11.2.2 螺杆挤压成型

11.2.2.1 螺杆挤压机及产品类型

螺杆挤压机可使干物料一次性地完成混合、压缩、熟化和成型等过程。螺杆挤压的基本组成是加料装置、驱动装置、挤压套筒、螺杆、模板、加热系统、冷却系统和机架等部分组成。

从螺杆挤压机出来的产品大致分以下两种状态：

①通心面式的产品：由于这类产品通常是含湿量较高、密度较大，但有清晰的造型，因此这类螺杆挤压机常称为挤压成型机。挤压成型的产品，往往要经过后续处理，如干燥后炸制等，以得到最终的膨化产品，因此这样的产品又称为间接膨化法的产品。当然，通心面是不经过炸制的，所以不称为膨化产品。

②直接膨化的产品：这类挤压机是直接以大米、小麦、玉米或其制品等为原料生产出的产品，往往是多边形的低密度产品。这些产品可以不经碎化而直接食用(如干面包)，但常常经过碎化处理制成膨化粉产品。因此这种螺杆挤压机常称为膨化挤压机或膨化机。

螺杆挤压机因挤压用的螺杆是单根的或双根的又分为单螺杆挤压机和双螺杆挤压机。实际上，还可根据操作参数和机器结构上的差异将螺杆挤压机分成不同类型。表 11-1为几种典型食品挤压机的一般操作参数及应用范围。

表11-1 食品挤压机技术参数及应用范围

机型项目	成型挤压机	高压成型挤压机	低剪力蒸煮挤压机	高剪力蒸煮挤压机	膨化挤压机
食品原料的湿度/%	31	25	20～35	20	12
产品湿度/%	30	25	15～30	4～10	2
产品的最高温度/℃	52	80	150	180	200
螺杆径高比D/h	3～4	4.5	7～15	7	9
螺杆头数P	1～2	1	1	1～3	2～4
螺杆转速n/(r/min)	30	40	60～200	350～500	300
螺杆中的剪切率/s^-1	5	10	20～100	120～180	140
输入机械能/(kW·h/kg)	0.05	0.05	0.02～0.05	0.14	0.13
输入机械能热消耗部分/(kW·h/kg)	0.03	0.04	0.02～0.03	0.10	0.10
由机筒夹套传递的热量/(kW·h/kg)	(0.01)	(0.01)	0.04	0～(0.03)	0.0
输入给产品的净能/(kW·h/kg)	0.02	0.03	0.06～0.07	0.16～0.07	0.10
加工食品类型	通心粉面条	方便谷物食品	软的湿润产品、汤料	植物蛋白干燥谷类产品	各种膨化点心

11.2.2.2 挤压成型

疏松的食品原料从加料斗进入机筒时，随着螺杆的转动，沿着螺杆方向向前输送一段距离，称为加料输送段。与此同时，由于受到机头的阻力作用，固体物料逐渐压实，又由于物料受到来自机筒的外部加热，以及物料在螺杆与机筒间的强烈搅拌、混合、剪切等作用，温度升高，开始熔融，直至全部熔融，称为压缩熔融段。由于螺槽逐渐变浅，继续升温、升压，食品物料得到蒸煮，出现淀粉糊化、蛋白质变性等一系列复杂的生化反应，组织进一步均化，最后定量、定压地由机头通道均匀挤出，称为计量均化段。上述即为食品挤压成型加工的三段过程(见图11-22)。

图 11-22 挤压成型过程示意图

1—加料输送段 2—压缩熔融段 3—计量均化段

挤压机的模头(或称模板)是挤压成型的模具，其上面有使机内物料通过的模孔。模孔的形状可以根据需要做成各种图案，可以是实心的，也可以是空心的。但一般的模板都只能生产单一坯的产品。模板上的出料孔形状与数量是各不相同的。孔可做成多个，它们分布在一个圆周上。

只要更换机头模具的不同孔眼形状就可获得多种形状的食品。例如，通心粉面条、小甜饼干以及小颗粒食品等的挤压成型加工。所谓小颗粒食品是指挤压成型后的一种半成品，其重量一般在250～750mg，尚需进一步炸制加工成成品。在炸制加工过程中，小颗粒的体积以6～8倍的系数膨化，并失去水分，获得脂肪，结果导致平均质量增加25%。成型后的小吃食品，其平均含水量约为3%，脂肪含量约为30%。这种挤压产品的油炸膨化，也就是所谓的二次膨化工艺。

螺杆挤压机成型也可以生产夹心产品，方法是将通常的成型模换成注馅模板，如图11-23所示。模板固定在套筒顶端，模孔中心对准套筒中心。操作时，由螺杆挤压出来的物料通过模孔向外挤出时，固定于模板孔中心的注馅嘴也送来馅料流体。这样挤压的物料呈环状包住注馅料，两者一起被连续挤出，形成夹馅的膨化食品。需要说明的是，为了能正常地生产夹馅膨化食品，必须使挤压物料流量与注馅流量完全吻合相配才行，否则将造成馅料在挤压物料内的断断续续，时有时无。馅料经注馅嘴注入模板是通过适当压力泵(如螺杆泵)压入来实现的。注馅模板出料孔只能做成单个的，而且是在模板的中心位置上。

图11-23 注馅模板

这种成型机的结构和通常螺杆挤压机结构基本相同，不同之处是该机的挤压套筒是夹套式的，螺杆是空心的，可用水或油对套筒和螺杆进行冷却，带走因挤压物料而产生的热量，使物料离开模板时不致产生汽化作用，不发生明显的膨化现象，以保证通过模板出料孔而形成的复杂形状，这样经挤压成型的食品能制成各种形状的食品。