xiàn)擠壓技術(shù)生產(chǎn)食用油時(shí)，擠壓設(shè)備的生產(chǎn)能力、油脂出油率、能耗、溶劑料胚比和食用油的品質(zhì)等方面皆好于溶劑浸油法。

在釀造應(yīng)用方面，孫言[19]在研究白湯醬油釀造時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用擠壓技術(shù)對(duì)醬油原料擠壓，可使原料中的淀粉迅速糊化，降低其中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高原料的利用率，減少發(fā)酵時(shí)間，降低生產(chǎn)成本等。

在植物蛋白應(yīng)用方面，Nisov等[20]以谷朊粉、大米蛋白和豌豆?jié)饪s蛋白為原料，通過(guò)高水分?jǐn)D壓技術(shù)，形成具有纖維結(jié)構(gòu)的植物蛋白，發(fā)現(xiàn)擠壓溫度對(duì)其纖維結(jié)構(gòu)、拉伸強(qiáng)度有較大的影響，提高pH值有利于纖維結(jié)構(gòu)形成。

除了能夠提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，改善理化特性之外，擠壓技術(shù)還越來(lái)越符合人們對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)健康的追求，國(guó)內(nèi)外加大了對(duì)擠壓技術(shù)的研究，更多的科研團(tuán)隊(duì)和企業(yè)對(duì)擠壓技術(shù)更加關(guān)注。并隨著我國(guó)擠壓技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以運(yùn)用擠壓技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品越來(lái)越多，其產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也越來(lái)越高，但是由此引起的技術(shù)問(wèn)題也越來(lái)越多，因此需要對(duì)擠壓技術(shù)進(jìn)行不斷地完善。

2 擠壓方法

1990年以后，隨著擠壓機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，許多新型擠壓技術(shù)和擠壓方法應(yīng)運(yùn)而生，其中具有代表性的技術(shù)有超臨界CO2擠壓[21]、雙階或多級(jí)擠壓[22]以及擠壓-3D打印聯(lián)用[23]等。在進(jìn)行擠壓設(shè)備研發(fā)的過(guò)程中有許多問(wèn)題是無(wú)法避免的，比如高昂的設(shè)備制造成本，以及對(duì)于新型擠壓技術(shù)的研發(fā)投入都使得擠壓技術(shù)、設(shè)備以及方法的應(yīng)用不是很廣泛。在現(xiàn)有的生產(chǎn)過(guò)程中，操作人員一般都是通過(guò)調(diào)整擠壓階段輸入的能量，改變蛋白組分結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的功能性，區(qū)別于現(xiàn)有工藝的新工藝機(jī)理還在研究中。單、雙螺桿擠壓機(jī)性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 單、雙螺桿擠壓機(jī)性能對(duì)比Table 1 Comparison between single-and twin-screw extruders

就目前而言，擠壓技術(shù)改變了傳統(tǒng)的加工方式，其中較為成熟的擠壓技術(shù)是單螺桿擠壓技術(shù)和雙螺桿擠壓技術(shù)[24]。雙螺桿擠壓機(jī)是以單螺桿擠壓機(jī)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)出來(lái)的，由于其良好的加工性能及較強(qiáng)的耐久性深受歡迎，但是單螺桿擠壓機(jī)依靠著應(yīng)用范圍廣泛，操作簡(jiǎn)單，制造成本低，對(duì)原料和設(shè)備的要求不高等優(yōu)點(diǎn)依舊受到食品行業(yè)的認(rèn)可，并且單螺桿擠壓技術(shù)比雙螺桿擠壓技術(shù)更加適合應(yīng)用在廉價(jià)食品或者低水分食品的加工中，比如使用脫脂豆粉生產(chǎn)植物肉時(shí)使用單螺桿擠壓機(jī)可以降低產(chǎn)品成本，并且更易操控[25-26]。

3 單螺桿擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

單螺桿擠壓機(jī)主要包括進(jìn)料裝置、加熱系統(tǒng)、膨化機(jī)主體和傳動(dòng)部分[27]。進(jìn)料裝置由一個(gè)進(jìn)料斗組成，加熱系統(tǒng)由電加熱器及控制線路組成，控制可手動(dòng)和自動(dòng)，并有加熱電流及溫度顯示，機(jī)筒體、螺桿、成型模具組成擠壓膨化機(jī)主體，傳動(dòng)部分由一個(gè)電機(jī)及其控制線路組成[28-29]。物料在擠壓過(guò)程中，螺桿的外徑變大，擠壓機(jī)內(nèi)部空間變小，因此擠壓力增大，摩擦升溫，物料伴隨著模具擠出，瞬間壓力減少，物料急劇膨脹，形成膨松結(jié)構(gòu)，圖1為單螺桿食品擠出機(jī)的示意圖[30]。

圖1 單螺桿食品擠出機(jī)的機(jī)械部分Fig.1 Structure of a single-screw food extruder

4 單螺桿擠壓技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

4.1 在肉制品生產(chǎn)中的應(yīng)用

肉制品中的氨基酸和蛋白質(zhì)含量較高，經(jīng)過(guò)單螺桿擠壓膨化后的肉制品形成纖維結(jié)構(gòu)，具有良好的咀嚼性和持水性，并且提高了肉品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，國(guó)內(nèi)外使用單螺桿擠壓膨化機(jī)生產(chǎn)擠壓膨化肉制品成為新的趨勢(shì)。有研究表明[31]，將牛肉和玉米粉為原料混合，通過(guò)單螺桿擠壓膨化，發(fā)現(xiàn)擠壓溫度對(duì)產(chǎn)品的水分和密度影響較大。Park等[32]在牛肉中添加不同比例的脫脂大豆粉和玉米粉，擠壓制備牛肉膨化食品，結(jié)果表明，擠壓技術(shù)可以大大改善產(chǎn)品的膨化度，產(chǎn)品體積變大，易于人體吸收。李福泉等[33]通過(guò)單螺桿擠壓機(jī)對(duì)重組牛肉進(jìn)行擠壓膨化，發(fā)現(xiàn)擠壓前后氨基酸含量相對(duì)變化不大，而牛肉的脂肪酸含量變化較大。王文賢等[34]用雞肉和淀粉混合，利用單螺桿擠壓機(jī)擠壓，并通過(guò)響應(yīng)面分析法開(kāi)發(fā)了一種膨化度適中，結(jié)構(gòu)良好的休閑食品，為肉制品加工提供了新的方法。劉學(xué)文等[35]以鮮雞肉和淀粉為基礎(chǔ)，通過(guò)單螺桿擠壓膨化，制備了一種營(yíng)養(yǎng)豐富，口感細(xì)膩的新型肉制品。Giri等[36]將大米粉和魚(yú)肉混合后擠壓，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品膨化度、容積密度和進(jìn)料濕度受到擠壓溫度影響較大，受螺桿轉(zhuǎn)速影響較小，并且制備后的產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成分顯著提高。Jaya等[37]發(fā)現(xiàn)進(jìn)料濕度、機(jī)筒溫度對(duì)產(chǎn)品的性質(zhì)有極顯著影響。

目前單螺桿技術(shù)在市場(chǎng)上應(yīng)用主要是碎肉重組，通過(guò)將調(diào)配均勻的食品原料進(jìn)行輸送、相互混合、重新組織以及清除病菌等多個(gè)環(huán)節(jié)，將碎肉擠壓，形成纖維結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)包裝形成新的產(chǎn)品，不僅提高了碎肉的利用價(jià)值，還改善了產(chǎn)品的外觀，口感更好并且利于消化，具有降低生產(chǎn)成本、減少資源浪費(fèi)的優(yōu)點(diǎn)[38]。不過(guò)在擠壓混合時(shí)使用食品添加劑會(huì)降低產(chǎn)品的安全性，并且產(chǎn)品中氧含量會(huì)增加，食品保質(zhì)期縮短。肉類食品食用過(guò)多會(huì)引起高血壓、高血脂、高血糖和肥胖癥。因此，今后健康型肉制品是擠壓機(jī)發(fā)展的重要領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)營(yíng)養(yǎng)、健康、功能性重組碎肉制品成為今后單螺桿擠壓技術(shù)的發(fā)展方向。

4.2 在植物蛋白加工中的應(yīng)用

植物蛋白[39]具有良好平衡的氨基酸組成，具有高蛋白、低飽和脂肪、無(wú)膽固醇等特點(diǎn)。食品行業(yè)正在尋找從外觀，口感和氣味各方面能夠代替動(dòng)物蛋白的肉類替代品，既能夠滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的肉品需求，也給素食主義和減肥人士提供了一個(gè)全新的選擇。在這種背景下植物肉得到了快速發(fā)展，植物肉[40]是以植物蛋白或植物性成分為原料，通過(guò)擠壓技術(shù)，將植物組織蛋白加工成類似肉類的纖維結(jié)構(gòu)，模仿肉制品的口感與特性。植物肉制品具有高蛋白、低脂肪、不含膽固醇等優(yōu)點(diǎn)，可有效規(guī)避食用動(dòng)物肉的潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此可有效防治高血壓、冠心病、糖尿病等慢性疾病的發(fā)生，長(zhǎng)期食用可有效增強(qiáng)體質(zhì)，有益于身體健康[41]。Manski等[42]利用單螺桿擠壓技術(shù)生產(chǎn)植物肉，其生產(chǎn)工藝成型效果好，不焦化，切割不會(huì)黏合，口感好營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高。金鑫[43]在植物蛋白擠壓組織化性質(zhì)，工藝優(yōu)化及應(yīng)用研究中使用單螺桿擠壓技術(shù)，確定了高溫能提高物料的混合程度，較低的喂料速度和螺桿轉(zhuǎn)速能提高物料的組織化度。朱銀月[44]通過(guò)對(duì)豆粕進(jìn)行二次擠壓，并在第二次擠壓時(shí)添加豬血，制備的產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)全面，可食性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)植物蛋白的完美結(jié)合。吉林豆花[45]是運(yùn)用單螺桿擠壓技術(shù)生產(chǎn)的大豆組織化食品。該產(chǎn)品以全脂大豆為原料，經(jīng)過(guò)脫皮，粉碎，拌水，經(jīng)自動(dòng)加料裝置及單螺桿擠壓機(jī)，高溫下擠壓成纖維狀，再經(jīng)成型機(jī)加工成各種形狀，經(jīng)干燥、保霉處理及包裝成產(chǎn)品；制備豆花的大豆經(jīng)擠壓膨化內(nèi)部組織發(fā)生變化，大分子的蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化含物都會(huì)發(fā)生降解，還原糖增加，使制品更有利于人體吸收，用物理手段去除了豆腥味，具有加工簡(jiǎn)單，保存期長(zhǎng)的特點(diǎn)。吉林豆花保留了大豆中的全部營(yíng)養(yǎng)，而且不含膽固醇，是一種利于人體健康的食品[46]。呂斌[47]以豆渣為原料加工素肉，利用單螺桿非膨化擠壓技術(shù)生產(chǎn)的素肉具有類似肉的口感，營(yíng)養(yǎng)成分沒(méi)有流失，產(chǎn)品極易成型。Chiang等[48]研究發(fā)現(xiàn)小麥面筋的比例對(duì)超微結(jié)構(gòu)的影響不顯著。Zhang等[49]研究發(fā)現(xiàn)，目前制備大豆蛋白肉類替代品的主要原料是大豆蛋白和小麥面筋，除了主要蛋白質(zhì)成分外，淀粉、纖維等輔料的添加對(duì)大豆蛋白肉類替代品的纖維結(jié)構(gòu)發(fā)展和營(yíng)養(yǎng)豐富度也有重要影響。

單螺桿擠壓技術(shù)生產(chǎn)的植物蛋白有許多特性，如吸水性、咀嚼性、保油性、纖維狀結(jié)構(gòu)優(yōu)異等。這些特性使組織蛋白具有類似肉類的口感，而且植物蛋白富含多種氨基酸，氨基酸評(píng)分接近動(dòng)物蛋白，不僅可以降低生產(chǎn)成本，同時(shí)生產(chǎn)的產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)全面、價(jià)格便宜，深受生產(chǎn)企業(yè)及消費(fèi)者的青睞，而且順應(yīng)了當(dāng)今食品發(fā)展的兩大趨勢(shì)：高質(zhì)量和低脂肪食品需求的增加、功能性食品和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品的興起。不過(guò)單螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)的植物蛋白制品的口感與傳統(tǒng)肉品仍有差異，傳統(tǒng)肉品具有豐富且致密的纖維結(jié)構(gòu)，口感鮮嫩多汁，植物蛋白產(chǎn)品中風(fēng)味較差，未來(lái)單螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)植物蛋白制品時(shí)，需對(duì)大豆蛋白的異味物質(zhì)及產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行深入研究，找到安全、高效且能將異味物質(zhì)徹底清除的方法，并且開(kāi)發(fā)單一品種所需設(shè)備，滿足大眾對(duì)植物蛋白產(chǎn)品的需要。

4.3 在谷物食品加工中的應(yīng)用

谷物食品中含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)等。谷物食品的加工方式多樣，不同的加工方式對(duì)谷物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值影響不同。鄧潔紅等[50]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)原料水分含量、擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速、擠壓膨化溫度等指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)有很大影響。由于玉米具有較好的膨化性能，因此，單螺桿生產(chǎn)的玉米類膨化食品具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。張飛俊[51]在玉米人參米的研究中，向玉米粉中加入人參粉，釆用單螺桿擠壓技術(shù)生產(chǎn)玉米人參米，生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅耐煮性好，感官評(píng)分高，并且便于貯存運(yùn)輸。劉相陽(yáng)[52]在玉米減肥面包的研究中，利用單螺桿擠出技術(shù)對(duì)玉米粉進(jìn)行有效改性處理，改善玉米的加工性能，提高可食度，使其可部分或全部替代小麥粉應(yīng)用于谷物工程食品的加工，制得的產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)豐富，感官品質(zhì)達(dá)到最佳，對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害且具有減肥等生理功能。王研[53]在高纖維即食玉米片生產(chǎn)新工藝的研究中，利用單螺桿生產(chǎn)的玉米片形狀整齊，薄厚及大小一致，斷面組織結(jié)構(gòu)均勻，風(fēng)味良好，易于咀嚼。王丹洋[54]用黑米、黑豆為原料，并添加其他輔料，運(yùn)用單螺桿擠壓技術(shù)擠壓，得到的擠壓面條具有感官評(píng)價(jià)良好，食用品質(zhì)較好等優(yōu)點(diǎn)。Detchewa等[55]采用快速成型技術(shù)的方法提高了無(wú)谷蛋白米意大利面的烹飪質(zhì)量、理化特性和感官特性，用大米蛋白濃縮物代替米粉，通過(guò)單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行加工，結(jié)果表明，使用單螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)出的面條能降低蒸煮時(shí)間和蒸煮損失，并且感官品質(zhì)更好，能提高面條的烹飪質(zhì)量和理化性能。喬明鋒等[56]在生產(chǎn)速凍青稞魚(yú)面時(shí)發(fā)現(xiàn)，單螺桿擠壓技術(shù)可有效提高速凍青稞魚(yú)面的蒸煮吸水率、彈性、硬度、咀嚼性，優(yōu)化了凍青稞魚(yú)面的品質(zhì)。Butt等[57]研究了單螺桿擠壓淀粉（天然和修飾）的物理化學(xué)和流變行為，擠壓后除明膠化外，水稻淀粉的理化特性和流變特性發(fā)生了顯著變化。

近年來(lái)，單螺桿擠壓技術(shù)以其獨(dú)具特色的加工特性成為生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)谷物食品的有效方法，得到了人們的認(rèn)可，并且生產(chǎn)的谷物食品富含膳食纖維，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，能夠防止脂肪氧化，提高蛋白消化率，可以保持原有食品中的風(fēng)味物質(zhì)[58]。不過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)3個(gè)方面加以重視，一是原料處理時(shí)控制水分含量；二是嚴(yán)格控制機(jī)筒溫度；三是迅速降低擠壓后的膨化食品溫度，讓產(chǎn)品擁有特殊氣味，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)味，改善口感。未來(lái)谷物食品的加工，應(yīng)開(kāi)發(fā)專用谷物的專用設(shè)備，推動(dòng)傳統(tǒng)食品的工業(yè)化生產(chǎn)，充分高效地利用谷物資源，提升糧食加工業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，為豐富人們的食品消費(fèi)需求，改善人體健康，提供更多、更好的產(chǎn)品與服務(wù)。

4.4 在富含膳食纖維食品加工中的應(yīng)用

目前，人們已經(jīng)意識(shí)到膳食纖維對(duì)人體健康的重要性。當(dāng)食用的膳食纖維含量增加后，一些慢性疾病的發(fā)病率明顯下降，并且膳食纖維能夠控制體重、提高免疫力、加速人體有毒物質(zhì)的排出、降低血糖、降低膽固醇、降低血脂、防治高血壓等。目前通過(guò)化學(xué)改性法來(lái)處理纖維樣品，控制pH值、溫度及反應(yīng)時(shí)間等因素，使纖維分子中的不溶性成分轉(zhuǎn)化成可溶性成分。單螺桿擠壓技術(shù)因?yàn)樵跀D壓過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高溫可以使其改性，因此可以用于纖維食品的加工。宋云禹[59]采用單螺桿擠壓對(duì)毛蔥膳食纖維進(jìn)行擠壓改性，發(fā)現(xiàn)可以提高水溶性膳食纖維的提取量，并且使膳食纖維結(jié)構(gòu)變得疏松，大大提高吸附性，并且對(duì)產(chǎn)品物理性質(zhì)和功能特性進(jìn)行評(píng)價(jià)比較，擠壓改性法要比酶解改性法效果更好。周愛(ài)麗[60]在對(duì)綠豆皮膳食纖維工藝優(yōu)化時(shí)發(fā)現(xiàn)綠豆皮粉粒度程度對(duì)膳食纖維含量影響最大，水分添加量對(duì)膳食纖維含量影響較小，擠壓改性使綠豆皮膳食纖維的表面結(jié)構(gòu)和面積發(fā)生了改變，并且保護(hù)了官能團(tuán)，提高了綠豆皮膳食纖維的膨脹力、吸水力以及持水力。戴龍[61]通過(guò)單螺桿擠出技術(shù)對(duì)香菇柄進(jìn)行改性處理，發(fā)現(xiàn)擠出后香菇柄纖維結(jié)構(gòu)疏松多孔、表面積增大，提高了持水力、膨脹力和持油力，并且提高了可溶性膳食纖維的含量，并制備出膳食纖維香菇米。二次擠出香菇柄提高了產(chǎn)品的口感和耐煮性，并且合理的使用資源，提高了經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了副產(chǎn)物可持續(xù)生產(chǎn)。楊哲等[62]研究了單螺桿擠壓技術(shù)對(duì)蘋果渣中膳食纖維的影響，發(fā)現(xiàn)含量與物理結(jié)構(gòu)所受影響較大，生產(chǎn)的產(chǎn)品疏松多孔。王旭[63]以新鮮米糠為原料,使用擠壓膨化技術(shù)提取米糠膳食纖維，提高了米糠膳食纖維提取率，優(yōu)化了膳食纖維改性提取工藝。王紅等[64]使用單螺桿擠壓改性工藝制備高品質(zhì)金針菇膳食纖維，發(fā)現(xiàn)擠壓后的可溶性膳食纖維含量，持水力、持油力、膨脹力、結(jié)合水力均有明顯提升，擠壓后的膽固醇吸附能力、結(jié)合甘氨膽酸鈉和牛磺膽酸鈉能力相對(duì)較好，并且改善了產(chǎn)品的理化特性。

以單螺桿為主的擠壓改性技術(shù)已經(jīng)成為食品加工中的重要的方法。擠壓技術(shù)并不能引發(fā)膳食纖維高聚物的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)深層降解或破壞，但在機(jī)筒內(nèi)較強(qiáng)作用力下，部分不半纖維素會(huì)出現(xiàn)熔融現(xiàn)象，轉(zhuǎn)變成水溶性聚合物成分，所以要嚴(yán)格控制設(shè)備和反應(yīng)條件[65]。不過(guò)，在擠壓過(guò)程中，高溫、高壓和強(qiáng)剪切作用可以引起膳食纖維微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的改善和不溶性膳食纖維的降解，其內(nèi)部分子之間的化學(xué)鍵裂解，能夠使水溶性物質(zhì)增多，連接的結(jié)構(gòu)表面積增大，并最終導(dǎo)致膳食纖維溶解性、持水力和膨脹性得以顯著提高，同時(shí)又改善了物料的色澤和風(fēng)味，起到了高溫短時(shí)殺菌的作用，改善了口感，可以更好發(fā)揮膳食纖維的生理功能[66]。充分利用該技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，符合國(guó)家倡導(dǎo)的資源節(jié)約型及環(huán)境友好型生產(chǎn)模式。

5 單螺桿擠壓技術(shù)的發(fā)展瓶頸及發(fā)展趨勢(shì)

長(zhǎng)期以來(lái)，單螺桿擠出機(jī)發(fā)展的主要方向是高質(zhì)、高產(chǎn)、快速。從技術(shù)角度看，單螺桿擠出高速化會(huì)使物料溫度急劇升高，造成擠出溫度控制困難、擠出產(chǎn)品大小不均勻等一系列難題。并且單螺桿擠壓機(jī)擠壓膨化過(guò)程中混合均質(zhì)效果差，混合性能得不到改善，這為單螺桿擠出機(jī)的發(fā)展帶來(lái)了不可忽視的障礙。從發(fā)展角度看，我國(guó)單螺桿擠出機(jī)開(kāi)發(fā)及研究工作起步較晚，并且行業(yè)中普遍存在雙螺桿擠壓機(jī)全方面優(yōu)于單螺桿擠壓機(jī)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，因此應(yīng)該按照擠壓產(chǎn)品的價(jià)格、性能來(lái)選擇擠壓機(jī)。

近年來(lái)隨著科技快速發(fā)展和人民生活水平的提高，單螺桿擠壓技術(shù)成為我國(guó)食品擠壓加工領(lǐng)域的主導(dǎo)發(fā)展方向，并且由于現(xiàn)代社會(huì)對(duì)新型加工技術(shù)的高度重視，單螺桿擠壓技術(shù)在我國(guó)將占有長(zhǎng)時(shí)間的市場(chǎng)，并在食品加工中具有很高的應(yīng)用前景，未來(lái)可以在以下兩個(gè)方面對(duì)單螺桿擠壓機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。

1）在節(jié)能和穩(wěn)定上加大研究力度，改進(jìn)結(jié)構(gòu)參數(shù)，來(lái)彌補(bǔ)蛋白產(chǎn)品以前采用渦旋、活塞造成的堵塞，提高生產(chǎn)能力和適應(yīng)范圍，加強(qiáng)對(duì)單螺桿擠壓機(jī)理的深入研究，提高擠壓過(guò)程的自動(dòng)控制能力，提高生產(chǎn)效率。

2）可以開(kāi)發(fā)專用產(chǎn)品的專用設(shè)備，調(diào)整螺桿長(zhǎng)度，改變機(jī)筒材料，完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，升級(jí)擠壓機(jī)使其較少依賴所使用的原材料性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)擠壓過(guò)程中機(jī)筒內(nèi)部可視化，可清楚看見(jiàn)物料擠壓時(shí)的狀態(tài)，向市場(chǎng)展現(xiàn)單螺桿擠壓技術(shù)的巨大潛力。