98-99-190.pdf

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1、挤压饲料、食品的物理-化学变化1 PHYSICO-CHEMICAL CHANGES OF EXTRUDED FEED/FOOD PRODUCTS 谢富弘 博士，美国密苏里大学 前 言 挤压(Extrusion)是一种集混合、揉合、剪切、加热、冷却和成形等多种作业在一起的加工过程。这种加工工艺将一种材料放在多种受控条件下压制成半固体，再使之以预定的速率通过一个受限制的出口， 譬如一定形状的圆孔或长孔(Dziezak, 1989)。各种原材料，如面粉、淀粉、盐、糖及其他一些小量配料，经过挤压工艺的混合、揉合、冷却而变成像塑料一样的塑体(dough mass)。挤压工艺中的加热可以通入蒸汽直接加热，

2、也可以通过加热机镗间接加热，还可以通过机械能转化成热能。物料在熟化挤压机里面最后加工温度可达 200，而滞留时间却相当短，仅1060 秒(Schuler, 1986)。因此挤压熟化也叫做 HTST (high temperature, short time，意思是高温短时)加工。 挤压熟化以其高温、 高压、 高剪切以及低或中含水量的特点而区别于其他可选用的加工工艺。这种工艺为改变饲料、食品的物理-化学和营养特性提供了条件。这些改变是在挤压机机镗里面当物料排出压模之前发生的。 挤压机机镗和压模里的物理-化学变化 挤压机通常分为三个区段：喂料区、揉合区、最终熟化区或计量区(图 1)。喂料区的螺杆槽

3、较深，接纳已经预调制或未经预调制的喂入料，通常是可以自由散落的物料，或粉状或粒状。喂入的材料在喂料区混合，并在螺片之间受到轻微压缩而成比较匀质的状态。此处可以注入水或蒸汽，这有助于形成均匀塑体，还可改善机镗内部的热传递。 揉合区的螺杆槽深度减小。 此处对物料进行压缩和轻微剪切， 并施加来自机镗的热能。在这区段内，物料是一种粘的无定形物体(塑体)，温度 100或更高。挤 1 首次发表于 1999 年 6 月 190 压物完全填满螺杆槽的这个点叫做阻塞点(choke point)，这个点往前的机镗被物料填满或阻塞。阻塞点的位置就是塑体物料进入最终熟化区的这个点。 图 1 单螺杆熟化挤压机的三个加工

4、区段 最终熟化区的槽沟最浅。此处起压缩作用，并将塑体物料推向压模。这个区段的剪切力最强，物料温度迅速上升，在制品出模之前保持此高温通常不到 5 秒。压模决定成品的形状，并影响挤压机的反压力。 一些研究人员用毛细管或狭缝模粘度计(图 3)装在挤压机上查明，挤压物像是一种粘性流体，其压力沿压模的进口到出口直线下降(图 2)(Harper 等人，1971；Senouci and Smith, 1988; Kokini 等人， 1992； Padmanabhan and Bhattacharya, 1993; Li等人，1996)。挤压机里这种由谷物粉料和油料蛋白作原材料形成的粘弹性物体，其粘度属非牛

5、顿流体(non-Newtonian)，可以用下列动力规律表达式描述(Harper, 1981)： app=mn-1 其中，app是表观粘度(aparent viscosity)， 是剪切率(shear rate) m 是稠度系数(consistency coefficient) n 是流动状况指数(flow behavior index) 表 1 列出一些文献报道的玉米粉、玉米米查、玉米淀粉及脱脂大豆蛋白粉的 m和 n 值。n 值总是小于 1，这表明该粘弹性物体是假塑性体或者是会在剪切力作用下变稀的，就是说，其表观粘度会在较高剪切率(当螺杆转速较高时出现)时下降，致使机械能向热能的转化减弱。

6、191 图 2 玉米粗粉在离狭缝压模不同距离的压力分布 图 3 狭缝和毛细管流体测压计示意图 192 表 1 玉米粉、玉米粗粉、玉米淀粉和脱脂大豆蛋白粉的流变学特性比较 材 料 水 分 (%) 温 度 () n m (Pa.sn) 参考文献 预糊化玉米粉面团 22-30(dba) 90-1500.36Cervone and Harper (1978) 玉米米查 13(db) 177-207 0.45-0.55 7600-28000 Bruin et al(1978) 玉米米查 15.3-18.7(db) 153-1580.12-0.3911500-41700Fletcher et al(198

7、5) 玉米淀粉 26-49(db) 110-1700.27-0.562300-40300Vergnes and Villemaire (1987) 玉米粗粉 25-35(db) 160-1800.30-0.443680-17800Padmanabhan and Bhattacharya(1993) 玉米粗粉 31.5(wbb) 100-140 0.54-0.85 256.6-3259 Senouci and Smith(1988) 玉米粗粉 17.3-19.6(wb) 107-177 0.432 Lo and Moreira (1994) 玉米淀粉及添加剂 15-30(wb) 110-1800

8、.39-0.4814100-50100Willett et al., (1994) 玉米粗粉 20(wb) 121.1 0.19-0.37 16800-77929 Li et al.(1996) 脱脂大豆蛋白粉 27(wb) 120 0.14-0.30 34800-69270 Bouvier et al.(1987) a 干基 b 湿基 193 该塑体在最终熟化区遭受强剪切和高温，物料中的淀粉熟化(糊化)，蛋白质变性。后面还要进一步讨论淀粉糊化和蛋白质变性问题。由于技术性困难，对挤压机机镗内的淀粉糊化和蛋白质变性几乎没有什么研究。Lin 等人(1997)用一个可以横向打开机镗的双螺杆挤压机进行

9、研究，结果表明，淀粉糊化程度确实是离压模距离长短的函数(即随该距离而变)(图 4)。 图 4 在挤压机压模不同距离的淀粉糊化程度 挤压物的膨胀 挤压机内形成的粘弹性物体最重要的特性就是能在压模处膨胀， 使产品的密度改变，从而显著影响其外观、质地(如易碎性、硬度)、适口性、颗粒稳定性、水稳定性和漂浮性(对水产品饲料而言)等等。普遍认为，挤压物膨胀的主要原因是压模膨胀(die swell) (Ofoli 等人， 1993)和水的骤蒸发(Fan 等人， 1994)。 Faller 等人(1995)提出一个模型，将挤压物辐状膨胀(radial expansion)分为压模膨胀和体积膨胀(volumet

10、ric expansion)。他们的研究表明，压模膨胀出于粘弹性效应(viscoelastic effects)， 其值等于总体辐状膨胀与总体纵向膨胀(overall longitudinal expansion)比值的立方根(图 5)。出于水分蒸发的膨胀比出于压模膨胀这部分大得多。 194 图 5 由粘性和水分蒸发造成的挤压物再成形和体积膨胀 图 6 挤压物膨胀示意图 195 对于水分“瞬间蒸发”(“flash-off)导致的膨胀来说，至关重要的是粘弹性物体在正出模时温度要超过 100。如果粘弹体冷却到 100以下就不会有显著的密度改变，也不会形成多孔纤维状结构。温度超过 100，粘弹体中的

11、水蒸气成为种核气泡(图 6)。到膨胀阶段，气泡长大使挤压物达到最大体积并且成形。气泡长大取决于温度、水分和流动状况指数(n)(图 7)。注入 CO或添加碳酸氢钠之类的产气化合物， 也能增强挤压物的膨胀(Singh and Rizvi, 1998; Parsons等人， 1996)。 Hoseney等人(1992)报道，含碳酸氢盐的粘弹性熔化物在沿轴方向的膨胀大于辐状膨胀。一种可能的解释是当熔化物还在压模里面时开始膨胀，受压模的局限，熔化物只能顺轴向膨胀。 图 7 挤压湿度、水分和物料流动指标对气孔生长的影响 196 挤压物膨胀时， 其表面温度下降是由于水分蒸发， 在较小程度上也是由于周围冷空气

12、的影响所致。这样的冷却抵制挤压物膨胀，甚至使它收缩。Fan 等人(1994)认为，一个膨胀的气泡发生收缩是由于气泡(气孔，pores)里的水蒸气冷凝而造成一个负压差所致。挤压物冷却还容易使其多孔结构硬化固定。由于挤压物的温度分布不均匀(表面较冷)，靠近表面的气泡(气孔)通常扁而长，内部的气孔成多边形，靠近表面的气孔孔壁也更厚(图 8)。 图 8 挤压物内部和表层结构的扫描电子显微镜照片 挤压物膨胀的程度通常用挤压物直径(如果不是圆形，可用横截面)与压模相应值之比来表示。但是横向(或径向)和纵向膨胀都应考虑进去(Launay and Lisch, 1983)。纵向膨胀和横向膨胀都可以用直接的物理

13、方法测量。挤压物的对径或厚度可以用一个游尺卡钳测量 1020 次求平均值。纵向膨胀用 1g 挤压物的平均长度表示。 体积膨胀通常以表观容重(apparent bulk density)或比容(specific volume)表示。测定表观容重是将挤压物装进一定容积的容器中称重。比容可用砂粒或莱籽置换法求得。 影响挤压物膨胀的因素 Launay and Lisch (1983)将纵向膨胀归因于熔化物的粘度特性，而辐状膨胀归因于熔化物的弹性。Alvarez-Martinez 等人(1988)发现辐状膨胀与纵向膨胀成反相关，从而得出结论认为辐状膨胀是靠减少纵向膨胀而发生的。Alvarez-Marti

14、nez 等 197 人(1988)的研究结果与 Launay and Lisch (1983)一致，也发现熔化物的粘度低有助于纵向膨胀。 Kokini 等人(1992)根据膨胀驱力与膨胀阻力之比分析了挤压物的比容关系，从这方面研究挤压物总体容积膨胀。从挤压机内局部蒸汽压与大气压之差(Ps) 除以流体粘度计算出膨胀驱力与阻力之比(Ps/)。他们研究了 AmiocaTM(蜡质玉米淀粉)和 Hylon 7TM(含 70%直链淀粉的玉米淀粉)的挤压物，发现当含水量较低时(20%或更低)，其比容与(Ps /)之间的相关性很好(图 9)。 图 9 压模几何图形和挤压物粘性对挤压物膨胀的影响 膨胀程度可能与

15、淀粉含量相关。Horn (1977)报道，纯淀粉的最大膨胀比是500%，再下来是全谷物粉(400%)、各种宠物饲料混合物(200%300%)、油料(150%200%)。这些材料的淀粉含量分别是 100%、65%78%、40%50%、010%。提高原材料的淀粉破损(starch damage)程度可令制品气孔缩小，质地变软，溶解度加大，口感发粘(Launay and Lisch, 1983)。 挤压机喂入料的粒度对挤压很重要，小的颗粒容易熔化。有报道说，大于0.55mm 的小麦粉颗粒使得挤压时不完全熔化的颗粒增多。 但是， Garber 等人(1997) 198 发现玉米米查从粒度 50m 增至

16、 988m 的膨胀比没有差别(表 2)。 表 2 玉米米查颗粒大小对膨胀特性的影响 颗粒大小 （m） 膨胀比 比长 (mm/g) 比容 (mL/g) (表观)容重 (g/L) 50.2 4.69a 98.54a 9.68a,b 47.92d 94.2 4.51a,b 100.23a 11.39a 50.01d 593.0 4.45b 89.55b 7.94b 61.74b 988.3 4.47a,b 92.70b 8.97b 56.88c 1,622.1 3.99c 65.67c 4.61c 111.74a 注： 同一行标注同样字母的数据差异不显著（P0.05） 以淀粉为主要成分的挤压制品，

17、其直链淀粉与支链淀粉之比是决定其膨胀特性的重要因素(表 3，图 10)。大多数天然淀粉含直链淀粉 20%30%。图 11 还表明，含水量和温度也影响膨胀比。 图 10 直链淀粉含量对膨胀比的影响 199 表 3 直链淀粉含量对膨胀比的影响 混合料中各种天然淀粉比率(%)a.b 混合淀粉的直链淀粉含量(%，干基) 混 合 类 型 0 25 50 70 膨胀比c10 I 85.7 14.3 5.6 II 79.3 10.0 10.7 6.2 III 82.9 10.0 7.1 7.3 IV 76.4 10.0 10.0 3.6 9.0 25 I 64.0 36.0 8.6 II 58.0 10.0

18、 32.0 8.8 III 61.0 10.0 29.0 9.5 IV 55.0 10.0 10.0 25.0 9.7 50 I 29.0 71.0 9.9 II 22.0 10.0 68.0 10.4 III 26.0 10.0 64.0 10.0 IV 19.0 10.0 10.0 61.0 11.8 65 I 7.1 92.9 6.5 II 0.7 10.0 89.3 7.9 III 4.9 10.0 85.1 9.1 IV 2.5 5.0 5.0 87.5 6.9 a 各种淀粉在混合淀粉样品中的百分率（干基） 。 b 各种天然淀粉的直链淀粉含量（干基）如栏首所示。 c 混合淀粉的膨胀比

19、测于最佳挤压条件：机镗温度 140，水分 14%。 200 图 11 直链淀粉含量、挤压温度和水分对膨胀比的影响 麸皮颗粒易使处于一个临界厚度的气泡孔壁破裂而降低膨胀程度(Lue 等人，1991)。增加脂肪含量(在 5%以下)可增强挤压膨胀，超过此限则膨胀急剧减弱(de la Gu rivi re，1976)。加糖(1%15%)削弱膨胀(Fan 等人，1996)，加盐(0-3%)只轻微削弱膨胀或没有影响(Hsieh 等人，1993；Jin 等人，1994)。添加面筋使膨胀比下降 201 (Faubion and Hoseney, 1982)。 熔化体在紧邻压模后面即将膨胀之前这时刻， 它的温度

20、是个重要因素， 前面提到，挤压物在温度大约 100时才开始膨胀。膨胀还随含水量降低和螺杆转速加大而增强。在低挤压温度下，由于淀粉不能充分熔化，辐状和纵向膨胀都减弱。在大约 170之前提高温度可增强膨胀，再往上提高温度则膨胀减弱，有人认为这是由于糊精化和结构弱化的缘故。 增加含水量通常使膨胀急剧减弱(Faubion and Hoseney, 1982)。 增加含水量还减弱纵向膨胀，使气孔加大，孔壁加厚。加大压模尺寸会减弱膨胀，提高容重，其原因可能是压模的正常受力减弱，剪切率和温度下降也导致粘度加大。 挤压物的物理-化学特性 糊化和碎化 人的食品和动物饲料是多种材料的复杂混合物， 其中有大量淀粉。

21、 淀粉糊化是粮食类型食品/饲料在挤压中最重要的变化之一。 天然状态的淀粉以颗粒状态存在，因淀粉来源不同而形状和大小各异，形状有圆形、 椭圆、 不规则形， 大小在 1100微米之间。随着挤压时加水加热，淀粉粒膨大，其中的直链淀粉开始逸散出来。最后，主要含支链淀粉的淀粉粒瓦解，变成以直链淀粉为间质的胶性凝胶体。不同来源类型各异的淀粉，其糊化的温度范围也不同。已建立了多种方法用来测定挤压后的淀粉糊化程度。常用的方法有：1)在偏光显微镜下双折射(结晶度)消失(Maltese 十字消失)，2)x-光衍射图型变化(图 12)，3)利用差示扫描热量计(DSC)，4)测酶敏感性，等等。 很长时间里大家都认为，

22、 粮食淀粉糊化和粮食充分熟化所要求的水分至少约为40%。Erwin(1966)在一项牛日粮的加压蒸煮谷类的研究中发现，以谷类为原料的材料在水分少于 20%时也能完全熟化。在挤压机引入食品和饲料工业之后，在水分很低(约 10%12%)的情况下进行加工变成了现实。不过，水分仍然是淀粉糊化的一个重要因子。 一般地说，挤压过程中少加水、提高制品温度、投入更多的机械能，都会增进熟化或糊化程度。另一方面，添加脂肪或单甘酯会显著抑制糊化(Lin 等人，1997)。 202 图 12 挤压温度对玉米淀粉 X 光衍射图谱的影响 除糊化之外，有人报道，小麦的淀粉组分(Davidson 等人，1984)和玉米的淀粉

23、组分(Chinnaswamy and Hanna, 1990)在挤压熟化当中发生一定程度的碎化(fragmentation)。他们用凝胶渗透层析观察到，挤压后高分子量物质减少而低分子量多糖相应增加。Wen 等人(1992)和 Politz 等人(1994)也证实，当降低挤压水分和温度而提高螺杆转速时，玉米粗粉中的高分子量多糖减少(图 13)。 溶解度 用含淀粉的原材料挤压加工的制品，当放入多量水中时，其表现的主要功能特性就是吸水性和水溶解度。天然淀粉在室温下不吸水，而挤压加工过的淀粉在室温下可迅速吸水成糊。把干的挤压物放在水中化散，再离心，沥出上清液，每克干挤压物所得的凝胶重量即为水吸收指数(

24、water absorption index，缩写 WAI)。 203 WAI 与冷糊粘度相关性很好，因为只有破损淀粉粒才能在室温下吸水膨胀而使粘度升高。还有一个指标是水溶解指数(water solubility index，缩写 WSI)，是 WAI测定所得上清液蒸发掉水分之后的干物百分率。WSI 与可溶性分子的数量相关，后者又与糊精化相关。淀粉的水溶解度随膨胀而增大。挤压过的淀粉，其发粘的程度与溶解度的增加相关。表 4 列举一些挤压过的淀粉制品的 WAI 和 WSI 值。图14 表明含水量 18.2%玉米米查的挤压温度对 WAI 和 WSI 的影响。 图 13 挤压水分、温度和螺杆转速对淀

25、粉分子大小分布的影响 WAI通常范围是每g干挤压淀粉310g水， 低于滚筒干燥的预糊化淀粉(1020g)。WAI 受含水量、温度状况、喂料粒度、喂料速度和螺杆设计等因素影响。如图 14 所示，WAI 随挤压温度上升而加大，达到最大值 180200。在更高的温 204 度下 WAI 因淀粉急剧分解而下降。但是，在挤压机里 WAI 随着热处理加剧而逐渐增大(图 14)。对玉米米查、玉米淀粉和小麦淀粉等材料，WAI 随含水量降低而增大。加大螺杆转速降低含水量使 WSI 增大，而使 WAI 降低。 图 14 挤压温度对玉米米查WAI 和 WSI 的影响 WAI 和 WSI 的变化可以根据淀粉-水的相互

26、作用来解释，这种相互作用支配被加工淀粉的结构。一个低的 WAI 值反映水进入被挤压淀粉受到限制，表示结构密实；而溶解度可能与淀粉成分的低分子量有关，低分子量淀粉成分容易从间质中分离而溶解于水。 205 206 表 4 挤压过的淀粉类产品的水吸收指数（WAI，g/g 干物）和水溶解指数（WSI，%干物） 操作条件 材料 WAI WSI挤压机a 温度（） 水分（%） 参考文献 大麦 2-48 7-55CBC45100-20010-26Olkku and Hagqvist(1983) 玉米：基因型 淀粉：普通 4.9-8.3 13-35 CBC45 70-225 22 Mercier and Fei

27、llet(1975) 4.8-7.68.61-60.9 WX-2590-13014-32 Gomez and Aquilera(1984) 淀粉：蜡质 0.8-3.8 34-94 CBC45 70-225 22 Mercier and Feillet(1975) 淀粉：Amylon V 3.3-4.37-29CBC4570-22522淀粉：Amylon VII 3.2-5.54-8CBC4570-22522玉米米查 2.7-8.110-50KK-100107-23210-35 Anderson et al(1970) 3-69.7-28.1 CBC4560-25010.5-28.5 Merci

28、er and Feillet(1975) 2-35BMPF50 106-152 23-82Brenner et al (1986) 粗粉 4.1-6.42.2-29.4KK-100110-24325 Conway et al (1968) 豌豆淀粉 44.9CBC4570-22522Mercier(1986)马铃薯淀粉 0.5-9527-80CBC4575-21023Mercier(1977)稻米淀粉 5.1-8.3 9-27 CBC45 70-225 22 Mercier and Feillet(1975) 高粱米查 3-85-40KK-10016015-25Anderson et al(1

29、969b) 木薯 纯淀粉 82.0-86.4 CBC45 125-200 22 Colonna and Mercier(1983) 带非络合脂类 90.0-90.4 70-22522带络合脂类 27.4-27.6 70-22522小麦 淀粉 4.6-7.7 17-28 CBC45 70-225 22 Mercier and Feillet(1975) 56.3-81.6 CBC45 90-180 20-45 Colonna et al (1984a) 8-116-22B2002120-163 20-27 Paton and Spratt(1984) 8.6-10.3 10-34BCW2003

30、121-177 20-25 Davison et al (1984a) 35.2 CBC72 155 19.5 Schweizer and Reiman(1986) 10-75WPC-37 80-160Meuser et al (1987) +1%亚油酸 7.2 CBC72 155 19.5 Schweizer and Reiman(1986) +2%豆油 10.9 CBC72 155 19.5 Schweizer and Reiman(1986) 面粉 15.5-46.4 CBC4512520-35Kim(1984)7.2-24.1CBC72150-16021-23Schweizer et

31、al (1986) aC=Clextral, W=Wenger, K=Killion, B=Baker Perkins , WP=Werner&Pfleiderer.稠化特性 以淀粉为主的挤压制品，其成糊状况通常用稠度和粘度测定表示。看稠度大小可以测定其水合浆料的扩展程度(Ring 测定法)， 也可测定在一个平板上的流动长度(Bostwich 稠度计)。有的研究结果用布拉班德粉糊粘度仪 (Brabender Viscoamylograph)的稠度对温度曲线来表示。 粘度计 (Viscometer)采用 Rotovisko 同轴系统，带有温度程序装置，或者在转筒处带一个翼形搅拌器。图 15 是用

32、布拉班德粉糊粘度仪测定挤压水分和温度对挤压过的小麦淀粉在多量水中加热情况的影响。 图 15 挤压温度和水分对小麦淀粉Brabender 粉糊粘度仪图谱的影响(hM-LT=125,34.7%;hM-hT=180,34.7%;LM-LT=130,24.4%;LM-hT=180,23) 挤压时蛋白质-蛋白质相互作用 蛋白类材料的挤压加工是用来制造肉类代用品或增补剂。通常用湿的脱脂大豆粉或大豆米查作原料，这种原料含蛋白质约 52%54%，碳水化合物 3032%，水68%， 灰分56%， 粗纤维2.53.5%， 脂肪0.51.0%(Lusas and Rhee, 1995)。脱脂要经过加热(烘烤)处理，

33、使溶剂从豆粕中完全去除。这会使得部分蛋 207 白质变性而丧失功能特性。挤压加工让蛋白质处于高温、高压和强的机械剪切之中，使之成为一种连续的塑性的“熔体”(melt)。当迫使这熔体出模时，骤然降到大气压，使挤压物里面的过热蒸汽释放出来，成为膨胀而多孔的制品。 大豆蛋白水溶性较高，由 4 个离心组分组成，即：2，7，11，15S。7S 和 11S球蛋白(conglycinin 和 glysinin)占水溶蛋白总量的 70%，2S 和 15S 分别占 20%和10%(Liu, 1997)。这些组分分别由 9 至 12 个亚基组成，这些亚基随不同的 pH、离子强度、浓度和温度条件而发生复杂的结合-解

34、离反应。 挤压大豆蛋白或其它植物蛋白时，挤压物有两个指标颇有意义：蛋白分散指数(protein dispersibility index,缩写 PDI)和氮溶解指数(nitrogen solubility index, 缩写NSI)。后者是测定挤压物中溶于水的总氮百分率；前者测定挤压物中可分散于水中的蛋白质含量。二者都在受控挤压条件下测定(Harper, 1981)。 温和的热处理对植物蛋白的利用通常是有利的，可以使豆类和油料蛋白中一些蛋白类的抗营养因子(如抗胰蛋白酶和抗胰凝乳蛋白酶等)钝化。 其钝化速率也受含水量影响(图 16)(Bos 等人，1998)。这些抑制剂妨碍蛋白质消化而降低蛋白质

35、生物利用率。挤压过程中热处理越强，挤压物的蛋白质变性的越多，致使 PDI 和 NSI都下降(Thomas and van der Poel, 1998)。一般认为导致蛋白质溶解度下降的主要因素是由于热变性之后疏水性键合的亚基增强而发生的聚集作用。图 17 示意加热如何对大豆蛋白产生影响。 图 16 加工工艺和水分对大豆抗胰蛋白酶抑制剂活性下降情况的影响 208 图 17 大豆蛋白在热处理中的分子变化 将不同温度下挤压加工的豆粕中的水提取蛋白进行电泳分析， 结果表明， 挤压使得蛋白质的水溶解度下降几倍，并使余下的蛋白质降解成亚基。如果让挤压过的蛋白在电泳之前与十二磺酸钠这类试剂结合，挤压过的与未

36、挤压的看不到任何差别(Jeunink and Cheftel, 1979)。看来挤压的主要影响是将蛋白质拆散而后又重新连接一起。表 5 归纳了蛋白在挤压过程中发生的变化(Mitchell and Areas, 1992)。利用一种缓冲液、尿素以及二硫还原剂，可在挤压物中测定到 5 种不同状态的蛋白质，如表 6 所示。 表 5 蛋白质挤压过程中的蛋白质结构变化 变 性 缔 合 加热或剪切导致部分或全部缔合物破裂而形成浓缩溶液或熔化相 高温下可能形成的一些共价键 冷却时形成的非共价键和二硫键 在足够低的水分条件下非晶体区向玻璃态转化 209 表 6 挤压温度和水分对大豆分离蛋白中由于非共价力、共价

37、力以及二硫共价与 非共价相互作用的联合所致的可溶性蛋白质和不溶性蛋白质的影响 挤压过的大豆蛋白a 水分 30% 水分 40% 蛋白状态 挤压前的大豆蛋白 140160180140 160 1801 溶于简单缓冲液的蛋白，15.01% 3.93 6.78 8.41 4.50 3.46 6.95 2 以非共价力不溶的蛋白，17.68% 32.8232.1631.8430.42 32.88 28.243 由于二硫共价力不溶的蛋白，4.94% 56.3438.2928.4665.22 56.51 35.844 由于二硫共价与非共价相互作用的联合而不溶的蛋白，58.31% 2.45 13.5125.67

38、痕量 痕量 23.645 未确定物，4.06% 4.46 9.26 25.67痕量 7.15 5.32 a挤压条件：Miotto 单螺杆实验挤压机，L/D，201；螺杆压缩比，41；压模直径，3mm；螺杆转速，200rpm. 资料来源：Areas and Prudencio(1990)。 非酶褐变 非酶褐变或美拉德反应(Maillard reaction)是还原糖与游离氨基酸之间的一种反应。它会导致可利用赖氨酸的损失，并形成有色化合物而影响挤压物的外观。挤压熟化加工条件中的高温和低水分有利于美拉德反应的进行。虽然只含少量还原糖的原材料不大容易受热变质，但机械剪切会增进淀粉的水解。非酶褐变也不总

39、是不利的。 赖氨酸是非酶褐变中最容易发生反应的氨基酸。 可利用赖氨酸的损失取决于挤压条件， 提高温度会增加损失， 增加物料水分延长滞留时间可显著减少损失(Bjrck and Asp, 1983)。加快喂料速度也会减少挤压物褐变。提高螺杆转速可缩短滞留时间，本应减轻褐变，但提高螺杆转速会加强剪切提高温度，因而也可能导致褐变加重，最终的影响还要看这两种相反趋势的综合结果(Berset, 1989)。 210 机械特性 挤压加工制品的机械特性都借用多聚物科学的技术来进行研究和表述。 在高应变速度(strain rate)和低应变速度下都做了研究，用以描述挤压物的结构。食品在高应变速度下的机械特性十分

40、接近于酥脆点心的口感特性，咀嚼就包含有高速形应变。 挤压物在剪切下的破裂强度(硬度或刚度)是用高应变速度试验所记录的最大剪切力。 低应变速度形应变试验用来测定压缩强度(最大压缩力除以挤压物的横截面积)和压缩模量，即压缩力-位移曲线的初始斜度。用同样的方法还可测定弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度、拉伸模量。 挤压物的刚度取决于膨胀间质的固有刚性和纵向膨胀。提高蛋白质(或面筋)含量和最终含水量会强化挤压物(Faubion and Hoseney, 1982)。 高直链淀粉的产品通常比较紧密、硬实。机械强度还受最初含水量和挤压机内的热处理的影响。在低含水量和较高挤压温度条件下加工可得到低的破裂强度和最大

41、脆性。以低水分挤压的宠物饲料与高水分挤压相比，前者的弯曲应力较高而破碎应力较低。加大压模口径也会提高挤压物的机械强度。 (刘瑞征 翻译) 参考文献 Berest, C. 1989. Color. In: Extrusion Cooking. C. Mercier, P. Linko, and J.M. Harper, (Eds.), AACC, St. Paul, MN. Bjrck, I. and Asp, N.G. 1983. The effects of extrusion cooking on nutritional value. A literature review. J. Foo

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