膨化技术在杂粮食品中的研究与应用进展

引用格式

李悦悦,魏文文,田洋,等.膨化技术在杂粮食品中的研究与应用进展[J].农产品加工,2025,(04):74-78.

基金项目

鞍山师范学院国家级大学生创新创业训练计划项目（202110169024）；鞍山师范学院校级大学生创新创业训练计划项目（202410169059）。

摘   要

结合杂粮及杂粮制得的膨化食品特点研究，综述了膨化技术在杂粮食品中的应用及其对杂粮食品品质的影响、膨化食品的质量安全问题与应对策略等，为杂粮膨化食品的加工提供参考。

关 键 词

杂粮食品；膨化技术；研究；应用进展

正   文

杂粮通常指除稻谷、小麦以外的谷类和豆类作物^[1]，如玉米、高粱、燕麦、小米、青稞、藜麦、红豆、绿豆等。在日常饮食中，人们热衷于食用小麦、稻米等细粮，但从营养学角度看，要遵循平衡膳食原则，摄入细粮的同时还要适当摄入杂粮，因为杂粮中一些微量营养成分含量高于细粮，如维A、维E、Na、Ca、Fe的含量高于小麦、稻米，且膳食纤维含量甚至达到小麦、稻米的7~10倍。同时，杂粮能够促进短链脂肪酸（SCFAs）的释放，增强肠道微生物菌群多样性，增加乳酸杆菌和双歧杆菌的相对丰度，有助于其抗肥胖活性^[2]。此外，杂粮能通过影响细胞周期阻滞和细胞凋亡预防肿瘤发生，通过阻断炎症信号保护心血管系统^[3]，有望成为预防患病个体慢性低级别炎症（CLGI）的食物资源^[4]，在食品工业中发挥着关键性的作用，具有较大开发利用价值。

膨化食品是利用油炸、烘焙、微波、挤压等膨化技术加工制得的一种休闲食品，具有一定膨化度且口感酥脆、口味特别、携带方便，备受市场消费者喜爱。伴随生活水平的提升，消费者对休闲膨化食品的品质要求逐渐提高，此类食品已从低端型、温饱型、嗜好型向风味型、高端型、享受型转变^[5]。结合杂粮及膨化食品特点，综述杂粮食品的膨化技术及其对杂粮食品品质的影响、膨化食品的质量安全问题与应对策略等，以期为杂粮膨化食品的开发与应用提供参考。

1   杂粮食品的膨化技术

1.1   油炸膨化

油炸膨化利用油炸方法提高食品的膨化度，可很好地消灭食品中的微生物，是最古老的膨化方法之一。兰向东等人^[6]对玉米粉进行挤压及油炸处理，在原料蛋白质含量6.0%~7.0%，油脂含量2.4%~ 2.9%，水分含量12%~14%的条件下，生产出玉米味浓郁、口感酥脆的油炸膨化玉米片。魏登^[7]研究糯玉米油炸膨化休闲食品，当面粉和糯玉米配比1∶1，膨化温度140 ℃，膨化后冷却20 min，糯玉米含水量为5.3%时，所得产品呈金黄色，膨化效果好，口感香、酥、脆。黄亮等人^[8]研究蕨根、葛根和马铃薯淀粉油炸膨化食品，食盐2%，碳酸氢钠0.2%~ 0.5%，蔗糖6%，油脂5%，添加适量甜味剂时口感较好。

1.2   烘焙膨化

烘焙膨化又称烘烤，是一种生产低油膨化食品的膨化技术。邹国文等人^[9]研究膳食纤维杂粮面包发现最优配方为高筋粉50%，杂粮皮粉2.3%（红薯皮粉∶绿豆皮粉∶黄豆皮粉为5∶3∶2），绵白糖13.1%，酵母0.4%，改良剂0.2%，奶粉0.3%，水21%，鸡蛋6.6%，黄油5.2%，食盐0.5%，烘焙20 min时品质极佳。杨萍等人^[10]对黑苦荞壳在最优烘烤时间12 min，温度75 ℃，铺盘厚度1.4 cm测定，黑苦荞壳总黄酮含量为9.1 mg/g，总酚含量为38.9 mg/g，随着烘烤温度和时间的增加，导致黄酮和总酚含量下降。但没食子酸含量最高为14.10 mg/g，与未烘烤组比较，增加了30.4%。可见，经过烘焙处理后，黑苦荞壳的部分生理活性成分可得到更好地释放，以利于人体吸收。ASHRAF K等人^[11]研究烘焙杂粮食品的抗氧化潜力发现，在非理化性质和营养角度方面，可用60%玉米+ 20%全麦+ 10%杂粮+ 10%豆类的混合物在烘焙法下制备出品质更好地杂粮薯片。

1.3   微波膨化

微波膨化是利用微波辐射加热使物料中水分汽化，经淀粉糊化、蛋白质变性后水分变成蒸汽，物料组织发生膨化，经微波膨化后食品具有多孔和蓬松结构^[5]。刘洋洋等人^[12]研究发现，厚度2.0 mm的木薯片，经60 s沸水漂烫及15%水分含量下进行预处理，通过1.35 kW的真空微波处理85 s得到最佳木薯产品，其膨化率达157%。沈秋霞等人^[13]采用微波膨化技术制作甘薯鱼糜脆片，以鱼糜与甘薯泥总质量为基准，添加糯米粉30%，植物油4%，以2∶1的配比添加小苏打和碳酸氢铵1.0%，在500 W功率下微波膨化120 s，制得外形完整、色泽纯正、口感酥脆的甘薯鱼糜脆片。李佳等人^[14]研究发现，添加6%的麦麸，在微波功率1 000 W，微波时间55 s条件下制备的麦麸米饼结构疏松、口感最佳。韦强等人^[15]对不同品种甘薯进行微波膨化处理，微波强度在2.3 W/g，膨化时间50 s条件下制得甘薯脆片色泽、口感、质地俱佳，膨化效果好。付亚丽^[16]研究微波膨化荞面糯米饼发现，荞面添加量6%，食盐添加量3%，麦芽糖醇添加量2%，饼坯厚度20 mm时米饼膨化度最大。苏靖元等人^[17]对纳豆、豆豉和豆酱进行研究发现大豆发酵制品具有拮抗高血脂的功效，膨化后的纳豆、豆豉和豆酱可有效拮抗高脂膳食引起的高血脂。薛瑞珂等人^[18]研究微波膨化爆裂玉米在馒头中的应用，发现当爆玉米花粉添加量为15%时，在保留馒头品质的同时，其风味有显著提升。

1.4   挤压膨化

挤压膨化，因其膨化后的产品具有种类丰富、营养成分的消化和保存率高等特点，是食品膨化技术中应用最广泛的一种。贺也^[19]以黑米、燕麦、红豆3种杂粮为主要原料，采用FMEH 36型双螺杆挤压膨化机挤压膨化制得方便杂粮粉，研究表明，挤压膨化原料基本配方为黑米∶燕麦∶红豆配比7∶2∶1，采用最佳挤压膨化工艺得到的杂粮粉膨化度5.21，吸水性指数5.03，具有良好口感和丰富营养。ZAPANA F等人^[20]通过喷枪、挤压和微波膨化研制淀粉壳聚糖涂层的膨化藜麦产品，研究发现喷枪膨化的最佳工艺条件是时间780 s，压强1.31 MP，挤压膨化的最大转速为500 r/min，时间为180 s，微波膨化工艺是水分含量18%~20%，微波膨化时间60 s，微波膨化功率1 200 W。喷枪膨化和挤压膨化生产出的藜麦品质较高，营养流失少，蛋白质可利用度较高。祖园等人^[21]研究干法挤压苦荞粉复配红豆粉，发现当苦荞粉添加量70%，物料水分35%，机筒膨化温度145 ℃时，复配苦荞粉的感官品质达最佳。郭新月等人^[22]将含水量27%的燕麦麸皮经过挤压处理，机筒末端温度170 ℃，主机转速22 Hz，喂料速度21 Hz时，膨化度最佳达到134.4%，且挤压后的燕麦麸皮更易消化。孙维宇等人^[23]联合挤压膨化与发酵处理速食米粉，通过破环淀粉结构、降低米粉的糊化热焓值及A -型结晶度，从而改善米粉的冲调性和增加自然的香气成分。这些研究的结果相似，都增加了营养成分的消化吸收率和保存率。

1.5   其他膨化

1.5.1   湿法膨化

湿法膨化是将米糠与喷入膨化机内的蒸汽直接混合，经过挤压、揉搓、剪切等机械作用和喷入蒸汽的湿、热等作用后，从模板处挤出。傅山铖等人^[24]采用湿法膨化对米糠进行冷干加工，抑制了米糠的酸败，延长了贮藏期，提高了经济效益。

1.5.2   压差膨化

压差膨化技术是利用相变和气体的热压效应原理的一种新型食品加工技术，该技术生产的食品在保持原有风味、营养及色泽的同时，还具有天然无污染、酥脆可口、食用便捷和便于贮藏等优点，深受食品加工产业的青睐^[25]。JIANG Ning等人^[26]在单因素试验的基础上，采用三因素二次回归旋转组合设计，对甘薯薯片膨化工艺进行优化。当膨化温度91 ℃，真空干燥温度75 ℃，真空干燥时间47 min时，甘薯薯片品质最佳，还可为压差膨化甘薯薯片的大规模工业化生产技术提供依据。王丹丹等人^[27]采用压差膨化技术制备鱼糜-淀粉脆片，研究表明在鱼糜添加量25%，油脂添加量5%，食盐添加量1.2%，白砂糖添加量1.2%，干燥时间3.5 h的条件下，该脆片的膨化度、硬度及色泽均为最佳。

2   膨化技术对杂粮食品品质的影响

2.1   油炸膨化技术对杂粮食品品质的影响

张媛^[28]在加工油条过程中研究发现，油炸过程中蛋白质巯基含量减少，二硫键增加，蛋白质骨架更稳定。油炸膨化处理使蛋白质具有稳定结构，不易吸收消化，导致消化不良，同时油炸食品使人体摄入了更多的油脂，不符合当代低油低脂的生活理念。冯佳奇等人^[29]研究小麦淀粉与谷蛋白质量比为11∶1时，油炸后谷蛋白的变性和小麦淀粉糊化程度最高，形成的淀粉凝胶层强度最高，有效减少外裹糊鲢鱼鱼糜块表面油脂的渗透。

2.2   烘焙膨化技术对杂粮食品品质的影响

杨萍等人^[10]对比烘烤与未烘烤处理的黑苦荞壳发现，灰分、粗脂肪含量增加，水分、粗蛋白含量减少，黄酮和总酚含量下降，没食子酸含量增加。张倩芳等人^[30]研究发现，经过烘培处理，青稞总膳食纤维含量（TDF）基本不变，可溶性膳食纤维（SDF）略微升高，半纤维素略微下降。由此可见，烘焙条件会影响到营养成分和生理活性成分的含量，烘焙方式越简单，越能最大程度地保留物料的各营养成分。ALEKHINA N N等人^[31]研究基于生物活化小麦谷物的“Chernyaevskaya”烘焙混合物在储存过程中的特性变化、储存期与谷物面包品质之间的相关性。结果表明，在储存6个月后，混合物的滴定酸度几乎无变化，蓄水量、体积和休憩角都有增加，总细菌含量略有增加，水分活性及其抗氧化活性下降。

2.3   微波膨化技术对杂粮食品品质的影响

WANG X等人^[32]采用微波膨化技术处理新鲜膨米籽粒，降低其硬度和咀嚼性的同时提高了体外消化率，制得高品质的新鲜膨米籽粒。有研究发现，随着微波膨化爆裂玉米花粉添加量增加，面糊抗老化性和热稳定性增强，面团流变学特性变差，馒头比容减小，硬度和咀嚼性增加，挥发性风味物质的种类明显增多，并检测出特征性风味物质。张倩芳等人^[30]发现，微波膨化处理后的青稞麸皮，半纤维素向SDF的转变，促进人体消化吸收，且微波膨化处理后能更好地保留食品中的蛋白质、维生素和其他营养成分。因此，在杂粮膨化食品工业中具有广阔的应用前景。

2.4   挤压膨化技术对杂粮食品品质的影响

挤压膨化技术是一种高温、高压、强剪切力的食品加工技术。物料在加压机中通过高温高压从模头中挤压出来时压力温度降低、水分汽化、体积增大、原料膨化为海绵结构、易吸收水分^[33]。郭新月等人^[22]发现挤压处理后的燕麦麸皮，其蛋白质、灰分含量无显著变化，粗脂肪与粗淀粉含量下降，挤压可显著提高麸皮快消化淀粉含量和水溶性。张光等人^[34]证明，膨化处理能有效提高米糠中SDF的含量和米糠膳食纤维的持水力与持油力。LUO S等人^[35]研究，在一定挤压膨化条件下对红扁豆零食的物理、机械及微观结构特性的影响。结果表明，以N2为发泡剂的挤压膨化物细胞分布更均匀。此外，挤压物的硬度增加，脆度降低。NATABIRWA H等人^[36]研究表明，应用挤压技术生产富含铁的豆类和普通主食的混合物，可提高食品价值。凌彬等人^[37]采用双螺杆挤压膨化机对麸皮进行处理发现，膨化后麸皮的水分、灰分和蛋白质含量无显著性变化，淀粉和脂肪含量发生显著性的下降，膳食纤维含量大幅上升。方芳等人^[38]经体外消化试验和体外酵解试验发现，挤压膨化后藜麦的总淀粉和蛋白质含量无明显变化，其脂肪、直链淀粉、TDF及不溶性膳食纤维（IDF）含量明显下降，但SDF含量明显增多。挤压单一杂粮或在其中添加功能性物质都可能降低消化率。HASHEMPOUR-BALTORK F等人^[39]研究加入不同水平芝麻粉生产膨化玉米零食，发现在10%和15%的芝麻粉水平下，所有样品中的油酸含量显著增加，棕榈酸含量显著降低，γ-生育酚、酚类化合物、芝麻素的含量均显著增加。韩玲玉^[40]研究多谷物共挤压对消化率的影响，发现谷物中脂肪含量较多，有助于形成淀粉脂肪络合物，膳食纤维含量较多能有效增加消化体系黏度，两者均可降低淀粉体外消化率。冯进等人^[41]研究蚕豆粉、荞麦粉和魔芋精粉混合挤压膨化，其体外消化结果表明消化液黏度增加，消化酶和产物扩散速率变慢，消化速率降低。WANG J J等人^[42]将添加紫薯粉的大米进行挤压膨化发现膨化粉呈现出较低的血糖生成指数（eGI值），结构特性也有所改善。霍瑞等人^[43]对燕麦玉米混粉中添加5%魔芋粉后进行挤压膨化处理发现蛋白质损失较少，脂肪及快消化淀粉含量降低，消化速率缓慢。由此可知，挤压膨化后的食品SDF含量均有所提升，且SDF具有促进肠胃蠕动、调节肠道pH值、增加饱腹感、减缓肠道对油脂的吸收等作用，是目前食品加工技术最好的途径之一。

2.5   压差膨化技术对杂粮食品品质的影响

LEE H J等人^[44]研究了等温压差膨化工艺对减少大米和燕麦中赭曲霉毒素A（OTA）的影响，发现此膨化工艺可显著降低大米及燕麦中的OTA，可为杂粮零食的商业生产提供理论支持。LI S等人^[45]研究，压差膨化对荞麦粉糊化特性的影响，结果表明压差膨化处理益于面条的质构特性及感官评价，而面条的蒸煮损失率和断条率分别降低到16.31%和6.28%。压差膨化预处理后的面条中淀粉晶体结构更加致密，持水性增强，降低了面条的体外消化率。快速消化淀粉水平降低到15.6%，慢速消化淀粉和抗性淀粉水平分别提高到21.6%和62.8%，这使得荞麦面条对改善糖尿病具有积极作用。

3   膨化食品的质量安全问题与应对策略

3.1   质量安全问题

膨化食品中，食品添加剂、重金属及微生物超标会导致严重的食品质量安全问题。目前，市场上有许多不良商家在制作膨化食品时滥用价格低廉但效果显著的食品添加剂，如防腐剂中山梨酸钾和苯甲酸钠，甜味剂中的糖精钠、安赛蜜、甜蜜素及含铝膨化剂等。当人体长期摄入此类防腐剂和甜味剂会导致肠胃消化功能和肝脏代谢功能下降，新陈代谢紊乱^[46]；世界专家委员会及欧洲食品安全局认同，铝每周允许摄入量小于1 mg/kg。我国规定面食中铝含量不宜高于100 mg/kg^[47]，若儿童长期食用铝含量超标的膨化食品会影响生长发育，危及智力发育^[48]。长期摄入含铝膨化剂超标的食物会导致人体大脑损伤，反应迟钝，儿童则会发育缓慢^[49]。铅是世界上生物毒性较强的重金属之一，也是膨化食品中常见的重金属污染物之一。有研究发现，20岁以下人群血铅超标率为18.48%^[50]，人体铅摄入超标会对大脑和神经系统造成严重损害，引起贫血、食欲不振、神经衰弱等症状。一些厂家不遵守生产规范，忽视工作场所卫生的监督，在产品的包装、储存和运输过程中，日常清洁和消毒不适当，导致食品被污染。根据《食品安全国家标准膨化食品》（GB 17401—2014），膨化食品菌落总数不得高于10 000 CFU/g，大肠菌群限量指标不高于90 MPN/g，其中致病菌不得检出。若食品中微生物超标会加速食品腐败变质，从而引起食用者食物中毒，严重时会威胁生命^[49]。

3.2   应对策略

政府要建立全程追溯制度，加强相关部门监督频率，对违反《中华人民共和国食品卫生法》销售假冒伪劣商品、严重威胁消费者利益的违法生产经营者予以惩治，维护消费群体权益，保障人民群众健康^[51]。企业要加强对食品原料质量的严格控制，升级食品加工技术，逐步形成更完整、更可靠的现代食品监测技术体系。个人应加强食品安全及卫生意识，掌握一定的食品卫生知识和鉴别手段，加强法律意识，参与食物安全监督，运用法律维护自身利益，发现违规产品及时向相关部门反馈。

4   结语

杂粮食品不仅品种繁多、营养价值丰富，还兼具多种生理功能。膨化食品因口感酥脆、原材料丰富、口味繁多等优点深受人们喜爱，而膨化食品存在的质量安全问题也是人们较为担心的，未来膨化技术应该向安全、健康、节能的方向改进，避免出现质量安全问题。杂粮产品与膨化技术的结合，不仅满足消费者对休闲食品的向往，更增加其营养价值，在丰富杂粮产品多样性的同时还促进了膨化技术的发展。

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