擠壓膨化技術對早餐谷物營養的影響

魏學明，張 光，劉琳琳，陳鳳蓮，楊春華

（哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150076）

擠壓膨化技術對早餐谷物營養的影響

魏學明，張 光，劉琳琳，陳鳳蓮，*楊春華

（哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150076）

擠壓膨化技術是現代食品工程高新技術之一。近年來，谷物早餐食品得到人們的廣泛認可。通過介紹擠壓膨化技術的過程機理與優點、擠壓膨化技術及谷物早餐的研究進展，綜述了擠壓膨化技術對食物營養及其消化吸收率的影響。

擠壓膨化技術；谷物早餐；營養成分；消化吸收率

0 引言

中國居民膳食結構中谷物占有較大比例，谷物中含有豐富的營養物質，能滿足人體大部分生理需求。應用擠壓膨化技術生產谷物方便早餐，具有生產效率高、生產成本低、原料利用率高等優點，能保留谷物中絕大多數營養成分。營養方便早餐食品的生產既滿足了人們的營養需求，也方便了人們的生活，因此擠壓膨化營養方便早餐擁有廣闊的市場前景。

1 擠壓膨化技術及其研究進展

擠壓膨化技術是將物料的混合、破碎、蒸煮、殺菌、膨化及成型等加工過程合為一體，實現一系列單元的同時進行連續操作的現代加工技術［1］。

1.1 擠壓膨化過程機理

擠壓膨化是通過熱能、剪切和壓力等綜合作用，使水分在噴出?？跁r瞬間汽化，對食品進行膨化的一種技術，是一個短時高溫、高壓的加工過程。擠壓機內螺桿、螺旋不斷轉動，當物料進入擠壓機后，隨著螺桿、螺旋的轉動被向前輸送，由于螺桿與機筒、物料與機筒、物料之間的強烈摩擦以及擠壓機套筒外加的熱量使物料處于高溫、高壓環境呈熔融狀態，當物料進入模頭前，熔融態的物料完全呈流體狀態，最后由?？妆粩D出瞬間到達常溫常壓狀態，物料的體積也瞬間膨化，致使食品內部淀粉體爆出許多微孔，體積急劇膨脹，形成質構疏松的膨化食品［2］。

1.2 擠壓技術的優點

擠壓技術應用范圍廣，可用于加工各種豆類、谷類、薯類等，也可以生產各種膨化食品和休閑食品［3］。擠壓設備往往具有良好的連續工作性能，生產效率高，從而降低了生產成本；可以改善食品原料的質構特性、密度、復水性等，從而改善產品口感和風味，有利于粗糧細做，使粗糧更容易被人們接受［4］。改變原料種類或改變擠壓設備模頭，即可生產出多種不同口味、形狀的產品。生產過程中幾乎無廢棄物排出，只在開機和停機時排出少量原料，減少了物料的浪費。擠壓過程是一種短時的加工過程［5］，物料短時間受熱，能最大限度保存原料的營養。擠壓加工時，由于淀粉、脂肪、蛋白質的降解，有利于人體的消化吸收。物料在模頭擠出時，閃蒸掉部分水分，使α化定型，不易回生，也延長了食品的貨架期［6］。

1.3 擠壓膨化技術的研究進展

18世紀末，Jarsen等人［7］首先使用以活塞驅動的擠壓裝置來生產鉛管，這是擠壓技術應用在工業上最早的例子。1856年，沃德首次申請了關于食品擠壓技術的專利，這也是食品擠壓技術的最早文獻［8］。1869年用于生產香腸的第1臺雙螺桿擠出機被生產出來，大大方便了香腸的生產［9］。此后，擠壓技術的優越性逐漸突顯，到1935年被較廣泛地應用于焙烤、糖果等食品工業［7］。20世紀50年代初，擠壓蒸煮技術得到了迅速發展，由于擠壓加工較焙烤加工更加省時省力，所以當時的餅干焙烤加工很大程度上被擠壓技術所取代。這段時期，擠壓技術首次被應用于寵物膨化食品加工。擠壓機也由單一功能向多功能發展。20世紀60年代中期，擠壓快餐食品得到迅速發展，擠壓加工技術也由單純生產谷物食品，發展到生產飼料和組織蛋白等。1970年，Arkinsion［10］發現擠壓機可以使生物聚合物組織化，剪切應力使生物聚合物組織重新排列，彼此發生反應，形成新的組織結構。1980年以來，擠壓機作為一種生化反應器，在食品工業中的應用領域也得到不斷拓展［11］。20世紀90年代后，美國、意大利、德國、法國等多個國家的不同食品擠壓機生產廠家，生產出各種系列的食品擠壓機。時至今日，擠壓膨化技術作為一種成熟的食品加工技術，被廣泛應用于食品行業，擠壓產品遍及世界各地，僅擠壓膨化食品年產值達十幾億美元?，F在，已研制出多種不同類型擠壓機，可生產出多種顏色、風味各異的食品。擠壓機模頭得到進一步改進，擠壓機作用機理也有很大進步。

2 谷物早餐

谷物早餐食品是以玉米、大米、小麥、燕麥等谷物為主要原料加工而成，加入牛奶或稍煮沸片刻就可食用的早餐食品［12］。谷物早餐食品的發展起源于100多年前的美國，可分為2種類型：一是在食用前需燒煮或加沸水（即熱食），如燕麥粥、速煮麥片粥等；二是完全加工好、隨時可食用的谷物，如玉米片。谷物早餐含有豐富的營養，不含添加劑，能基本滿足人們對營養的需求。近年來，谷物早餐食品逐漸被人們接受和重視。

19世紀末，美國的Will Kellogg第一次加工谷物早餐食品。此后，谷物早餐食品在世界各國發展起來?，F在在美國，谷物早餐食品是消費量最大的一種早餐食品，以其食用方便、品種多樣和營養豐富的特點深受人們喜愛。1997年，美國早餐谷物食品的總產值達到92億美元，并以每年3%的增長率持續增長［13］。國內關于谷物早餐的研究，近年來才逐漸成為熱點。王亮［14］研究了擠壓參數以及物料組成成分對早餐谷物質構特性的影響，擠壓參數包括擠壓機套筒溫度、擠壓轉速、進料水分；物料組成成分包括淀粉、蛋白質及脂肪含量。同時以螺桿轉速、四區溫度及進料水分為自變量，以脆性、保脆性、碘價、過氧化值以及綜合指標為因變量，通過響應面法研究分析了各擠壓參數間的相互影響和內在聯系。吳衛國［15］開發了以五谷雜糧為基礎原料，采用雙螺桿擠壓生產方式生產的谷物早餐食品，并就擠壓過程中原料不同成分之間的相互作用和各擠壓操作參數對產品品質的影響，以及擠壓早餐谷物各品質指標之間的相互聯系等方面進行了研究。文新華［16］通過分析原料的成分，并根據擠壓產品的感官指標，確定了谷物早餐的配方，探討了擠壓工藝最優條件，并形成了工業化生產谷物早餐食品的完整技術。

3 擠壓膨化技術對早餐谷物營養成分的影響

擠壓過程因其高溫高壓的特性，可破壞谷物中的有害因子。大豆制品的豆腥味是由于大豆中含有脂肪氧化酶催化脂肪發生氧化反應，產生不愉快的味道，高溫擠壓過程可以將脂肪氧化酶破壞，從而避免了不良風味的產生。另外，谷物中的一些天然毒性物質（如胰蛋白酶抑制因子等）在擠壓過程中也同樣可以被破壞掉，大豆原料經過高濕擠壓后，蛋白質的體外消化率提高了12.1%，達到94.6%［17］。除此之外，谷物在擠壓機內經過混合、攪拌、摩擦積累能量達到高溫高壓，原料受到熱能、機械剪切和壓力等綜合作用，促使營養成分發生變化，可提高谷物的消化吸收率。

3.1 擠壓膨化技術對淀粉的影響

淀粉是一種天然的植物多糖，是人類碳水化合物的主要來源之一［18］。在各類擠壓膨化食品中，淀粉質食品占最主要部分。淀粉是谷物食品中的主要組成成分，天然谷物中淀粉吸水性很小、口感差，不易被淀粉酶分解，難以被人體消化吸收；淀粉糊化后，吸水性變大，易受淀粉酶作用，提高了在人體內的消化吸收率。淀粉是谷物中的主要成分，因此淀粉的糊化在谷物食品加工過程中是最重要的變化。早餐谷物在擠壓過程中，淀粉粒解體，淀粉被充分糊化，在擠出瞬間蒸發掉部分水分，使α化定型，不易回生，形成膨化食品的骨架，也延長了食品貨架期［19-20］。擠壓過程中淀粉發生糊化，其糊化程度與擠壓機操作參數有密切關系。隨著物料水分含量的增加、加工溫度的升高、螺桿轉速及喂料速度的協同改變，膨化度和糊化度均呈現先增大、后減小的趨勢［21］。楊銘鐸［8］對谷物淀粉通過不同方法實現的糊化等進行了對比，發現淀粉經擠壓膨化實現的糊化較蒸煮實現的糊化更徹底、更穩定。在擠壓過程中，淀粉受到高溫高剪切作用，淀粉鏈被切斷，形成小分子的寡糖，淀粉得到一定程度的降解。研究表明，較高的擠壓機模頭溫度和較低的喂料水分可以加大淀粉的降解程度。在一定范圍內，隨螺桿轉速的提高，淀粉降解程度增加，而螺桿轉速過高，反而會使淀粉降解程度降低。

3.2 擠壓膨化技術對脂肪的影響

擠壓膨化過程中，脂肪會與淀粉和蛋白質形成組織緊密、難被水解的復合物，從而使脂肪含量減少；不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸之間的比例降低，反式脂肪酸會有所增加，膨化后谷物中總脂肪含量降低。脂肪復合體的生成，使脂肪受到淀粉和蛋白質的保護，有利于防止脂肪的氧化，延長谷物早餐食品的貨架期。

3.3 擠壓膨化技術對蛋白質的影響

谷物早餐進行擠壓膨化過程中，由于高溫、高壓、高剪切力以及熱能的作用，破壞了蛋白質的三、四級結構，使大分子的蛋白質發生降解成為小分子的肽和氨基酸，氨基酸極易與早餐谷物中的糖類發生美拉德反應，導致蛋白質含量減少［21］。在擠壓過程中，蛋白質分子結構由折疊狀伸展為直線狀，發生變性。研究發現，蛋白質變性程度隨擠壓機套筒溫度降低、喂料水分增大、螺桿轉速升高而降低。擠壓膨化過程中蛋白質分子發生變性，更容易受到酶的作用，蛋白質分子降解，從而提高了蛋白質的消化率。擠壓加工也可以破壞谷物中干擾蛋白質消化的化合物，從而提高蛋白質的消化吸收率。

擠壓加工也會降低某些蛋白質的營養價值。在擠壓過程中物料中淀粉降解產生的還原糖及其他羰基化合物，會與物料中的游離氨基酸及擠壓過程中蛋白質降解產生的游離氨基酸發生美拉德反應，從而限制了某些氨基酸的吸收，降低了蛋白質的效價。

3.4 擠壓膨化技術對維生素的影響

膨化加工對部分維生素的影響較大，研究表明隨著擠壓溫度的升高、螺桿轉速的降低、擠壓原料含水量的降低及模頭孔徑的減小，維生素含量的損失量增大。研究發現，VA，VE，VC，VB1和葉酸對膨化加工敏感；與此相反，其他B族維生素，如VB2，VB6，VB12，泛酸和生物素等在擠壓過程中變化不明顯。

3.5 擠壓膨化技術對礦物質的影響

擠壓膨化過程對礦物質的影響較小，礦物質含量基本沒有損失，但是鐵強化擠壓膨化食品會影響食品色澤的劣變，還會加快脂肪氧化。

3.6 擠壓膨化技術對風味物質的影響

在擠壓膨化過程中，物料中某些呈味物質會發生化學變化，還有一些香氣成分隨水蒸氣蒸發而逸散，導致氣味劣化。另一方面，由于還原糖與含氮化合物發生的美拉德反應，為擠壓食品提供了焦煳香味。擠壓膨化后的糊化淀粉和蛋白質對香氣成分也有一定的保護作用，提高食品貯藏過程中風味的保存。

4 結論

應用擠壓技術加工谷物早餐，其高溫高壓過程破壞了谷物中的一些有害因子，使淀粉糊化、脂肪含量降低、蛋白質降解，提高谷物的消化吸收率，還可以賦予谷物早餐一些熟谷物的香味。擠壓膨化技術瞬時加工的方法能最大程度保留谷物的營養物質，但對谷物營養也存在不良影響，擠壓膨化技術使不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比例增加，反式脂肪酸含量增加，降低了脂肪的效價；也因美拉德反應的發生，限制了某些必需氨基酸的吸收，降低了蛋白質的效價；谷物中的香氣成分也隨水蒸氣的閃蒸而有所損失?？傮w而言，擠壓膨化技術在谷物早餐中的應用較其他加工方法有較大的優勢，對谷物早餐的工業化生產也提供了最大的方便性，是一種具有長久應用價值的早餐谷物生產方法。

5 展望

我國是一個谷物生產大國，但大眾對于谷物的加工食用多處于原始的家庭式加工，對方便谷物早餐的認識較少，一定程度上影響早餐谷物的發展；我國谷物早餐食品的市場基本被外企壟斷，國內僅南方人家、中糧等個別企業生產，價格偏高，不為大眾所接受。我國谷物資源豐富，生產玉米、大米、燕麥、小米等各種五谷雜糧，谷物中缺乏賴氨酸，加入豆類會使氨基酸組成更合理，利于吸收，各種谷物復配會使營養更加全面均衡，因此谷物早餐的復配將會是未來的發展趨勢。

擠壓膨化技術作為一種新型的食品加工技術，在我國得到了迅猛發展。我國是糧食生產大國，我國谷類食物種類繁多，合理搭配并通過擠壓膨化技術生產谷物早餐不僅使我國豐富的谷類食物充分利用，而且其營養豐富、安全衛生、搭配均衡，同時也豐富了人們的生活，使糧食類作物保質期延長，因此應大力推廣通過擠壓膨化技術生產的谷物早餐。

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The Influence of Extrusion Technology on Food Nutrition

WEI Xueming，ZHANGguang，LIU Linlin，CHEN Fenglian，*YANG Chunhua
（Key Laboratory of Food Science and Engineering Colleges and Universities in Heilongjiang Province，Food and Engineering College，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China）

Extrusion expansion technology is one of the high technology of modern food engineering.In recent years，cereal breakfast food has been widely recognized.The process mechanism and the advantages of extrusion technology，the research progress of extrusion technology and the research progress of the cereal breakfast，the influence of extrusion technology on the food nutrition，the digestion and absorption rate are introduced in this paper.

extrusion expansion technology；cereal breakfast；nutrient component；digestion and absorption rate

TS213.3

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.04.017

1671-9646（2016）04a-0055-03

2016-02-26

魏學明（1990— ），女，碩士，研究方向為谷物化學與糧油食品。

*通訊作者：楊春華（1972— ），女，博士，副教授，研究方向為谷物化學與糧油食品。