挤压技术在淀粉及淀粉基食品中的应用_高嫚.pdf

高嫚，贾健辉，张楚佳，等.挤压技术在淀粉及淀粉基食品中的应用 J.食品工业科技，2023，44（14）：474481.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100084GAO Man,JIA Jianhui,ZHANG Chujia,et al.Application of Extrusion Technology in Starch and Starch-based FoodJ.Science andTechnology of Food Industry,2023,44(14):474481.(in Chinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100084 专题综述 挤压技术在淀粉及淀粉基食品中的应用挤压技术在淀粉及淀粉基食品中的应用高嫚1，贾健辉1,2，张楚佳1，张智1,3，刘颖1，窦博鑫1,*，张娜1,*（1.哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨 150028；2.牡丹江师范学院生命科学与技术学院，黑龙江牡丹江 157011；3.北大荒米业集团有限公司，黑龙江哈尔滨 150090）摘要：食品挤压在过去几十年中不断发展，现已成为一个独特的研究领域。淀粉是许多食物中的重要组成成分，也是人类饮食中能量的主要来源。在食品工业中，淀粉通常通过各种热处理操作进行加工，然后才能转化为适合人类消费的产品。挤压是淀粉类食品加工中常用的一种传统热处理方法。在挤压过程中，淀粉经历结构转变。近几年的研究表明了解挤压过程中淀粉的结构、性质变化对于淀粉类食品在实际生产中品质的调控与改进具有至关重要的作用。为了解挤压过程中淀粉结构、性质变化，本文从挤压对淀粉结构影响、挤压对淀粉性质影响、挤压技术在淀粉及淀粉基食品中应用三个方面进行综述，以期为挤压影响淀粉结构特性的作用机理和淀粉类食品的深度加工提供参考和建议。关键词：挤压技术，淀粉结构，淀粉性质，食品，应用本文网刊:中图分类号：TS210.1 文献标识码：A 文章编号：10020306（2023）14047408DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022100084ApplicationofExtrusionTechnologyinStarchandStarch-basedFoodGAOMan1，JIAJianhui1,2，ZHANGChujia1，ZHANGZhi1,3，LIUYing1，DOUBoxin1,*，ZHANGNa1,*（1.College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150028,China；2.College of Life Science and Technology,Mudanjiang Normal University,Mudanjiang 157011,China；3.Beidahuang Rice Industry Group Co.,Ltd.,Harbin 150090,China）Abstract：Food extrusion has been developing in the past decades and has become a unique research field.Starch is animportant component of many foods and the main source of energy in human diet.In the food industry,starch is usuallyprocessed through various heat treatment operations before it can be transformed into products suitable for humanconsumption.Extrusion is a traditional heat treatment method commonly used in starch food processing.During extrusion,starch undergoes structural transformation.In recent years,studies have shown that understanding the changes in thestructure and properties of starch during extrusion plays a crucial role in regulating and improving the quality of starch foodin actual production.In order to understand the changes of starch structure and properties in the extrusion process,thispaper summarizes the impact of extrusion on starch structure,the impact of extrusion on starch properties,and theapplication of extrusion technology in starch and starch-based foods,with a view to providing reference and suggestions forthe mechanism of extrusion affecting starch structure and properties and the further processing of starch based foods.Keywords：extrusion technology；starch structure；starch properties；food；application 挤压技术是一种集混合、加热、杀菌和成型于一体的食品加工技术1。与其他食品加工技术相比，挤压技术具有营养成分损失少、生产时间短、微生物污染机会少、产品多样、原料适应性强、耗能低、操作 收稿日期：20221011 基金项目：黑龙江省“百千万”工程科技重大专项（2021ZX12B07）；国家自然科学基金面上项目（32072258）；国家重点研发计划（2021YFD2100902-3）；中央财政支持地方高校发展专项资金优秀青年人才支持计划项目。作者简介：高嫚（1999），女，硕士研究生，研究方向：谷物加工，E-mail：。*通信作者：窦博鑫（1987），女，博士，讲师，研究方向：食品生物催化，E-mail：。张娜（1979），女，博士，教授，研究方向：食品蛋白与食品安全，E-mail：。第 44 卷 第 14 期食品工业科技Vol.44 No.142023 年 7 月Science and Technology of Food IndustryJul.2023 简单、生产效率高等诸多优点，具有良好的利用价值2。挤压在谷物加工领域应用广泛，淀粉作为谷物中最主要的成分，挤压对淀粉颗粒结构、结晶结构、精细结构的影响不仅决定了淀粉在原料生产中的用途，也决定了淀粉基食品的食用品质3。近年来对淀粉需求的增加使食品中淀粉的消费持续提高。挤压作为一种常见的食品加工方式，已在谷类、薯类、豆类等淀粉原料的改性以及淀粉基食品加工中得到广泛应用。挤压是一个连续的高温高压短时的机械过程4，挤压过程中的高温高压高剪切力会对淀粉的结构、性质产生一定的影响5。在过去的几十年里，许多研究人员致力于研究挤压加工过程中淀粉结构性质的变化68。然而，由于挤压机是一个复杂的系统，挤压过程中淀粉的理化性质和结构特征的确切变化尚未解开9。了解淀粉在挤压过程中结构和性质的变化，有利于淀粉类食品在实际生产中品质的调控与改进。因此，本文主要综述了淀粉在挤压前后其结构和性质的变化情况，以及挤压技术在淀粉及淀粉基食品中的应用，以期为未来食品工业发展过程中挤压技术的应用与发展提供参考。1挤压技术 1.1挤压技术原理挤压作为一种连续混合和成型工艺，是一种通用、低成本、高温短时和非常高效的食品加工技术10。挤压机通常由料斗、机筒、螺杆、模具、切割装置、温度控制装置、端口、测量仪器和驱动器组成11（见图 1）。挤压过程可以概括如下：物料从料斗进入料筒，然后在高温高压下进行压缩和剪切，最终由桶末端的模孔成型。通过调整进料水分、料筒温度、螺杆转速、压力、螺杆直径等挤压参数，可以实现所需的产品特性。挤压技术的优势包括速度快、生产率高、通用性强和能耗低，它还可以混合多种成分，这有助于新产品的开发。1.2挤压机分类挤压机是一种基于螺杆系统的连续加工生产设备，一般可分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤压机，具体取决于所使用的螺杆数量12。多螺杆挤压机制造加工比较复杂，而且对传动系统的要求比较高，因此在食品工业中很少使用。单螺杆挤压机在金属机筒中只有一个螺杆，并且通常在内表面上具有螺旋或轴向凹槽，整个挤出机包括三个部分：进料段、过渡段和计量段13。物料在进料段没有改变，但在过渡段被压缩和加热，当输送到模具时，压力突然释放，产品中的一些水分迅速蒸发，导致产品膨胀。单螺杆挤压机的结构参数比较简单，但成品的控制及其特性则比较复杂。双螺杆挤压机通常由两个沿相同方向或相反方向旋转的螺杆组成。与单螺杆挤压机相比，双螺杆挤压机具有以下优点：易于进料；混合效果好；效率高，停留时间短14。与双螺杆挤压机相比，单螺杆挤压机的能耗高出约 30%，双螺杆挤压机为混合物提供了良好的混合性能15。2挤压对淀粉结构的影响 2.1淀粉颗粒结构的变化扫描电镜（SEM）是观察淀粉微观结构的重要仪器。不同植物来源的淀粉颗粒的粒径在 1100 m之间，淀粉颗粒可以是球形、椭圆形、多边形结构。在挤压过程中，高温、高压和高剪切加工彻底破坏了淀粉颗粒结构，几乎所有的颗粒都会失去完整性16。挤压过程中淀粉颗粒形态的变化示意图如图 2 所示。玉米淀粉颗粒呈多边形，边缘相对光滑，挤压后淀粉结构完全被破坏，颗粒严重受损，表面失去其光滑性，出现不规则碎片和裂缝17。王立东等18研究发现，鹰嘴豆淀粉颗粒在挤压前表面光滑，主要呈椭圆形，挤压后颗粒表面变得粗糙，大部分呈不规则多边形。淀粉经挤压后其颗粒结构的破损程度与挤压工艺参数相关。Ali 等19研究了水分含量对马铃薯淀粉颗粒形貌的影响，结果表明，随着水分含量的增加，淀粉破损程度降低。在较高的水分条件下，淀粉颗粒与挤压机内部摩擦降低，从而减少了淀粉颗粒的破损。随着挤压温度的升高，马铃薯淀粉表面的裂纹数量明显增加，表面变得不均匀有褶皱产生20。Zhang等21在挤压高直链淀粉时也观察到了类似的效果。总的来说，挤压过程中的温度、机械剪切作用会使不同来源和品种的淀粉颗粒结构发生变化，其变化程度因淀粉的特性以及挤压参数的不同呈现出不同特点。Feed hooperHeatersBarrelDieDriveCo-rotating Counter-rotatingSingle-screwTwin-screw(b)(c)(a)图 1 挤压机基本结构11Fig.1 Basic structure of extruder11 第 44 卷 第 14 期高嫚，等：挤压技术在淀粉及淀粉基食品中的应用 475 2.2淀粉结晶结构的变化X 射线衍射（XRD）仪可用于研究淀粉颗粒的结晶结构。淀粉常见的晶型有 A 型、B 型、C 型（A 和B 的组合）和 V 型（直链淀粉-脂质复合物）。不同来源的淀粉有不同的晶体结构。大米淀粉呈 A 型晶型，经过挤压处理，淀粉发生糊化，其晶体结构被完全破坏，形成了新的结构22。马铃薯淀粉呈 B 型晶型，挤压会破坏马铃薯淀粉的结晶区和无定形区，导致B 型晶型结构发生变化，相对结晶度消