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第一节膨化加工机理

放大字体  缩小字体 发布日期:2005-10-28   浏览次数:3261

(The Theory of Puffing Process)

一、膨化的形成机理

1.膨化

膨化(Puffing)是利用相变和气体的热压效应原理,是被加工物料内部的液体迅速升温气化、增压膨胀,并依靠气体的膨胀力,带动组分中高分子物质的结构变性,从而使之具有网状组织结构特征,定型的多孔物质的过程。

膨化食品(Puffing Food)是指以膨化工艺过程生产的食品。

为研究分析方便,可将整个膨化过程分为三个阶段:

第一阶段:相变段 此时物料内部的液体因吸热或过热,发生汽化;

第二阶段:增压段 汽化后的气体快速增压并开始带动物料膨胀;

第三阶段:固化段 当物料内部的瞬间增压达到和超过极限时,气体迅速外溢,内部因失水而被高温干燥固化,最终形成泡沫状的膨化产品。

2.膨化的构成要素

只有当物料和环境同时符合膨化所需的特定条件时,膨化才有可能顺利进行。所谓特定条件就是:

①汽化剂:在膨化发生以前,物料内部必须含有均匀安全的汽化剂,即可汽化的液体。

②弹性小室:从相变段到增压段,物料内部能广泛形成相对密闭的弹性气体小室,同时,要保证小室内气体的增压

速度大于气体外泄造成的减压速度,以满足气体增压的需要。

③能量:外界要提供足以完成膨化全过程的能量,包括相变段的液体升温需能、汽化需能、膨胀需能和干燥需能能。

二、膨化动力的产生机制

1.膨化动力的产生

膨化动力的产生主要由物料内部水分的能量释放所致。

同样的外部供能条件下,在物料内部的各种物质成分中,由于水具有分子量小、沸点低、易汽化膨胀的特性,水分子热运动最先加剧,分子动能同时加大。当水分子所获能量超出相互间的束缚极值时,就会发生分子离散。水分子的分子离散使物料内部水分发生变化,产生相变和蒸汽膨胀。

其结果必然造成对与之接触的物料结构的冲击。当这种冲击作用力超出维持高分子物质空间结构的力,并超出高分子物质维持的物料空间结构的支撑力时,就会带动这些大分子物质空间结构的扩展变形,最终造成膨胀物料的质构变化。

2.膨化动力的影响因素

膨化动力的产生不仅取决于水分在物料中的形态和其结合特性,而且与水分的含量密切相关。从理论上讲,物料含水量越大,可能产生的蒸汽量也就越大,膨化动力越强,对膨化的效果影响也越大。

①过量水分往往是自由态和表面吸附态的水,它们很难取代或占据结合态和胶体吸润态水分分子原有的空间位置,这部分间隙水往往不在密闭气体小室中,很难成为膨化动力,引起物料膨化;

②过量水在外部供能时,由于与物料其他组分相互间的约束力弱,较易优先汽化,占有有效能量,影响膨化效应;

③过量水会导致物料内吸润态胶体区域的不适当扩大,造成物料在增压段因升温,其中的部分淀粉已提前糊化或部分蛋白质已超前变性,反而阻碍了膨化;

④含过量水的物料即使经历膨化过程,其制品也会因成品含水量偏高而回软,失去膨化制成品的应有风味。

此外,物料在膨化过程中还存在一定的含湿量梯度。不同的湿量梯度会造成膨化动力产生时间上的差异和质量的不均匀性,影响到膨化质量。

3.外部能量向膨化动力的转移

膨化动力虽然来源于膨化物料内部水分的分子离散所提供的动力,但这种动力也必须是由外部能量来间接供给的。

一般来说,外部能量的供给方式有:热量、机械能、电磁能、化学能能。这些能量可通过一定的传递、转换形式

作用于水分子,加剧分子热运动,增加分子动能。 

外部能量的传递设计必须遵循:

①外部供能方式必须满足膨化动力的形成机制;

②外部能量向膨化动力的转换必须保证能量的最大利用率及最佳的膨化效果;

③外部供能和内部的能量变化应最大限度保持食品物料的营养性。

所以,从理论上讲,在满足上述原则的前提下,膨化工艺条件可以进行不同方式的变换和组合,这对新兴膨化

工艺技术的开发和膨化设备的发展具有极大的指导意义。

三 、物料中高分子物质在膨化中的作用

1.淀粉质在膨化中的作用

淀粉团粒内水分的含量与分配,较大程度上取决于多糖链的密度与叠集的规则性。这对淀粉的理化性质和膨化加工特性至关重要。

在热压条件下,团粒内部的变化大致涉及四个不同的过程:

①向微晶区域引人结合水;

②无定形区中凝胶相的有限润涨;

③微晶的熔融,同时已熔微晶与非晶性凝胶区的共同水化和润涨;

④熔融微晶的水化导致团粒内水分重新分配,最终润涨产生的应力使微晶变形又加速了熔融。

2.蛋白质在膨化中的作用

在膨化过程中,蛋白质作为膨化物料的成分,主要是其中的结构性蛋白质易受外部能量的影响和作用而发生分子结构变化,如变形、变性等。结构性蛋白质的这种变化通常与其在膨化过程的功能变化同步发生。

蛋白质在膨化过程中的主要功能有:

①以水化、水合作用持水、膜囊包裹作用存水和网状结构吸水等方式维持物料的部分含水。

②充当密闭气体小室的可塑性壁材,在气体膨胀时实现扩展性拉伸并逐渐变性,随后在室壁瞬时破裂、蒸汽外泄的过程中因失水和

自身所带热量的干燥作用而被固化。

 
  
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