挤压膨化技术在麦麸加工中应用及研究进展

李合，蔡红燕*，沈汪洋, ，党长英，孙云杰, ，陈艳

1. 武汉轻工大学食品科学与工程学院（武汉 430023）；2. 湖北省小麦加工工程技术研究中心（枣阳 441200）；3. 湖北丰庆源粮油集团有限公司（襄阳 441100）；4. 湖北三杰粮油食品集团有限公司（枣阳 441200）；5. 厦门海嘉面粉有限公司（厦门 361000）

挤压技术在20世纪40年代末逐渐扩展到食品领域，它不仅可用于各种膨化食品生产，还可用于豆类、谷类、马铃薯等原料、蔬菜和一些动物蛋白加工。近年来，挤压技术发展迅速，已成为挤压食品最常用的生产技术之一。据报道美国1997年挤压膨化食品的销售额达9.319亿美元，比1996年增长9.3%[1]。挤压技术是集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型为一体，可实现一系列单元操作的同时并连续操作的新型加工技术[2]，其工艺简单，能耗低，成本低，无“三废”产生，具有多功能、高产量、高品质的特点[3-4]。挤压膨化可分为干法膨化和湿法膨化。在膨化过程中对物料不加蒸汽或水的膨化为干法膨化，对物料加蒸汽或水的膨化为湿法膨化[5]。挤压技术生产的产品种类多，浪费少，生产成本低，几乎没有浪费，原料适用性广，能有效减少营养损失，改善食品风味[6]。挤压可以提高产品质量，使淀粉糊化、蛋白质变性，促进淀粉、蛋白质和脂质复合物的形成[7]，提高蛋白质的消化率[8]。

麦麸，即小麦麸皮，是小麦加工面粉的副产品，具有较高的营养价值。小麦麸皮约含有一半的膳食纤维，麦麸膳食纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素组成。麦麸的膳食纤维分为可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF），比率约1∶9。IDF主要发挥着机械蠕动的作用，而SDF则更多地发挥生理代谢功能，可以说，后者的生理功能往往大于前者[10]。麦麸经过挤压膨化处理后理化特性会发生很大的改变，如口感变得细腻，可食性变好，SDF增加，此外麦麸中营养物质的保存率和利用率与未经挤压膨化处理相比有所提高。因而挤压膨化技术在麦麸加工中的应用十分广泛且具有良好应用前景。

1 挤压膨化技术原理及优点

1.1 挤压膨化技术原理

图1 挤压膨化机的组成

挤压机主要由进料装置、调质装置、螺旋和机筒挤压装置、压模和剪切出料装置组成（图1），其核心为挤压膨化部件[11]。含有一定淀粉和水分的物料从进料槽进入，螺杆螺旋推动物料形成轴向流动。同时，由于螺旋与物料，物料与机筒，以及物料内部的机械摩擦，物料被强烈地挤压、搅拌、剪切，从而物料被进一步细化、均化。随着压力逐渐加大，温度相应升高，在高温、高压、高剪切力作用下，物料发生淀粉糊化、蛋白质重组、纤维素部分降解等一系列变化。糊状的物料从挤压机的模孔喷出的瞬间，在强大压力差作用下，物料被膨化、失水、降温。膨化产品结构疏松、多孔、酥脆，且有较好的适口性和风味。

1.2 挤压膨化技术的优点

优化原料质构特性。纤维素是影响食品口感体验的重要因素。在谷物原料中，纤维素占很大比例。经过挤压膨化工艺，原料纤维素在高温高压下降解，分子结构发生变化，水溶性增加，呈现多孔海绵结构，口感得到改善。同时，机筒与螺杆摩擦碰撞后，原料的质地发生变化，形成一种轻质、吸水性强的结构。

改善物料加工特性。挤压处理可以提高材料的膨胀力、保水性、溶解度和比表面积。物料理化特性的改变也大大改善物料的加工特性。

营养物质的保存率和消化率较高。与其他加工工艺相比，挤压工艺具有高温处理时间短、效率高、易在蛋白质和淀粉分解中保留其营养成分等优点。此外，短期高温加工可破坏对人体有害的酶，增强食品的溶解度，使其更易消化。同时，由于腔体是密封的，可以更好地保留风味成分，提高感官质量。

工艺简单，产品齐全。挤压膨化技术可以加工的原料种类很多，包括粗粮、蔬菜、水果、动物蛋白等。此外，挤压膨化技术还可以调整不同的配方和加工条件，生产多种食品。

生产成本低，资源损耗低，加工效率高。挤压技术的生产条件是集进料、物料输送、加热、成型等功能于一体的综合设备，由于其体积小，可节省占地面积。此外，该设备功能齐全，能耗要求低，能充分发挥低成本、低能耗的优势。

2 挤压膨化技术在麦麸加工中的应用进展

2.1 改善麦麸膳食纤维的可溶性

挤压膨化可以改善麦麸膳食纤维的可溶性，提高可溶性膳食纤维含量。膳食纤维尤其是可溶性膳食纤维对肥胖症、高血压、冠状动脉粥样硬化、胆结石、糖尿病、结肠病、高血脂、心脏病及心脑血管疾病等有一定的预防作用，可以防止腹泻、保护肝脏及提高免疫力。麦麸是小麦面粉生产的副产品，是重要的膳食纤维来源[12]。挤压膨化技术可使纤维材料完全微细化，提高膳食纤维的溶解度，提高其利用价值。徐苗均等[13]对所制的小麦麸皮采用双螺杆挤压机进行处理，选取物料含水率、螺杆转速和挤压温度3个因素进行单因素试验和正交试验，得出麦麸含水量1.2%、主机挤压温度170 ℃、螺杆转速225 r/min为最优挤压条件。挤压后可溶性膳食纤维含量由3.22%上升至10.14%。赵妍嫣等[14]研究小麦麸皮膳食纤维挤压加工工艺，得出在麸皮含水量20%、挤压温度170 ℃、螺旋转速185 r/min时，麸皮原料中可溶性膳食纤维含量由3.22%提高到10.14%。徐竞[15]以麦麸为原料，通过挤压加工生产麦麸膳食纤维，结果表明挤压加工可使麦麸中不溶性膳食纤维向可溶性膳食纤维转化10%。

2.2 提高麦麸的可食性

挤压膨化可提高麦麸的食用性。任顺成等[16]以麦麸水分、机筒末端温度、螺杆转速、喂料速度为考察参数，植酸含量、糊化度、持水力、膨胀力、还原糖含量、游离氨基氮含量为检测指标，经单因素试验和正交试验得到麦麸挤压膨化工艺最佳工艺参数：螺杆转速9 Hz、机筒末端温度145 ℃、水分27.5%、喂料速度9 kg/h。经此工艺处理后的麦麸中总膳食纤维和可溶性膳食纤维分别提高11.69%和1.16%。麦麸经挤压膨化处理后，扫描电镜下可观察到疏松多孔的结构、凹凸不平的表面和增大的裸露表面积，这与其具有高膨胀力和高持水性的特点相一致，表明挤压膨化后的麦麸其可食性、功能性及营养性将会得到明显改善。张伟博等[17]将添加0，10%，20%和30%玉米的小麦麸皮及100%玉米的样品进行双螺杆挤压，提取样品中的膳食纤维，并测定100%麦麸与添加20%玉米样品的组分，研究由该两组样品提取出来的可溶性膳食纤维的物理性质。结果发现双挤压膨化处理可以改善麦麸口感，添加适量的玉米可以提高可溶性麦麸纤维含量，以及促进半纤维素向水溶性纤维转化。闫晓光等[18]运用挤压技术处理小麦麦麸，挤压处理麦麸的最优工艺参数为：挤压温度140 ℃、挤压转速150 r/min和物料水分20%。挤压处理后，小麦麦麸可溶性膳食纤维含量由9.82%提高到16.72%。挤压后的麦麸在200℃之内具有良好的热稳定性。通过SEM观察发现挤压后麦麸原来致密的结构变得疏松，提高麦麸可食性。

2.3 提高麦麸制品的货架期

适当添加挤压麦麸可以改善面粉制品（馒头、面包、面条）的品质，增加面粉制品的体积，提高面粉制品的含水量，改善面粉制品的质地，延长面粉制品的保质期。袁野等[19]在研究细麸挤压膨化后的应用时发现，在物料粒度60目、含水量28.5%、挤压温度144 ℃、螺杆转速350 r/min条件下，细麸膨化度为2.39。适当添加膨化后的细麸可以提高面包的含水量，延长货架期，提高营养价值，其最佳添加量为4%。张明[10]采用双螺杆挤压麦麸，确定麦麸膳食纤维挤压改性的最佳工艺条件，并研究得到在馒头中添加麦麸不宜超过8%、在面包中的添加麦麸不宜超过6%，适量添加改性麦麸可改善面制品（馒头、面包）的品质，增加面制品的体积，提高面制品含水量，改善面制品的质地，延长面制品的货架期。刘传富等[20]研究膨化麦麸不同添加量对面团特性、馒头质量及其货架期的影响，结果发现添加适量的膨化麦麸，可改善面团的特性及馒头的品质，延长馒头的货架期，在试验条件下膨化麦麸添加量不宜超过8%。

2.4 减少麦麸中的植酸含量，提高蛋白质及淀粉的体外消化率

挤压处理麦麸，可减少麦麸中的植酸含量，提高蛋白质及淀粉的体外消化率。韩雪等[21]通过挤压膨化实验使麸皮品质得到改善，氨基酸、膳食纤维等营养物质含量明显提高，植酸含量下降。汪丽萍等[22]考察粗麸、细麸、胚芽及混合料中挤压前后植酸的含量变化，结果表明，经过挤压热加工处理后，各部分中的植酸含量明显降低，降幅最大的是混合料，从挤压前的26.91 mg/g下降为14.41 mg/g，降幅为46%左右。其余各原料部分经过挤压加工，植酸含量下降幅度在20%左右。陈建宝等[23]研究挤压改性对麦麸功能特性的影响，结果发现物料水分30%，螺杆转速250 r/min时，挤压膨化后的麦麸中总糖和水溶性总糖含量有所增加，脂肪、淀粉、粗纤维、还原糖、植酸含量都有所减少，蛋白质的体外消化率有所提高，淀粉体外消化率明显提高（见表1和表2）。

表1 麦麸中的化学组成名称

表2 原料和膨化物中蛋白质及淀粉体外消化率

2.5 其他

高膳食纤维食品不仅能产生低能饱腹感，预防肥胖，而且对降低餐后血糖有显著作用。麦麸中含有多种营养保健因子。挤压膨化处理后，麦麸中营养和植酸含量增加，膳食纤维含量增加，吸水率增加，可食性和消化率也有很大提高。李丹等[24]用挤压膨化处理麦麸，通过单因素、正交试验发现，挤压膨化处理麦麸的最优工艺参数为：水分含量27.5%，喂料转速9 kg/h，螺杆转速9 Hz，机筒末端温度145 ℃。并通过基本成分测定和微观结构观察，得到最优样品并对其进行复配，得到适合不同人群的代餐粉配方。Reyes-Pérez等[25]用挤压膨化处理不同粒度的麦麸，并将处理后麦麸制成饼干，测定饼干的升糖指数，结果发现麸皮膨化的工艺条件提高了饼干的膳食纤维含量，但对粗粒级麸皮制成的饼干影响较大。利用膨化麦麸可降低饼干的血糖指数，这种饼干可以推荐给有特殊需要的人。

3 结语

挤压膨化技术是一种集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型于一体的多功能、高产量、高质量的现代食品加工技术，它具有优化原料质构特性、改善物料加工性能、营养物质的保存率、消化率较高、工艺简单、产品齐全、生产成本低、资源能耗低、加工效率高等优点。麦麸中含有丰富的膳食纤维，具有较高的营养价值。利用挤压膨化技术挤压麦麸，可以改善麦麸膳食纤维的可溶性、提高麦麸的可食性、提高麦麸制品的货架期、减少麦麸中的植酸含量、提高麦麸中蛋白质及淀粉的体外消化率等；此外，还可以利用挤压的麦麸生产高膳食纤维食品，如代餐粉、饼干等，并将这些食品推荐给有特殊需要的人。因此，挤压膨化技术在麦麸加工的领域具有十分广阔的应用前景。