(The Theory of Puffing Process)
一、膨化的形成機(jī)理
1.膨化
膨化（Puffing）是利用相變和氣體的熱壓效應(yīng)原理，是被加工物料內(nèi)部的液體迅速升溫氣化、增壓膨脹，并依靠氣體的膨脹力，帶動(dòng)組分中高分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變性，從而使之具有網(wǎng)狀組織結(jié)構(gòu)特征，定型的多孔物質(zhì)的過程。
膨化食品(Puffing Food)是指以膨化工藝過程生產(chǎn)的食品。
為研究分析方便，可將整個(gè)膨化過程分為三個(gè)階段：
第一階段:相變段 此時(shí)物料內(nèi)部的液體因吸熱或過熱，發(fā)生汽化；
第二階段:增壓段 汽化后的氣體快速增壓并開始帶動(dòng)物料膨脹；
第三階段:固化段 當(dāng)物料內(nèi)部的瞬間增壓達(dá)到和超過極限時(shí)，氣體迅速外溢，內(nèi)部因失水而被高溫干燥固化，最終形成泡沫狀的膨化產(chǎn)品。
2.膨化的構(gòu)成要素
只有當(dāng)物料和環(huán)境同時(shí)符合膨化所需的特定條件時(shí)，膨化才有可能順利進(jìn)行。所謂特定條件就是：
①汽化劑：在膨化發(fā)生以前，物料內(nèi)部必須含有均勻安全的汽化劑，即可汽化的液體。
②彈性小室：從相變段到增壓段，物料內(nèi)部能廣泛形成相對密閉的彈性氣體小室，同時(shí)，要保證小室內(nèi)氣體的增壓
速度大于氣體外泄造成的減壓速度，以滿足氣體增壓的需要。
③能量：外界要提供足以完成膨化全過程的能量，包括相變段的液體升溫需能、汽化需能、膨脹需能和干燥需能能。
二、膨化動(dòng)力的產(chǎn)生機(jī)制
1.膨化動(dòng)力的產(chǎn)生
膨化動(dòng)力的產(chǎn)生主要由物料內(nèi)部水分的能量釋放所致。
同樣的外部供能條件下，在物料內(nèi)部的各種物質(zhì)成分中，由于水具有分子量小、沸點(diǎn)低、易汽化膨脹的特性，水分子熱運(yùn)動(dòng)最先加劇，分子動(dòng)能同時(shí)加大。當(dāng)水分子所獲能量超出相互間的束縛極值時(shí)，就會發(fā)生分子離散。水分子的分子離散使物料內(nèi)部水分發(fā)生變化，產(chǎn)生相變和蒸汽膨脹。
其結(jié)果必然造成對與之接觸的物料結(jié)構(gòu)的沖擊。當(dāng)這種沖擊作用力超出維持高分子物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的力，并超出高分子物質(zhì)維持的物料空間結(jié)構(gòu)的支撐力時(shí)，就會帶動(dòng)這些大分子物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展變形，最終造成膨脹物料的質(zhì)構(gòu)變化。
2.膨化動(dòng)力的影響因素
膨化動(dòng)力的產(chǎn)生不僅取決于水分在物料中的形態(tài)和其結(jié)合特性，而且與水分的含量密切相關(guān)。從理論上講，物料含水量越大，可能產(chǎn)生的蒸汽量也就越大，膨化動(dòng)力越強(qiáng)，對膨化的效果影響也越大。
①過量水分往往是自由態(tài)和表面吸附態(tài)的水，它們很難取代或占據(jù)結(jié)合態(tài)和膠體吸潤態(tài)水分分子原有的空間位置，這部分間隙水往往不在密閉氣體小室中，很難成為膨化動(dòng)力，引起物料膨化；
②過量水在外部供能時(shí)，由于與物料其他組分相互間的約束力弱，較易優(yōu)先汽化，占有有效能量，影響膨化效應(yīng)；
③過量水會導(dǎo)致物料內(nèi)吸潤態(tài)膠體區(qū)域的不適當(dāng)擴(kuò)大，造成物料在增壓段因升溫，其中的部分淀粉已提前糊化或部分蛋白質(zhì)已超前變性，反而阻礙了膨化；
④含過量水的物料即使經(jīng)歷膨化過程，其制品也會因成品含水量偏高而回軟，失去膨化制成品的應(yīng)有風(fēng)味。
此外，物料在膨化過程中還存在一定的含濕量梯度。不同的濕量梯度會造成膨化動(dòng)力產(chǎn)生時(shí)間上的差異和質(zhì)量的不均勻性，影響到膨化質(zhì)量。
3.外部能量向膨化動(dòng)力的轉(zhuǎn)移
膨化動(dòng)力雖然來源于膨化物料內(nèi)部水分的分子離散所提供的動(dòng)力，但這種動(dòng)力也必須是由外部能量來間接供給的。
一般來說，外部能量的供給方式有：熱量、機(jī)械能、電磁能、化學(xué)能能。這些能量可通過一定的傳遞、轉(zhuǎn)換形式
作用于水分子，加劇分子熱運(yùn)動(dòng)，增加分子動(dòng)能。
外部能量的傳遞設(shè)計(jì)必須遵循：
①外部供能方式必須滿足膨化動(dòng)力的形成機(jī)制；
②外部能量向膨化動(dòng)力的轉(zhuǎn)換必須保證能量的最大利用率及最佳的膨化效果；
③外部供能和內(nèi)部的能量變化應(yīng)最大限度保持食品物料的營養(yǎng)性。
所以，從理論上講，在滿足上述原則的前提下，膨化工藝條件可以進(jìn)行不同方式的變換和組合，這對新興膨化
工藝技術(shù)的開發(fā)和膨化設(shè)備的發(fā)展具有極大的指導(dǎo)意義。
三 、物料中高分子物質(zhì)在膨化中的作用
1.淀粉質(zhì)在膨化中的作用
淀粉團(tuán)粒內(nèi)水分的含量與分配，較大程度上取決于多糖鏈的密度與疊集的規(guī)則性。這對淀粉的理化性質(zhì)和膨化加工特性至關(guān)重要。
在熱壓條件下，團(tuán)粒內(nèi)部的變化大致涉及四個(gè)不同的過程：
①向微晶區(qū)域引人結(jié)合水；
②無定形區(qū)中凝膠相的有限潤漲；
③微晶的熔融，同時(shí)已熔微晶與非晶性凝膠區(qū)的共同水化和潤漲；
④熔融微晶的水化導(dǎo)致團(tuán)粒內(nèi)水分重新分配，最終潤漲產(chǎn)生的應(yīng)力使微晶變形又加速了熔融。
2.蛋白質(zhì)在膨化中的作用
在膨化過程中，蛋白質(zhì)作為膨化物料的成分，主要是其中的結(jié)構(gòu)性蛋白質(zhì)易受外部能量的影響和作用而發(fā)生分子結(jié)構(gòu)變化，如變形、變性等。結(jié)構(gòu)性蛋白質(zhì)的這種變化通常與其在膨化過程的功能變化同步發(fā)生。
蛋白質(zhì)在膨化過程中的主要功能有：
①以水化、水合作用持水、膜囊包裹作用存水和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)吸水等方式維持物料的部分含水。
②充當(dāng)密閉氣體小室的可塑性壁材，在氣體膨脹時(shí)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展性拉伸并逐漸變性，隨后在室壁瞬時(shí)破裂、蒸汽外泄的過程中因失水和
自身所帶熱量的干燥作用而被固化。