早餐谷物是以谷物——玉米、大米、小麦、燕麦等为主要原料加工成加入牛奶（冷食）或稍煮沸片刻（热食）就可食用的早餐食品。早餐谷物是挤压技术最早应用于商业化的领域之一，至今仍是市场十分流行的食品，其商业上所占比重很大。目前各类食品中有15%的食品加工与挤压技术相关。
挤压加工技术作为一种经济实用且连续的新型加工方法广泛应用于食品生产中，并得到迅速发展。与传统生产工艺相比，加压加工极大的改善了谷物食品的加工工艺，缩短了工艺过程，丰富了谷物食品的花色品种，降低了产品的生产费用，减少了占地面积，大大降低了劳动强度，同时也改善了产品的组织状态和口感，提高了产品的质量。
本文着重对挤压加工技术的发展，挤压加工技术的原理和特点，单螺杆和双螺杆挤压机的对比，以及挤压加工中各参数对早餐谷物产品的影响进行了论述。
挤压加工技术的发展
20世纪30年代末期，首次把挤压机应用于方便食品谷物的生产中，1936年第一台应用于谷物加工的单螺杆挤压蒸煮机问世，并在该行业中取得成功，第一次生产出了膨化玉米圈。日本在第二次世界大战期间，就用挤压方法加工米、麦，再经过压制成型作为军粮。
40年代末期，随着挤压技术的发展，种类繁多的大量方便食品、即食食品、小吃食品、断奶制品、儿童营养米粉等挤压方便产品相继问世。美国用挤压式膨化机生产出小学生可见食品，深受欢迎。
50年代初，迅速发展的挤压蒸煮由于省时省力，很大程度上取代了当时的饼干焙烤。在这段时间内，美国第一次将单螺杆挤压机应用于干的宠物膨化食品加工中。
60年代中期，挤压机进一步发展完善，应用HTST（高温高压短时杀菌）挤压机对食物进行有效热处理、杀菌、钝化酶活力，证明了挤压手段对营养成分破坏较少。同时，挤压快餐食品快速发展起来。挤压加工技术应用领域由单纯生产谷物食品，发展到生产家畜饲料、鱼类饲料、植物组织蛋白等。
到了70年代，许多国家纷纷展开挤压机理的探讨，进一步研究各种谷物及蛋白类食品在挤压过程中发生的一系列变化，以及挤压食品的营养与吸收问题。
挤压技术在新领域中的应用又有了扩展，如应用于水产品、仿生制品、调味品、乳品、糖果巧克力、方便面等食品的加工，以及其它多种领域的应用。近年来，国外挤压食品已成为单独一大类方便食品，有主食类、早餐类、儿童食品、各种小食品等方便食品。
1980年美国学者研究了挤压快餐食品的风味与色泽。在挤压食品中使用部分色素及风味剂，是挤压食品更具吸引力。挤压食品作为方便食品，省时省力，还可以作为保健食品，给人们健康带来益处。同时，挤压技术不但可以应用于饲料加工工业，而且可以应用于发酵工业当中，如日本还用挤压原料制曲酒、制豆腐，用挤压谷物腌咸菜等。
从70年代中期开始，尤其是近几年来，我国用挤压方法来生产食品得到了很大的发展。随着人民生活水平的提高和饮食结构的变化，随着对挤压机理研究的不断深入和新型挤压设备的研制开发，挤压食品的品种和产量将会日益增多，并朝着高效节能，产品风味多样化和美味方向发展。同时，在挤压过程中，对于原料成分变化的检测方法也得以扩展，如DSC，RVA（快速粘度测定）等。
加工早餐谷物的直接膨化挤压与间接膨化挤压两种方法的比较
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挤压加工技术的原理和特点
食品挤压加工概括地说就是：将食品物料置于挤压机的高温高压状态下，然后突然释放至常温常压，使物料内部结构和性质发生变化的过程。挤压加工方法是借助挤压机螺杆的推动力，将物料向前挤压，物料受到混合、搅拌和摩擦以及高剪切力的作用，使得淀粉粒解体，同时机腔内温度压力升高，然后从一定形状的模孔瞬间挤出，由高温高压突然降至常温常压，其中游离水分在此压差下急剧汽化。蒸发的动力是产品中水的蒸汽压力和环境空气中部分水蒸汽的压力之间的差值。膨化的瞬间，谷物结构发生了变化，变成片层状疏松的海绵体，谷物体积膨大几倍到十几倍，结构的形成主要是因为加热蒸煮时水蒸气的释放，以及挤压时压力的释放。
挤压加工过程可以简单的分成三个部分：当疏松的原料从加料斗进入机筒内时，随着螺杆的转动，沿着螺槽方向向前输送，这一部分称之为加料输送段；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，这一部分称之为压缩熔融段；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，脂肪、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、定压的由机头通道均匀挤出，最后这一部分称之为计量均化段。
挤压机是连续化操作的核心。当原料进入挤压机，先进入加料输送段，混合和剪切过程就开始进行了。接下来，原料进入压缩熔融段，挤压机开始对原料加热，加压，使原料成为熔融状态。最后，在挤压结束的时候，原料进入计量均化段，对原料降温，形成新的挤压产物。
针对早餐谷物，挤压加工技术还可以分为两个不同的方式：直接膨化挤压与间接挤压膨化两种，两种略有区别的工艺流程比较如图2所示，直接膨化挤压生产早餐谷物的工艺流程图如图3所示。
直接膨化挤压生产早餐谷物的工艺流程图
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挤压加工有许多的特点：
1．应用范围广；2．生产效率高；3．原料利用率高，无污染；4．营养损失小，有利于消化吸收；5．口感好，食用方便；6．不易回生，便于贮藏。
挤压加工技术可以应用于加工谷物食品、方便食品、乳制品、肉类制品、水产制品、调味品、糖果制品、巧克力制品等许多食品生产领域；挤压加工的能耗仅是传统生产方法的60-80%；挤压加工是在密闭容器内进行，不会产生浪费和向环境排放废水和废气；挤压加工是高温短时的过程，所以食品营养成分几乎不被破坏。
挤压加工中各参数对早餐谷物产品的影响
为了得到最佳的最终产品，控制挤压加工中的参数是十分重要的。为了很好的理解挤压加工中的参数，我们可以将加工过程中的参数分为两大类：独立参数和从属参数。
独立参数是指那些在挤压加工中操作人员可以直接控制的参数，这些参数包括：（1）干燥方案；（2）干燥速度；（3）在预处理器中所添加的水分；（4）在预处理器中所添加的蒸汽；（5）预处理器的轴速度；（6）预处理器的结构；（7）在挤压机中所添加的水分；（8）在挤压机中所添加的蒸汽；（9）挤压机构造；（10）挤压机轴向速度；（11）挤压机腔体中热的流体的温度；（12）模的构造。
从属参数指那些因为改变一个或多个独立参数而导致发生变化的参数，这些参数包括：（1）预处理器中的停留时间；（2）预处理器中的温度；（3）预处理器中的含水量；（4）挤压机中的停留时间；（5）挤压机中的温度；（6）挤压机中的含水量；（7）挤压机中的压力；（8）输入挤压机中的机械能。
在所有参数中，最终产品的所有特性几乎都是被四个关键加工参数所直接影响的。这些参数，以及这些参数对原料的总影响将会决定我们所期望的最终产品的质量，这些参数如后页表1所示。
SME是一个重要的加工参数，它被用来调整挤压蒸煮的条件（螺杆速度、水分含量、螺杆构造等）以及产品的转化（吸水率，WAI；水溶率，WSI），所以可以适当的优化和放大加工过程。水分对SME的影响最大，其次是温度。
如果所有的关键参数都能保持稳定，那么就能够保证可以连续生产质量一致的产品了。
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挤压加工中各参数对早餐谷物产品的影响
（1）水分：水分在挤压蒸煮加工中是一种非常关键的催化剂。水分以蒸汽的形式进入预处理器或挤压机腔体，并为蒸煮过程带来了额外的能量，这将会增加生产能力，并降低所需要的驱动功率。对于淀粉的糊化和蛋白质的变性，水分的存在是必需的。在允许限度内提高水分含量，可以降低加工所需的能量。水分以蒸汽或热水的形式加入预处理器以软化谷物颗粒，减小磨损，这可以减少操作能耗。
实验证明了，在蒸煮挤压过程中，利用双螺杆挤压机将会减少甚至不需要加入水分进入到干物料中就能进行挤压蒸煮操作。根据经验，双螺杆挤压可以在低水分含量情况下进行。
然而，许多研究已经证明，当挤压腔体内的水分含量低于20%时，食品加工的经济性就很差了，而且营养损失也增大了。在低水分含量下进行挤压操作，将会导致不期望成分——糊精的生成，糊精的生成会造成输入剪切能量的增加。而且，低水分含量下进行挤压操作，也会加速维生素的损失和有效氨基酸的减少。挤压装置要能延长蒸煮时间，提高湿度，保持中等温度和降低剪切力，产品质量更佳。
（2）螺杆速度：所谓螺杆速度就是指螺杆围绕着螺杆轴旋转的速度，螺杆速度也是挤压加工操作中一个非常重要的参数。物料在挤压机中的停留时间取决于螺杆速度，螺杆旋转越快，物料向前推进的速度也就越快，物料在挤压机中停留的时间就越短；反之亦然。
物料在挤压机中受到高温高压的作用，停留时间越短，所受到的这种作用就越小。高温高压可以引起原料中蛋白质的变性，淀粉的糊化，以及各种营养成分的损失，如维生素等。螺杆旋转速度升高，物料在挤压机腔体内停留时间减少，这样蛋白质变性和淀粉糊化的程度减弱，这对于产品中蛋白质和淀粉的可消化性不利，但因为停留时间短，物料所受高温高压作用小，营养成分得到了保留。
在加压过程中，剪切力是改变蛋白质营养价值的最主要因素，而且高的剪切力将导致产品吸水快，产品变湿，发粘、口感变差，并且风味古怪。剪切力的改变可以通过改变螺旋速度来改变，提高螺旋速度可以降低剪切力。所以，在挤压加工中，选择恰当的螺杆速度是必要的。合适的螺杆速度，加工出的产品的营养价值就更高。
（3）温度：挤压机腔体内的温度也是挤压加工操作中的一个很重要的因素。众所周知，温度显著的影响蛋白质的变性、淀粉的糊化，温度越高，蛋白质变性和淀粉糊化的程度就越高；但同时温度越高，原料中营养成分的损失就越大，特别是挤压可以破坏微生物组织，可以破坏热不稳定抗营养成分，这不利于产品的质量。温度越高，提供给系统的热能就越高。温度的控制可以通过加入水分来进行调节。
展望
作为一种简单的连续性的成形方法，挤压加工技术已成为早餐谷物生产必不可少的部分，在目前的生产加工中，它已很大程度上取代传统的加工方法并且成为生产系列产品的专门的途径。在我们迈入新千年的同时，应用于挤压加工领域的产品种类还是非常有限的。在对加压过程、原料特性和表征，以及能量和劳动力成本进行持续的研究和更深刻的理解后，挤压类产品的市场价值会更高，挤压技术的应用领域会得到进一步的扩展。
