多功能挤出机，应对新型食品配方的挑战

　　作者：Aaron Hand

　　随着消费者对饮食健康认知的日益增强，追求更健康食品的趋势愈发明显。他们希望了解更多加工食品的成分信息，并且正在寻觅更为简洁明了的食品标签。

　　许多食品制造商都试图响应这一诉求，他们尝试通过调整配方，提供更为健康的食品选择。所有这些转变会对挤出工艺产生影响。挤工艺是许多食品的关键加工环节，广泛应用于零食、早餐谷物、植物基肉类替代品、宠物食品和零食等多种食品的生产中。

　　“消费者正在寻求尽少使用食品添加剂的产品。” GEA负责面食和零食加工技术的主管Davide Di Nunno提出了一项“清洁标签”策略，以简化成分列表。

　　消费者们同样也在寻觅低脂甚至零脂食品。Di Nunno表示：“我们正在开发替代方案，以生产不含脂肪的产品，例如非油炸零食和面条。”他还提到了其他健康饮食趋势，例如减少盐分、更高的蛋白质含量以及植物基产品。

　　这些消费趋势的变化对挤出工艺和技术产生重要影响。例如，若配方中使用任何新原料或配料，都必须对剪切力（产生高温并驱动挤出过程的力）重新进行评估。

　　“剪切力受到众多因素的共同作用，包括从原材料的特性到机器的设计，以及我们对机器的各项参数设置，比如温度、螺杆转速、模具设计、螺杆设计和筒体设计——这些因素都影响着挤出过程。”Di Nunno解释道。

　　首要考虑因素是原材料，以及它对挤出步骤中的剪切力会产生怎样影响。位于意大利Galliera Veneta的GEA技术中心能为客户提供试验服务，实验室首先会对原材料进行细致分析。“这些分析包括颗粒大小、纤维含量、纤维长度或溶解度、蛋白质含量、蛋白质溶解度、脂肪含量、灰分含量等，所有这些特性都会对挤出过程产生影响。”Di Nunno解释说，“所以，当我们减少脂肪用量或增加蛋白质含量时，这肯定会影响最终产品的质地。”

　　有些原料可能需要通过调整生产工艺来使用，而另一些原料则可能完全不适合使用。“比如，用于制作无麸质意大利面的玉米面粉就不适合用来生产零食。”Di Nunno解释道，“在意大利面的生产中，我们更倾向于使用较高比例的脂肪，因为脂肪的乳化作用有助于使最终产品的口感更接近传统意大利面。”

　　另一方面，在高能量挤出过程中，并不希望有过多脂肪，因为脂肪会受损并产生酸性物质，这将缩短最终产品的保质期。Di Nunno解释说，这也是使用鹰嘴豆蛋白挤出意大利面所面临的挑战之一。“鹰嘴豆的问题在于，它们的脂肪含量较高。这种高脂肪含量会阻碍我们正确地糊化和成型，从而导致最终产品的质地过为松散。”

　　有些GEA的挤出客户已经转向了一种创新的烘烤技术——一种功能类似于空气炸锅的工业烤箱，以替代用传统油炸方式生产零脂谷物和零食。

　　一家位于韩国的客户正在使用挤出技术制造颗粒，之后这些颗粒将利用烘烤技术进行膨化，从而为韩国市场打造出一款全新的早餐谷物。这是一种三层结构的巧克力麦片，用穿孔的薄片制成。“通常情况下，早餐谷物是直接膨化的，而不是通过颗粒间接膨化。”Di Nunno进一步解释道，“这些颗粒可以储存起来，并且可在需要时用热空气将其膨化，甚至可以在一个月后进行烘焙。这样做的好处是，你可以更有效地管理仓储，因为颗粒状态下的产品体积更小，密度更低。”

　　替代蛋白和新型配料

　　在植物基肉类替代品这一领域，正进行着大量成分试验。许多制造商已经不局限于使用传统的大豆或豌豆蛋白，而是开始探索包括鹰嘴豆、蚕豆、绿豆在内的多种其他蛋白质来源。

　　位于德国Königsbrunn的初创食品制造商Vemiwa Foods致力于开发无添加剂配方的植物基肉类、海鲜和乳制品替代品。该公司运用湿法挤出技术，将植物蛋白与水和油混合，从而赋予其肉类替代品独特的纤维质感。

　　尽管Vemiwa通常以豌豆和蚕豆等豆类作为其蛋白质来源，但同时也在探索其他蛋白质来源及组合。得益于其使用的科倍隆Coperion ZSK双螺杆挤出系统的灵活性，该公司能够研发和生产出基于不同类型蛋白质的创新植物基产品。

　　在高水分肉制品（HMMA）生产中，ZSK挤出机的产量可达到每小时250公斤。挤出机双螺杆的能量输入使得蛋白质在加工过程中更容易分解，从而提供更大的产品设计灵活性。该工艺段采用模块化设计，实现了最大程度的灵活性，所以只需简单改变螺杆和工艺配置参数，就能够迅速实现配方的更改与调整。

　　“借助这个系统，我们实现了足够的灵活性，这使我们能够轻松尝试新的配方或产品。”Vemiwa创始人Michael Walk Jr.说道，“这表示我们不仅可以进一步拓宽产品线，还能在委托加工挤出服务方面提供更多选择。”

　　随着食品开发者对各种蛋白质的消化性有了更多了解，他们还将进行更多研究以理解新原料在挤压配方中的反应。Clextral区域销售经理John Barber表示：“目前的趋势是，针对这些替代蛋白质以及超越传统豌豆和大豆等新成分的研发活动日益增多，将对未来配方和食谱产生影响。我们在美国佛罗里达州Tampa市的工厂是北美总部的试验工厂，在那里我们做了很多研发工作。”他补充说，Clextral还与客户以及原料供应商合作，共同研究新原料。

　　由于人造肉行业仅凭借生物反应器难以实现规模扩张，来自该领域的咨询日益增多。植物基配方和挤出技术可能成为解决方案的一部分。“他们的目标是通过挤出技术提升培养肉的味道、结构和质地。”科倍隆替代蛋白全球业务发展经理John Sheehy表示，“利用混合植物蛋白挤出技术，无论是豌豆、蚕豆、绿豆、扁豆，还是南瓜等，如何才能改善培养肉的质感和风味，并提高其生产效率？”

　　挤出技术有望赋予培养肉那种生物反应器无法提供的纤维结构，Sheehy补充说：“生物反应器中培育出的肉，如何才能获得与传统饲养的鸡或猪相同的风味和结构？那些肌肉组织之所以具有纤维质感，是因为动物运动所致。如果细胞是在生物反应器中培养的，那么这种纤维质感又如何能够形成？挤出技术会是否有助于我们将培养肉产品推向市场呢？”

　　在替代蛋白质中，另一个越来越受欢迎的趋势是昆虫蛋白，尤其是考虑到可持续性的因素。Sheehy提到：“目前市场上出现了黑蝇幼虫、蟋蟀、粉虫等昆虫蛋白，它们被用于生产动物饲料和水产饲料。这种生产方式完全不占用耕地，不消耗水资源，是实现动物饲料生产的可持续途径。”

　　并非仅仅用于动物饲料，昆虫蛋白也被应用于一些人类食用的烘焙产品中，例如用蟋蟀粉制作的薯片或薄脆饼干。Baker Perkins烘焙产品及挤出业务销售总监Katie Winkle补充说。科倍隆去年收购了Schenck Process Food and Performance Materials公司及其产品组合，其中包括Baker Perkins这个品牌。

　　技术升级

　　在替代蛋白的生产方面，科倍隆注意到需要对挤出后的模具技术进行调整，以确保达到预期的效果。Sheehy指出：“对于替代蛋白的生产，科倍隆在过去半年到一年中最重要的技术突破是改进了冷却模具技术。”

　　Sheehy补充道，冷却模具上现已集成了更多切割功能，使得客户能够在产品通过冷却模具时进行切割、刨丝或塑造特定形状。

　　高水分肉类替代品（HMMAs）的水分含量在60%到70%之间时，更接近真实肉类的质感，这就需要使用较长的模具。科倍隆北美食品和制药挤出领域的销售工程师Ed Beecher提到，组织化蔬菜蛋白（TVP）已经生产了很长时间，它在挤出成型过程中需要使用一个非常短的模具。“而对于最近出现的高水分肉类替代品，挤出机内部会进行强化混合和组织化处理，随后通过一个加长的冷却模具，有时长度可达10英尺。”他解释道，“模具内部产生层流，同时冷却挤出物。这便形成了类似肉类的纹理——就像烹饪鸡胸肉时，你可以轻易地将纤维剥离开来。”

　　在提升纤维质感的同时，设备制造商也在努力提高产量。Sheehy指出：“现在的产量可以达到每小时1000公斤，而在以前，能达到每小时300到400公斤就已经很不错了。”

　　Baker Perkins部门将提高产量的主要精力集中在给料系统上，几年前他们开发了适用于工业化生产的MAX3给料系统，该系统使得所有配方的产量提升了高达34%。Winkle提到：“我们通过重新设计给料口和机器中的一些初始给料螺杆，在某些情况下成功实现了产量的翻倍。”她解释道，“我们的目标是利用现有技术，帮助客户实现更大规模和更高产量，从而提高他们的投资回报率。”

　　Barber表示，Clextral近年来的大多研发工作都集中在提升控制和自动化技术上，尤其是公司的Fitys+ V3控制系统。这套软件能够全面管理挤出过程的各个任务，包括自动化启动和关闭程序。

　　借助大数据和自主学习技术，该系统能够实时监控生产过程，并及时向客户通报设备可能出现的问题。“随着时间推移，它将变得更加高效，并且能够学习到新的方法，用于预防性维护、故障排查以及提升生产率和自动化水平。”Barber说道。

　　挤出技术为多种应用提供了一个多功能平台，这种灵活性在许多新产品推出中占据了重要位置。Clextral最近与一家客户合作，该客户在同一条挤出生产线上同时生产甜和咸两类产品——这在行业中并不常见。Barber指出，实现这一点需要拥有正确的生产线配置和布局设计，以及适当的辅助设备。

　　Clextral的Fitys自动化系统同样发挥着重要作用，他补充道：“在给食品涂裹糖衣时，你通常会先涂覆糖衣后进行干燥。但对于像奶酪膨化食品这样的咸味小吃，流程则完全相反——你需要先干燥再涂层。因此，当挤出物料从挤出机中出来时，系统需要做出智能判断：应该先涂层后干燥，还是先干燥再进行涂层？”

　　科倍隆的ZSK挤出机采用模块化设计，为生产线带来了极大灵活性，Beecher强调。用户可以以相对较低的成本更换工艺段的不同部分或调整外围设备，而不是购买全新系统。“这可能是一台价值百万美元的设备，但你可能只需要投资3到4万美元就能对配置进行修改，从而提升产量。因此，作为模块化设计，它具有很强的适应性。”

　　“在我看来，挤出机是最为多功能的设备之一。”Winkle表示，“你能用它来生产从替代蛋白质到零食等各类产品。你甚至可以生产配料，比如尝试挤出某种将用于其他用途的面粉。这台机器本身极具通用性。”

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