(The Theory of Puffing Process)
一、膨化的形成機理
1.膨化
膨化（Puffing）是利用相變和氣體的熱壓效應原理，是被加工物料內部的液體迅速升溫氣化、增壓膨脹，并依靠氣體的膨脹力，帶動組分中高分子物質的結構變性，從而使之具有網(wǎng)狀組織結構特征，定型的多孔物質的過程。
膨化食品(Puffing Food)是指以膨化工藝過程生產的食品。
為研究分析方便，可將整個膨化過程分為三個階段：
第一階段:相變段 此時物料內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物料膨脹；
第三階段:固化段 當物料內部的瞬間增壓達到和超過極限時，氣體迅速外溢，內部因失水而被高溫干燥固化，最終形成泡沫狀的膨化產品。
2.膨化的構成要素
只有當物料和環(huán)境同時符合膨化所需的特定條件時，膨化才有可能順利進行。所謂特定條件就是：
①汽化劑：在膨化發(fā)生以前，物料內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，物料內部能廣泛形成相對密閉的彈性氣體小室，同時，要保證小室內氣體的增壓
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、膨化動力的產生機制
1.膨化動力的產生
膨化動力的產生主要由物料內部水分的能量釋放所致。
同樣的外部供能條件下，在物料內部的各種物質成分中，由于水具有分子量小、沸點低、易汽化膨脹的特性，水分子熱運動最先加劇，分子動能同時加大。當水分子所獲能量超出相互間的束縛極值時，就會發(fā)生分子離散。水分子的分子離散使物料內部水分發(fā)生變化，產生相變和蒸汽膨脹。
其結果必然造成對與之接觸的物料結構的沖擊。當這種沖擊作用力超出維持高分子物質空間結構的力，并超出高分子物質維持的物料空間結構的支撐力時，就會帶動這些大分子物質空間結構的擴展變形，最終造成膨脹物料的質構變化。
2.膨化動力的影響因素
膨化動力的產生不僅取決于水分在物料中的形態(tài)和其結合特性，而且與水分的含量密切相關。從理論上講，物料含水量越大，可能產生的蒸汽量也就越大，膨化動力越強，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，很難成為膨化動力，引起物料膨化；
②過量水在外部供能時，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；
③過量水會導致物料內吸潤態(tài)膠體區(qū)域的不適當擴大，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有風味。
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力產生時間上的差異和質量的不均勻性，影響到膨化質量。
3.外部能量向膨化動力的轉移
膨化動力雖然來源于膨化物料內部水分的分子離散所提供的動力，但這種動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、機械能、電磁能、化學能能。這些能量可通過一定的傳遞、轉換形式
作用于水分子，加劇分子熱運動，增加分子動能。
外部能量的傳遞設計必須遵循：
①外部供能方式必須滿足膨化動力的形成機制；
②外部能量向膨化動力的轉換必須保證能量的最大利用率及最佳的膨化效果；
③外部供能和內部的能量變化應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行不同方式的變換和組合，這對新興膨化
工藝技術的開發(fā)和膨化設備的發(fā)展具有極大的指導意義。
三 、物料中高分子物質在膨化中的作用
1.淀粉質在膨化中的作用
淀粉團粒內水分的含量與分配，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和膨化加工特性至關重要。
在熱壓條件下，團粒內部的變化大致涉及四個不同的過程：
①向微晶區(qū)域引人結合水；
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熔融微晶的水化導致團粒內水分重新分配，最終潤漲產生的應力使微晶變形又加速了熔融。
2.蛋白質在膨化中的作用
在膨化過程中，蛋白質作為膨化物料的成分，主要是其中的結構性蛋白質易受外部能量的影響和作用而發(fā)生分子結構變化，如變形、變性等。結構性蛋白質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)狀結構吸水等方式維持物料的部分含水。
②充當密閉氣體小室的可塑性壁材，在氣體膨脹時實現(xiàn)擴展性拉伸并逐漸變性，隨后在室壁瞬時破裂、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。