不同預處理方式對抑制再制薯條吸油特性的影響

王智珍，李文釗，李玉爽，路 曉，徐艷朋，張亞旭，劉馨陽，阮美娟

（天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457）

馬鈴薯營養豐富，具有很強的加工轉換能力，薯條、薯片、全粉、淀粉等都是常見的馬鈴薯類制品[1]。其中炸薯條以其金黃的色澤、酥脆的口感和典型的油炸風味，成為全球流行的快餐食品[2]。速凍薯條是由薯塊切條制成，對原料的要求比較高，加工過程中馬鈴薯大小不均勻、形狀不規則等都會降低原料的利用率[3]；而且速凍薯條油炸后多輔以調味醬食用，口味較為單一，不盡快食用其感官品質會大大下降，方便性較差。針對上述問題，本研究的再制薯條是鮮薯蒸煮后制成薯泥進行調配、成型、預處理和油炸而成，對原料大小、薯形要求小，利用率高，口感更為酥脆、調味均勻且可以進行多種風味的復合薯條開發，豐富馬鈴薯休閑食品品類。

油炸作為一種最傳統、最流行的食品加工方法，能夠賦予油炸食品獨特的風味、質構和口感[4]，但過量攝入油脂含量高的食物可能會增加患肥胖、高血壓、心血管疾病、糖尿病等疾病的風險[5]，對人體健康構成極大威脅。油含量作為油炸產品的重要感官特性，極可能影響油炸食品的可接受性和消費者的購買意愿[6]，特別是隨著健康飲食理念的發展，消費者希望在享用油炸食品美味的同時，降低油炸食品的含油量及熱量。目前許多措施，如控制油炸條件、開發新型油炸技術和預處理等被用于控制油炸食品的吸油量?？刂朴驼l件的方法雖然操作相對方便，但控制油炸食品吸油量的效果較差；一些新興技術如超聲波處理、紅外微波干燥等具有較好的降油能力，但操作復雜、成本較高[7]；而在油炸前進行干燥、冷凍等預處理可以影響產品的除濕動力學、脂肪含量和最終產品脂肪分布[8]，具有經濟、有效、方便的優點。張金[9]發現在油炸前對馬鈴薯切片進行熱風干燥處理，可以調控其孔隙分布降低薯片總油脂含量，但需控制好干燥程度，否則會對油炸薯片的色澤和酥脆度產生不利影響；劉淼等[10]研究發現焙烤馬鈴薯條具有酥脆的口感，與油炸薯條相比有更低的脂肪含量。

目前對各種降低薯條吸油的方式及機理的探索多集中于傳統速凍薯條，對非鮮切油炸薯條降油的研究較少。因此，本實驗改變傳統速凍薯條加工方式，使用鮮薯蒸煮后得到的薯泥制作薯條，研究熱風干燥預處理和焙烤預處理對降低再制薯條吸油的效果，并進一步探索抑制吸油的作用機理，確定最佳的預處理方式，以期得到一款滿足消費者和商家需求的較低油脂含量且優良品質的休閑薯條食品。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯（品種為大西洋）山東樂利事食品有限公司；精煉棕櫚油 深澤縣偉佳油坊。

石油醚 天津市津東天正精細化學試劑廠；尼羅紅、異硫氰酸熒光素（fluorescein isothiocyanate，FITC）上海阿拉丁生化科技股份有限公司；其他化學試劑均為分析級。

1.2 儀器與設備

C21-WT2112T多功能電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司；ZC-101-2AB電熱鼓風干燥箱 青島正辰閏科檢測儀器有限公司；C40烤箱 青島海氏烘焙電器有限公司；6K116CH艾格麗電炸鍋 湖北香江電器股份有限公司；FD-1A-50真空冷凍干燥機 北京博醫實驗儀器有限公司；SOX406脂肪測定儀 濟南海能儀器有限公司；Micro MR-25核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；JSM-IT300LV掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）日本電子公司；LSM 980快速超分辨激光共聚焦顯微鏡（confocal laser scanning microscope，CLSM）德國蔡司公司。

1.3 方法

1.3.1 再制薯條制備

挑選無病害、無損傷的新鮮馬鈴薯清洗去皮后切片蒸煮，將蒸好的馬鈴薯搗成均勻的薯泥備用，按前期實驗得到的最優配方（雪花全粉9%、全脂乳粉2%、白砂糖1%、鹽0.5%、單雙甘油脂肪酸酯0.4%，以薯泥質量計）制成面團，通過擠出成型（規格為直徑5 mm、長度55 mm圓柱形狀）得到再制薯條。在油炸前對薯條進行不同預處理：60 ℃熱風干燥處理60、90 min和120 min，分別標記為A1、A2和A3；140 ℃焙烤處理24、27 min和30 min，分別標記為B1、B2和B3，未經預處理標記為CK，之后統一在棕櫚油中160 ℃初炸1.5 min、180 ℃復炸20 s，炸完后離心脫油處理1 min，將其鋪在吸油紙上放涼備用，不同預處理再制薯條的油炸實驗均至少重復3 次，每次更換新鮮的棕櫚油。

1.3.2 水分質量分數和油脂質量分數測定

根據GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》[11]直接干燥法測定油炸前后樣品中的水分質量分數；參考GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》[12]索氏抽提法，使用脂肪測定儀測定其油脂質量分數。

1.3.3 水分狀態測定

參考王琛[13]的方法并稍作修改，使用低場核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術測定不同預處理后樣品水分分布狀態變化。選擇CPMG脈沖序列測量樣品的橫向弛豫時間（T2）。采樣參數如下：采樣帶寬100 kHz，等待時間2 000 ms，回波時間0.11 ms，回波個數1 500，采樣次數16，90°和180°時的脈沖寬度分別為6 μs和11.04 μs。

1.3.4 油脂宏觀分布測定

參考李培燕[14]的方法并稍作修改，采用MRI分析儀觀察不同預處理樣品油炸后油脂分布情況。將油炸后各組樣品進行冷凍干燥（為了去除樣品中的水分）。采用自旋回波序列獲取質子密度加權圖像。成像參數設置：切片數量、層寬和掃描次數分別為1、25 mm和4，回波時間為20 ms，重復時間為500 ms，觀察位置為縱剖面，測試過程中溫度始終保持32 ℃，使用儀器自帶的軟件將得到的灰度圖進行偽彩處理分析樣品中氫質子信號強度。

1.3.5 油脂微觀分布和組分間相互作用分析

參考楊丹等[15]的方法并稍作修改，使用CLSM觀察不同預處理樣品油脂微觀分布情況及油脂與淀粉相互作用關系。將油炸后樣品凍干處理，用鋒利的刀片將樣品外殼切成約1 mm厚的片狀，先浸入0.02 mg/mL FITC染液（溶劑：丙酮）中染色30 min，用丙酮洗去多余染液后放入0.02 mg/mL尼羅紅染液（溶劑：丙酮）染色20 min，取出后用丙酮洗去多余染液。將制備的雙染色樣品置于共聚焦小皿中（待觀察面朝下）進行拍攝，采用雙通道模式，物鏡放大10 倍，獲得尼羅紅（紅色，激發波長559 nm）和FITC（綠色，氬離子激發波長495 nm）的雙色圖像，使用Zeiss ZEN軟件進行圖像處理。

1.3.6 表面微觀結構觀察

樣品經過索氏抽提脫脂、冷凍干燥脫水處理后，用鋒利的刀片將其切成片狀，固定于儀器專用金屬樣品臺噴金，將載有樣品的樣品臺推入SEM腔體內部，抽真空，于5.0 kV加速電壓和200 倍放大倍數下觀察樣品表面微觀形貌特征[16]。

1.3.7 感官評價

選取10 名具有食品相關專業背景并經過感官評價培訓的人員組成評價小組，經過不同預處理的再制薯條油炸放涼后，評價小組人員對其進行感官評測。評價小組人員根據表1再制薯條的感官評定標準評分，評測前后都需用溫水漱口。

表1 再制薯條感官評價標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of formulated French fries

1.4 數據處理與分析

使用SPSS 19軟件對數據進行ANOVA單因素方差分析和Duncan多重比較檢驗顯著性（P＜0.05）。數據以表示。所有實驗至少重復3 次。使用Origin 2018、Zeiss ZEN等軟件進行繪圖和圖像處理。

2 結果與分析

2.1 水分、油脂質量分數及其相關性

薯條油炸是一個復雜的傳熱傳質過程，油炸過程中水分蒸發和油脂滲透幾乎同時發生，水分蒸發形成的孔隙為油脂的滲透提供了通道，因此，研究樣品中含水量、含油量及兩者的關系對探索油炸過程中抑制薯條吸油具有重要意義。

2.1.1 水分質量分數

從圖1a可知，未處理樣品油炸前初始水分質量分數高達66.35%，經熱風干燥預處理后的A1、A2、A3組的水分質量分數分別顯著降低了21.79%、29.65%和31.32%（P＜0.05），而經焙烤預處理的B1、B2、B3組分別顯著降低了29.39%、33.71%和42.23%（P＜0.05），說明在油炸前進行預處理可以有效降低樣品的水分含量且預處理時間越長水分含量越低，焙烤預處理降低效果更為顯著。這可能是因為焙烤預處理溫度遠高于熱風干燥預處理，高溫加速了水分流動速度使樣品內部水分擴散速率大于表面水分流失速率，避免表面水分蒸發后樣品皺縮、出現結殼硬化，阻止內部水分遷移蒸發[17]。此外，與油炸前的再制薯條相比，油炸后其水分質量分數均顯著下降，油炸過程其實也是再制薯條在高溫作用下二次蒸發脫水的過程。

圖1 不同預處理再制薯條水分質量分數（a）、油脂質量分數（b）及水油質量分數相關性（c）Fig.1 Water contents (a),oil contents (b) and correlation between water and oil contents (c) in formulated French fries prepared by different pretreatments

2.1.2 油脂質量分數

圖1b顯示，未處理樣品油脂質量分數最高，為20.75%，而經過熱風干燥預處理后A1、A2、A3組油脂質量分數顯著下降了5.37%、11.11%和15.75%（P＜0.05），B1、B2、B3組顯著下降了16.51%、16.30%和16.50%（P＜0.05），兩種預處理均可以有效降低樣品的油脂含量，且后者降油脂效果更優。隨著干燥時間延長，熱風干燥預處理樣品中的油脂質量分數顯著減少，而焙烤預處理樣品的油脂質量分數降低并不顯著，說明除水分質量分數還有其他因素會影響樣品的油脂質量分數，兩種預處理方法降低油脂質量分數的機理可能有所差異。

2.1.3 水分含量和油脂含量相關性

從圖1c可以看出，樣品經預處理后的初始水分質量分數與油炸后的油脂質量分數呈現明顯的正相關，Pearson相關系數（r）為0.911 0，這表明樣品在油炸之前的初始水分質量分數對吸油起重要作用，許多對油炸食品的研究發現初始水分含量越高的食物最終油脂含量也越高[18-19]。食物初始水分含量高，在油炸過程中就會有更多的水分逸出，從而留給油脂更多的滲入空間[20]。結合圖1a、b可知，未處理樣品初始水分質量分數最高，油炸后其油脂質量分數也最高；經過熱風干燥和焙烤預處理后樣品初始水分質量分數降低，油炸后其油脂質量分數也顯著減小，焙烤預處理油脂質量分數與未處理相比降低了約3/4，說明通過預處理降低再制薯條水分含量可以減少油炸過程中的油脂吸收。

2.2 水分狀態

通過LF-NMR技術測定不同預處理對再制薯條水分質量分數和水分狀態的影響，并對LF-NMR所得峰總面積與直接干燥法測得水分質量分數進行相關性分析，結果如圖2和表2所示。不同預處理的樣品中有T2b（＜10 ms）、T21（10～100 ms）和T22（＞100 ms）3 個水分信號峰，相應的峰面積由A2b、A21和A22表示，分別代表緊密結合水、半結合水和自由水。T2和相對峰面積（A2）是分析水分在物料中分布情況的重要指標，可以反映物料內部的水分分布情況，有研究表明，T2值越小，水分和物料結合地越緊密，相對應的水分越不容易被除去[21]，并且相應狀態的水分質量分數與其對應峰的相對面積呈正比。與未處理樣品相比，經過預處理后樣品A2顯著減少了50.19%～71.56%，且都隨著處理時間延長峰面積不斷減??；圖2b顯示，經預處理后的樣品水分質量分數和水分峰總面積呈線性關系（y＝0.010 7x＋15.880 1，R2＝0.925 5），A2減少表示樣品中的水分含量降低，這與周先民[22]的研究結果相似。除此之外，樣品的水分狀態也發生明顯變化。由表2可知，未處理樣品的A22最大，即自由水比例最高，經過預處理后A22顯著減少（P＜0.05），代表自由水的信號峰幾乎消失不見，而緊密結合水和半結合水占比明顯增加，這表明預處理后樣品中大量游離狀態的水轉化為半結合水和緊密結合水，可能是預處理過程中樣品所含淀粉進一步糊化，原本處于游離狀態的自由水會被淀粉凝膠結構束縛而轉變成物理束縛的半結合水甚至是緊密結合水[23]，相應的圖2a中前兩組峰整體左移是T2b和T21減小的表現，說明水分與淀粉結合的更加緊密[23]，在油炸時緊密狀態下的水比自由水更難流失，樣品中能夠被油脂占據的空間變小，因此水分含量和水分狀態的變化會影響油炸過程中的吸油特性。

圖2 不同預處理再制薯條水分狀態分布（a）和峰總面積與預處理后水分質量分數相關性（b）Fig.2 Distribution of moisture state in formulated French fries prepared by different pretreatments (a) and correlation between total peak area and moisture content after pretreatment (b)

表2 不同預處理再制薯條油炸前水分T2和A2Table 2 T2 and A2 of formulated French fries with different pretreatments before deep fat frying

2.3 油脂宏觀分布

MRI利用磁場梯度和無線電波，根據氫質子在樣品中的弛豫和擴散差異，可以在宏觀尺度上生成完整樣品中油脂分布的核磁圖像[24]。如圖3所示，與未處理的樣品相比，經過兩種預處理后樣品圖像黃綠色部分減少，主要轉變為藍綠色，其中B2出現了較大部分的藍色區域，即油脂信號強度明顯變弱，油脂分布面積縮小，更直觀地證明了預處理可以降低再制薯條的油脂含量。通過對比發現，熱風干燥預處理后的樣品外殼和內部都有油脂分布，而焙烤預處理樣品油脂主要分布在外殼區域，內部分布較少，總油脂面積也更小，這與之前測定的油脂質量分數結果一致。這可能是由于熱風干燥處理溫度較低，水分流失緩慢，隨干燥時間延長，樣品內部水分向表面遷移蒸發，形成油炸時油脂進入內部的通道，樣品表面因為水分流失產生的褶皺也會導致油脂吸附留存。而在高溫焙烤過程中，樣品的淀粉顆粒結構嚴重破壞，顆粒之間相互黏連形成片狀結構[25]，糊化的淀粉形成薄而致密的外殼阻擋油脂進入內部，從而抑制吸油。

圖3 不同預處理再制薯條油炸后油脂宏觀分布Fig.3 Macroscopic distribution of oil in formulated French fries with different pretreatments after frying

2.4 油脂微觀分布和組分間相互作用

CLSM能從細胞層面上進一步觀察再制薯條油脂微觀分布的情況[26]，由圖4可知，未處理樣品比經過預處理樣品紅色區域面積更大更亮，而且有很大一部分的紅色區域和綠色區域重疊在一起呈黃色或者橙色，說明油脂和淀粉發生了強烈的相互作用，產生可以與FITC和尼羅紅同時發生特異性結合的產物（淀粉-脂質復合物）[27]，可能是樣品在高溫油炸過程中淀粉劇烈糊化后導致細胞結構消失，糊化后的淀粉和油脂相互作用產生的復合物形成了新的外殼，在一定程度阻止了油脂的滲透，但大面積的淀粉-脂質復合物的生成也代表存在更多的基質油，后續脫油工序也會阻止內部油脂脫出。經過2 種預處理后，代表油脂的紅色區域熒光亮度和分布面積均出現不同程度的降低，說明預處理可以降低油炸過程中的吸油含量，這與油脂質量分數結果一致，而且隨著2 種預處理時間延長，紅色區域熒光亮度和分布面積均呈下降趨勢，綠色區域面積不斷增大。與熱風干燥預處理相比，B2和B3樣品紅色面積大大減少，且亮度顯著降低，紅色部分成絲狀或帶狀分布在綠色區域裂縫孔隙中，代表淀粉的綠色區域表面結構完整致密，孔洞和縫隙都少于熱風干燥處理，油脂含量也大大降低。

圖4 不同預處理再制薯條油炸后外殼區域CLSM熒光圖像Fig.4 CLSM fluorescence images of the crust area of formulated French fries with different pretreatments after frying

2.5 表面微觀結構

從圖5可以看到，未處理樣品還存在部分較完整的淀粉細胞結構，細胞之間存在較多小且深的孔洞和縫隙，主要形成原因是蒸煮時淀粉發生溶脹導致細胞結構脹大變形，油炸后樣品外殼的孔洞和縫隙變大變深，可能是油炸過程中水分劇烈蒸發導致[28]，為油脂進入樣品內部提供了通道。與未處理樣品相比，熱風干燥預處理的樣品細胞因失水發生皺縮，內部結構變得致密，孔洞因此變少而淺，但隨著干燥時間的延長，樣品表面不斷受到熱風的侵蝕，表面粗糙度增加，內部水分向表面遷移蒸發導致孔隙慢慢變深。熱風干燥預處理樣品的表面結構有許多凹凸不平的溝壑和縫隙，而焙烤預處理的樣品表面都較為平整光滑，孔洞和裂縫都比較少，特別是焙烤27 min的樣品，可能是由于焙烤過程中淀粉顆粒在較高溫度下充分糊化和膨脹，且無法溶出而擠壓細胞壁，使得樣品的大部分小孔和縫隙消失、整體結構變得均勻致密，從而增強了樣品抵抗油炸過程中蒸汽流對其微觀結構破壞的能力，減少了油脂進入樣品的通道，有助于降低油炸過程中的吸油；油炸的表面活性劑理論描述了油脂吸收與油炸食品微觀結構和表面特征的強烈依賴性[29]，孔洞和縫隙為油脂大量吸附在薯條表面提供了條件，而光滑平整的表面可以吸附的油脂含量會隨之減少。

圖5 不同預處理再制薯條油炸前的后表面微觀結構Fig.5 Microstructure of the surface of formulated French fries with different pretreatments before and after frying

2.6 感官評價

由圖6a可知，不同預處理再制薯條感官評分從高到低依次為焙烤預處理＞熱風干燥預處理＞未處理，未處理樣品感官評分最低，焙烤27 min樣品最高，這是由于未處理樣品油炸后油膩感重且整體綿軟，而預處理可以改善樣品的感官品質，評分也相應提高。結合圖6b、c進行分析，焙烤預處理的3 組樣品在色澤、氣味滋味、組織狀態和整體接受度各方面得分均優于熱風干燥預處理，因為焙烤預處理后樣品油脂含量更低，大大減輕了原來的油膩感，而且焙烤工藝賦予薯條更加酥脆的口感深受評價員喜愛。但隨著焙烤時間的延長，色澤得分先增加后下降，可能是由于在高溫焙烤中發生了美拉德反應，時間過久導致樣品顏色變深，薯條色澤接受度降低，焙烤30 min樣品評分略有下降，因此綜合考慮選擇焙烤作為預處理方式，時間為27 min。

圖6 不同預處理再制薯條整體感官評分（a）、感官評價雷達圖（b）和外觀照片（c）Fig.6 Overall sensory scores (a),sensory evaluation radar charts (b) and appearance photographs (c) of formulated French fries with different pretreatments

3 結論

本實驗對比分析了熱風干燥預處理和焙烤預處理對再制薯條吸油特性的影響并探索了在油炸過程中抑制吸油的作用機理。研究發現，兩種預處理均可以降低再制薯條的油脂質量分數，且焙烤預處理效果更優；通過影響再制薯條初始水分質量分數、水分分布狀態增強油炸過程中水分結合力，減少水分蒸發，從而達到抑制吸油的目的。除此之外，MRI分析結果表明樣品焙烤預處理后淀粉糊化形成的致密外殼阻擋了油脂進入，相比于熱風干燥預處理，進入其樣品內部油脂含量更少，CLSM和SEM結果共同表明分布在焙烤預處理27 min再制薯條外殼表面的油脂最少，微觀結構光滑平整，極少的空隙和裂縫減少了油脂滲透且不利于油脂附著。感官評價結果表明焙烤27 min處理時各項評價得分最高。因此，綜合考慮選擇焙烤預處理27 min作為再制薯條的最佳預處理方式，可以在提升感官品質的同時降低油脂含量。