挤压膨化肉制品及理化性能影响因素研究进展_张根生.pdf

141 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY肉类研究2023年 第48卷 第04期J.食品与发酵工业,2009,35(12):173-177.20汪洋,王稳航.肌内结缔组织与肉嫩度的关联机制及相关肉嫩化技术的研究进展J.食品科学,2021,42(11):332-340.21李冬梅,任响,林峻鑫,等.碱性氨基酸影响肉品品质及机制的研究进展J.食品与生物技术学报,2022,41(8):35-42.22LURUEA-MARTI?NEZ M A,VIVAR-QUINTANA A M,REVILLA I.Effect of locust bean/xanthan gum addition and replacement of pork fat with olive oil on the quality characteristics of low-fat frankfurtersJ.Meat Science,2004,68(3):383-389.23涂敏建,迟海,杨宪时,等.不同水分含量对南极磷虾烤虾质构和色泽的影响J.现代食品科技,2012,28(9):1102-1105.24孙娜,张雅婷,于寒松,等.发酵型青腐乳菌群结构与风味物质及其相关性分析J.食品科学,2020,41(22):177-183.25ZAGOREC M,CHAMPOMIER-VERGS M-C.Lactobacillus sakei:a starter for sausage fermentation,a protective culture for meat productsJ.Microorganisms,2017,5(3):56.收稿日期：2022-10-21 基金项目：黑龙江省“百千万”工程科技重大专项(2019ZX07B03-3)。作者简介：张根生(1964)，男，黑龙江哈尔滨人，硕士，教授，研究方向为畜产品综合利用。张根生，田 阳，李思锦，张 光，潘 雷(哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150028)摘要：挤压膨化技术在食品开发中具有非常高的应用价值，具有优化物料特性、降低生产成本、高连续性等优点。但现阶段该技术多应用于大米、玉米、马铃薯等谷类食品的加工中，在肉制品加工中的应用相对较少。文章系统地介绍了挤压膨化技术在肉制品生产中的应用以及影响挤压膨化肉制品理化性能的因素，分析了挤压膨化技术在休闲肉制品加工中的应用前景，并为后续该方向的研究学者提供参考。关键词：肉制品；挤压膨化；理化性能；影响因素中图分类号：TS 251.5 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2023)04-0141-06Research Progress on the Application of Extruding Technology in Leisure Meat ProductionZHANG Gensheng,TIAN Yang,LI Sijin,ZHANG Guang,PAN Lei(College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150028,China)Abstract:Extrusion expansion technology has very high application value in food development,with the advantages of optimized material properties,reduced production costs,high continuity,etc.However,at this stage,the technology is mostly used in the processing of rice,corn,potatoes and other cereals,and 挤压膨化肉制品及理化性能影响因素研究进展DOI:10.13684/ki.spkj.2023.04.017 142 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY肉类研究2023年 第48卷 第04期0 引言挤压膨化技术是一种具有高效率、多功能、低成本等优点的新型加工技术1。其生产加工过程有高度的系统综合性，可以将混合、搅拌、破碎、熟制、杀菌、膨化及成型等操作综合运用2。该技术多应用于谷类挤压膨化制品的开发，近年来学者发现将挤压膨化技术应用于肉制品加工也有诸多优势，如挤压膨化过程能够一定程度上破坏物料中的抗营养因子并钝化部分能够引起不良风味的分解酶活性，同时挤压过程还能够提高蛋白质的消化率以及膳食纤维的溶解性，有效提高肉制品的营养价值与感官特性，因此挤压膨化肉制品成为当前热门研究方向3。挤压膨化机主要由喂料装置、调质装置、挤压装置和压模剪切出料装置等组成4。物料在套筒内受到高压及与物料、机筒壁、螺杆之间摩擦、剪切、搅拌等作用，同时在机筒的加热处理下，物料经历糊化、蛋白质变性、杀菌等过程，挤出时由于内外部压力的骤然变化膨胀固化成型，也可根据需要更换机头磨具孔眼形状，得到更多形状的成形食品5。在挤压设备的选型上，相较于单螺杆或多螺杆挤压机，双螺杆挤压膨化机具有适用范围广、生产效率高、对原材料要求低、其成品质量更高等优势，并已用实际数据证明了其优异性，故多选择双螺杆挤压机进行肉制品挤压膨化研究6。本文综述了近些年挤压膨化技术在肉类中应用的研究进展，介绍了挤压膨化技术应用于鸡肉、猪肉、牛肉、鱼肉领域的相关成果，分析了影响挤压膨化肉制品理化性能的因素，并展望了肉制品生产中挤压膨化技术的应用前景及发展趋势。1 挤压膨化肉制品的研究进展肉类中含有的氨基酸等营养物质可以弥补谷物中营养成分的缺失，目前国内外已有的挤压膨化肉制品所选用的主要原料肉有鸡肉、猪肉、牛肉、鱼肉，学者们根据不同肉类的特点结合挤压膨化技术创造出多种品质特性优异的挤压膨化肉制品。其相关成果见表1。从已有的研究可知，挤压膨化技术对肉制品品质及理化性质的影响主要包括膨化度、糊化率、硬度、色泽、营养物质变化等方面，其中对肉制品影响最为重要的是提高肉制品的蛋白质消化率。挤压膨化过程中的高温、高压、高剪切作用使肉制品中蛋白质分子发生重组，造成蛋白质变性，同时提高蛋白质消化率，使挤压膨化肉制品更易消化。其他理化性质的影响趋势需综合考虑原辅料组成与加工工艺参数的合理搭配，才能使产品的各项指标趋于平衡17。鸡肉属于高蛋白低脂肪肉类，其钾硫酸氨基酸、VA、磷脂类物质含量高于牛肉和猪肉。以鸡肉为原料肉的挤压膨化食品种类和口味研究相对较少，学者们的研究方向多集中于生产体系的完善，未来可以结合鸡肉的特点在产品口味及营养价值方向上进行更多的研究，如借鉴市面上鸡肉食品加工方法(油炸、蒸煮、烤制等)，使之与挤压膨化技术结合以生产出更受消费者喜爱的鸡肉挤压膨化休闲制品18。猪肉在中国消费量巨大，相较于牛羊肉，其蛋白质含量偏低而脂肪含量偏高，总体营养价值略低，所以挤压膨化技术在猪肉中的研究方向主要集中在优化挤压膨化猪肉制品的性能上。随着加工工艺的逐渐成熟，可以在优化工艺的同时更多地根据猪肉本身的特点进行探索，如猪肉相对其他肉类有较高的脂肪含量和胆固醇含量19，人体摄入过多可能会引起高血压或诱发冠状动脉粥样硬化等疾病20，因此可以进行猪肉挤压膨化休闲食品中脂肪含量的降低或脂肪替代的研究，以及将更多健康食品与猪肉结合以生产口味和品种丰富的挤压膨化猪肉制品。相较于挤压膨化猪肉制品，牛肉营养价值更高且脂肪含量较少，但肌肉纤维相对其他肉类relatively little application in the processing of meat products.This paper systematically introduces the application of extrusion puffing technology in the production of meat products and the factors affecting the physical properties of extrusion puffing of meat,analyzes the application prospects of extrusion puffing technology in the processing of casual meat products,and provides reference for subsequent research scholars in this direction.Key words:meat products;extrusion expansion;physicochemical properties;influencing factors 143 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY肉类研究2023年 第48卷 第04期表1 挤压膨化技术在肉制品中的应用原料肉种类设备/实验方法主要辅料添加参数分析研究结论参考文献鸡肉双螺杆挤压机玉米淀粉实验是否必要添加辅料；分析3种辅料中最能提高膨化性能的辅料玉米淀粉与去骨鸡肉混合物挤压产物膨化效果好，挤压模头温度对挤压膨化产物组织特性影响大。5双螺杆挤压机/Box-Behnken响应面法大米、大豆、全脂乳粉物料含水率、喂料速度、螺杆转速、温度对糊化度的影响最佳工艺物料含水率23.32%，五区温度105，螺杆转速160 r/min，喂料速率30 r/min。6双螺杆挤压机/可旋转中心组合设计/响应面法玉米淀粉综合考虑进料物料湿度、粒度和组成3个变量对糊化率和膨化度的影响最佳工艺进料物料湿度18%22%，物料粒度1216目，进料中鸡肉所占比例50%。7猪肉双螺杆挤压机香芋粉、大米粉测定挤压膨化物断裂力、糊化度、膨化度、水分含量并进行感官评价最佳工艺机筒温度150，螺杆转速45 Hz，物料湿度15%，此时膨化物膨化效果最佳。8双螺杆挤压机/单因素/正交实验玉米粉猪肉粉添加量、物料湿度、机筒温度、螺杆转速对膨化度的影响最佳工艺猪肉粉添加量为3%，螺杆转速30 Hz，机筒三区温度170，湿度14%。9单螺杆挤压机/响应面法脱脂大豆粉、玉米淀粉进料水分、工艺温度和螺杆转速的最佳组合对膨化物性能影响最佳工艺进料水分22.78%、工艺温度160、螺杆转速170 r/min。10牛肉双螺杆挤压机/单因素/正交实验/感官实验大米粉感官评价以及挤压膨化产品的硬度、脆度、膨胀度最佳工艺水分含量17%，挤压温度170，螺杆转速160 r/min，牛肉粉添加量11%。11单螺杆挤压机脱脂大豆粉/玉米粉产品剪切力和膨化度剪切力最小时最佳工艺参数：进料湿度29.1%，进料脂肪2.96%，玉米粉22%，温度162，产品膨化率高。12单螺杆挤压机/响应面法玉米淀粉牛肉添加量、进料湿度及进料粒度3个操作参数对牛肉蛋白挤出物膨化度、脂肪酸、氨基酸成分变化程度的影响最佳工艺牛肉添加量37.00%、进料湿度24.08%、螺杆转速370 r/min、进料粒度16目。13鱼肉双螺杆挤压机面粉面粉的添加量对鱼肉制品膨化度、糊化度、复水性的影响套筒温度为90125145，螺杆转速170 r/min，进料速度30 kg/h，面粉的添加量增加，挤压鱼肉制品的表面光滑度、膨化度、复水性、TBA增加。14双螺杆挤压机米粉机筒温度和鱼糜添加量对挤出物膨胀率和吸水率的影响鱼糜添加量20%时，挤出物断裂强度明显提高，感官评定确定最佳工艺机筒温度90，鱼糜添加量10%。15双螺杆挤压机玉米淀粉不同玉米淀粉含量对金枪鱼肉挤压膨化物的理化性质(膨化率、体积密度、色泽、硬度、蛋白质体外消化率、粗蛋白含量、热性能和微观结构)的影响以金枪鱼肉为基础的挤压膨化物含有30%的玉米淀粉，具有理想的物理化学性质。16更加粗糙不易消化21-22，因此可以考虑牛肉的纤维软化技术与挤压膨化技术的结合研究并添加合适辅料放大其优点，制成品质特性优异的挤压膨化牛肉制品。相较其他肉类，鱼类品种繁多、肉质鲜美，更适合作为挤压膨化原材料，如金枪鱼肉、鱿鱼等，所以鱼肉在挤压膨化技术中的应用研究更加趋于成熟，可供参考的数据相对较多。未来可以在贝壳类、虾蟹类等水产制品方面进行探索，同时考虑到水产品多具有腥味，还应对去腥技术与挤压膨化技术的结合进行研究。可以预见挤压膨化鱼肉制品的研究前景非常广阔。2 影响挤压膨化肉制品理化性能的因素2.1 辅料对挤压膨化肉制品理化性能的影响已有的研究证明肉类不适合单独进行挤压膨化处理，会造成机械堵塞，制得的产品也不具备良好的风味，因此选择传统谷物作为辅料应用于肉类挤压膨化较为适合。常见的辅料包括玉米淀粉、大米粉、大豆粉、香芋粉、乳粉等。同时探究了辅料种类和添加量对肉制品挤压物膨胀度、体积密度、吸水性指数、硬度与脆度等的影响23，从而确定肉类挤压膨化制品的最佳工艺。在对辅料的探究中，FANG Y Z等24研究了添加不同含量玉米淀粉对金枪鱼肉挤压制品理化性质的影响，发现随着玉米淀粉含量的增加，挤压物的体积密度、硬度和膨胀率无较大差异，但挤出物的颜色逐渐变深、变绿、变黄，同时伴随着粗蛋白含量的降低及蛋白质体外消化率的下降，最终通过综合对比确定在玉米淀粉添加量为30%时产品的可接受性最高。卢焘等25研究了不同面粉添加量对挤压膨化鱼肉制品品质的影 144 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY肉类研究2023年 第48卷 第04期响，在套筒温度、螺杆转速及进料速度不变的情况下，随着面粉的添加量增加，挤压鱼肉制品的表面光滑度、膨化倍数、复水性、TBA增加，糊化度逐渐降低，咀嚼感也减弱，证明了面粉含量对挤压鱼肉制品品质有较大影响。ALVAREZ V B等26以去骨鸡肉、玉米淀粉、小麦麸质和大豆蛋白的混合物为原料，采用双螺杆挤压机生产鸡肉挤压膨化休闲食品。研究发现不添加任何辅料只添加鸡肉会造成机械堵塞，证明了添加辅料的必要性，最终确定在玉米淀粉、小麦麸质和大豆蛋白这3种非肉成分中，使用玉米淀粉与去骨鸡肉混合，所得到的挤压产物膨化效果更好，同时发现对挤压膨化产物组织特性影响较大的是挤压模头的温度，温度越高，产物的剪切力和拉伸剪切力越高。2.2 原料干燥处理方法对挤压膨化肉制品理化性能的影响不同干燥处理方法会影响挤压膨化肉制品的理化性能，其相关研究结果见表2。由表2可知，干燥处理的研究主要集中在鱼肉表2 干燥处理方法对挤压膨化肉类性能的影响处理方法 目标肉类优点结论参考文献炒制干燥金枪鱼碎肉原料耗时短且能降低干燥环境的氧气浓度，对挤压产物色差、膨胀率、咀嚼度无影响。相较于真空干燥和热泵干燥，炒制干燥挤压产物脂肪氧化成度降低，蛋白质体外消化率更高，组织化度更高27自然干燥鱼肉不需特殊设备，方法简单，成本低，操作简便。依赖自然环境，卫生条件不易控制28热风干燥鱼肉适应性强，操作、控制简单，卫生条件较好。必须建立和保持一定的温度梯度才能保证水分的扩散29微波干燥鱼肉较好地保留食品原有色香味，减少物料在干燥过程中的营养损失。成本较高，容易产生尖角效应30真空干燥鱼肉能够抑制细菌的生长，实现低温干燥，提高干燥速率，减少干燥时间，降低设备运转费，对挤压产物色差、膨胀率、咀嚼度无影响。效率低，产量小31-32热泵干燥鱼肉避免水产品中不饱和脂肪酸的氧化和表面发黄，减少了蛋白质受热变性、物料变形、变色和呈味类物质的损失，对挤压产物膨胀率、咀嚼度无影响。33膨化制品，已有的研究对比了炒制干燥、热泵干燥和真空干燥3种脱水方式对鱼肉挤压膨化产物的影响。通过对比不同脱水方式下挤出物的理化特性，得出炒制脱水处理后的挤压膨化产物组织化度、蛋白质营养保持能力、降低产物中脂肪的氧化程度能力要高于其他两种干燥处理方式，所以炒制干燥更适用于鱼肉挤压膨化加工。2.3 挤压工艺参数对挤压膨化肉制品理化性能的影响肉类挤压膨化工艺参数的变化是影响挤压膨化肉制品理化性能的主要因素，包括螺杆转速、物料湿度、喂料速度、滚筒温度等，其相关研究成果见表3。由表3可知，挤压膨化工艺参数对挤压膨化肉制品理化性能影响较大。总体而言，挤压产物的膨化度与温度呈正相关，与螺杆转速呈负相关；糊化度与物料水分含量、物料配比、糊化温度、螺杆转速等有关。其中随着喂料速度的增大，糊化度先增加后降低，适当升高加工温度可以提高糊化度，但过高的加工温度会对肉制品中蛋白质造成破坏。同时，在一定范围内提高螺杆转速也可有效增加糊化度。虽然在挤压膨化加工中工艺参数等对产品理化特性的影响有一定规律，但在实际新型膨化肉制品研发中，需要注重挤压膨化过程中工艺参数与挤压物料本质特性的结合和相互适应，在减少能耗的基础上，得到品质优异的挤压膨化肉制品。3 结论与展望本文总结了挤压膨化技术在肉制品中的应用现状，目前挤压膨化技术已经在鸡肉、猪肉、牛肉、鱼肉休闲食品生产加工中得到了广泛应用，其中对挤压膨化猪肉和牛肉制品的研究还相对较少，辅料选择也还相对局限。此外，本文分析了辅料、参数等对挤压膨化肉制品理化性能的影响，由此思路，未来在肉类食品挤压膨化生产中可以进一步研究辅料、参数等对肉类挤压膨化前后微量元素组成及营养价值变化，对该方面进行透彻性相关研究有助于更加广泛地将挤压膨化技术应用于肉类食品加工中。145 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY肉类研究2023年 第48卷 第04期表3 挤压工艺参数对挤压膨化肉类性能的影响工艺参数分析对象影响性能结论原因分析参考文献机筒温度鸡肉大米/鸡肉玉米粉大米粉/香芋猪肉膨化食品糊化度机筒温度与糊化率呈抛物线型关系且有一极大点，鸡肉大米的最佳机筒温度在120150，猪肉最佳机筒温度在155 左右机筒温度低时，物料吸收热量少，挤出物糊化率较低，机筒温度升高，物料中淀粉分子获得更多能量，造成淀粉分子间氢键的断裂和淀粉分子的熔出，物料糊化度上升5-6大米-牛肉挤压膨化产品膨化度机筒温度从140 增加到180，产品的膨胀度先增大后减小，最佳机筒温度170 机筒温度太低，熔融物料黏度较高，产品膨胀度降低，挤压温度太高，又会使物料黏度过低，水蒸气太多，蒸汽压力使气孔破裂，膨胀度降低12喂料速度双螺杆挤压鸡肉混合物糊化度喂料速度增大，糊化度增大，喂料速度超过一定范围时，糊化度减小，最佳喂料速度30 r/min喂料速度较小，螺杆搅拌速度不明显，物料中水分分散不均匀，糊化不完全，喂料速度过快，物料黏度下降，流动性增强，物料在滚筒内不能吸收足够热量被挤出，糊化度将低5物料粒度鸡肉淀粉膨化食品糊化度物料粒度过大或过小都会导致糊化率下降，最佳物料粒度1216目物料粒度过小，物料与物料之间，物料与膨化机构件之间摩擦力小，温度较低，造成糊化率降低；物料过大，在机内挤压混合不均匀，颗粒还未挤碎，受热不均匀，糊化也不均匀，从而导致糊化率降低6物料湿度鸡肉大米/鸡肉淀粉/香芋猪肉膨化食品糊化度物料糊化率与物料湿度呈现较平坦抛物线型关系，物料湿度过高或过低都会降低产品糊化度，最佳湿度鸡肉大米35%，鸡肉淀粉18%22%，香芋猪肉15%水分少时，热量不平衡积累，物料湿度增加，淀粉和蛋白质吸水增加，物料与挤压膨化机构件间摩擦力增大，物料在机内停留时间增加糊化率升高。物料湿度继续增加，物料中水分充当润滑剂，物料与挤压机构件间摩擦力急剧下降，温度下降使物料未能充分糊化7牛肉玉米淀粉/大米-牛肉挤压膨化产品膨化度产品湿度增加，膨化度先增加后减少，水分太少太多都会造成膨化度降低，最佳湿度牛肉玉米淀粉24.08%，大米-牛肉17%水分增加可以使产品内参加闪蒸的水量增加，使产品的膨化度较高，水分过高，挤压产品表面粗糙，产生的蜂窝状空隙不均匀，一部分水蒸气不能及时放出，残留后凝成水蒸气，使产品膨化率降低12-13螺杆转速鸡肉大米/香芋猪肉膨化食品糊化度螺杆转速与糊化率呈抛物线型关系，且有一极大点，最佳螺杆转速鸡肉大米220 r/min，香芋猪肉45 Hz螺杆转速增大，有利于提高挤出物的糊化率，但当螺杆转速过高时，螺杆转速增加使物料在机筒内停留时间缩短，物料在机筒内未能充分混和、相互摩擦、且受热时间变短，因而未能充分糊化8大米-牛肉挤压膨化产品膨化度螺杆转速在140 r/min到180r/min，产品膨化度先增大后减小，最佳转速160 r/min较小的螺杆转速不能使物料得到较大的剪切力，从而影响产品的膨胀度，增大螺杆转速可以使剪切力加剧，降低物料黏度，增大膨胀度。但是螺杆转速太大又会使物料机腔内的滞留时间较短，不能充分组织化，得不到理想的膨胀度12肉粉含量鸡肉淀粉/大米-牛肉挤压膨化产品糊化度物料组成中鸡肉含量增加，糊化率先增后减，鸡肉比例超过50%时糊化率逐步下降物料中肉含量较少、淀粉含量较多且湿度不变时，肉蛋白质和淀粉交联程度低，吸收水分少，在低水分时难以达到充分糊化要求，肉含量增加，挤压膨化机内摩擦力增大，温度升高，物料糊化率上升。肉含量过高，肉蛋白质将淀粉颗粒包裹且在挤压过程中变形并充分融熔，吸收部分热量，使得机内温度降低，糊化率下降34未来挤压膨化肉制品研究还可从以下几个方面进行：(1)开发更多挤压猪肉、牛肉休闲制品，参考谷物挤压膨化的相关研究，分析辅料中淀粉等关键因素对挤压肉制品的影响以选择更多适用辅料。(2)目前挤压肉制品工艺评定标准主要体现在硬度、脆度、糊化度、膨胀度等感官指标，建议增加营养学分析，参考肉类脂肪替代物相关领域的研究，开发适应更多特殊人群(如高血压人群)的低脂肪膨化肉制品等新产品。(3)尝试将挤压膨化技术与其他肉类加工技术(如传统炸制)结合生产口味更好、营养价值更高的挤压膨化肉制品。参考文献：1叶琼娟,杨公明,张全凯,等.挤压膨化技术及其最新应用进展J.食品安全质量检测学报,2013,4(5):1329-1334.2孟如君,刘静,沈汪洋,等.挤压膨化技术在杂粮加工业的应用研究J.食品研究与开发,2021,42(7):189-193.3朱国洪,彭超英,尹国.食品挤压技术及最新研究进展J.食品与发酵工业,2000,26(4):59-62.4SURASANI V K R.Application of food extrusion process to develop fish meat-based extruded productsJ.Food Engineering 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