几种高油脂食品等温吸湿规律的研究

杨 琴，范柳萍

（江南大学食品学院，江苏无锡 214122）

几种高油脂食品等温吸湿规律的研究

杨 琴，范柳萍*

（江南大学食品学院，江苏无锡 214122）

研究了真空油炸莲子、真空油炸胡萝卜脆片、常压油炸胡萝卜脆片、常压油炸土豆脆片4种高脂食品的吸湿等温曲线。根据常用的5种等温吸附模型对4种物料的吸湿实验数据进行了拟合，比较了其拟合程度（R2）。结果表明，25℃条件下，4种高脂物料最适合的等温吸附模型都是Peleg模型，且拟合程度依次为真空油炸胡萝卜脆片、常压油炸胡萝卜脆片、真空油炸莲子、常压油炸土豆脆片。

高脂食品，等温吸湿，平衡含水率

Abstract：Four kinds of fatty food including vacuum fried lotus seed，vacuum fried carrot chips，carrot chips fried at atmospheric conditions and potato chips fried at atmospheric conditions were employed to investigate the isotherm adsorption.The data of 4 kinds of fatty food were tested，according to the commonly used 5 kinds of isothermal adsorption model.The result showed that the most suitable isothermal adsorption model was the Peleg model and the order of the suitability was vacuum fried carrot chips，carrot chips fried at atmospheric conditions，vacuum fried lotus seed，and potato chips fried at atmospheric conditions.

Key words：fatty foods；isothermal adsorption；equilibrium moisture content

吸湿等温线是指在恒定的温度下，吸湿平衡含水率与相应水分活度之间关系的曲线。世界各国学者们对各类食品的平衡含水率和吸湿等温线进行了大量研究，主要的研究方法是通过几种常用的等温吸附模型对物料在不同温度、水分活度条件下的平衡含水率进行拟合，得出适宜描述物料吸湿特性的最佳模型，进一步确定一定温度条件下物料在市场上进行贮藏和流通的安全含水率。邱澄宇等研究了调味烤鱼片的等温吸湿曲线，得出调味烤鱼片5℃的等温吸湿曲线呈“反S型”，且随着温度上升其等温吸湿曲线接近于“指数型”[1]；陈利梅等研究了低温真空干燥浒苔的等温吸湿曲线，得出在0～50℃范围内，质量干基含水量为24%是市场上安全贮藏和流通时的最高安全含水量[2]；A J Sandoval等研究了未发酵可可豆的等温吸湿曲线，得出BET模型和Harkins-Jura模型是最适合描述未发酵可可豆吸湿特性的模型[3]。目前关于吸湿等温线的研究主要集中在单一物料上，还没有真空油炸和常压油炸食品物料吸湿等温线对照研究方面的数据。本文通过研究真空油炸莲子、真空油炸胡萝卜脆片、常压油炸胡萝卜脆片、常压油炸土豆脆片4种高脂物料在不同温度和水分活度条件下的平衡含水率，分析了物料的吸湿特性与温度、水分活度、物料结构、物料成分的关系，并用常用的等温吸附模型对物料的吸湿实验数据进行了拟合研究，为高脂食品的加工、贮藏、包装，以及新产品的开发提供有效的理论参数。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜莲子、土豆和胡萝卜 购买自欧尚超市；24℃棕榈油；氢氧化钠、六水合氯化镁、碳酸钾、溴化钠、氯化钠、硝酸钾 国药集团化学试剂有限公司，分析纯。

Mettler Tolledo电子天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；PH030电热恒温干燥箱 上海实验仪器厂；SPX型智能生化培养箱 南京实验仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备 真空油炸莲子：取新鲜莲子50g，棕榈油1.5kg，油中加入0.3g TBHQ，在温度（90±3）℃、真空度0.090MPa的条件下油炸25min，制得样品。

常压油炸土豆片：取新鲜的土豆切片（2mm）50g，油料比2∶1，油中加入0.02g TBHQ，在（180±3）℃条件下油炸15min，制得样品。

真空油炸胡萝卜脆片：取新鲜的胡萝卜切片（2mm）50g，棕榈油1.5kg，油中加入0.3g TBHQ，在温度（90±3）℃、真空度0.090MPa的条件下油炸20min，制得样品。

常压油炸胡萝卜脆片：取新鲜的胡萝卜切片（2mm）50g，油料比10∶1，油中加入0.1g TBHQ，在（120±3）℃条件下油炸10min，制得样品。

1.2.2 物料吸湿平衡含水率的测定 4种高脂物料的吸湿平衡含水率，用静态测试法确定。将样品粉碎后，备用。实验在干燥器中进行，预先恒重的称量瓶中放入约2g的备用物料，称重后分别开盖放入预先置有300mL不同饱和盐溶液的干燥器中，使其含水率达到平衡。干燥器内的隔板上放少量浸有福尔马林的棉球抑制霉菌生长。干燥器中的不同饱和盐溶液用以维持不同的平衡相对湿度，见表1[4-5]。

表1 饱和溶液在不同温度下所对应的平衡相对湿度（%）Table 1 The equilibrium relative humidity of saturated solution in different temperature（%）

密封后将干燥器放入相应温度的恒温培养箱中进行平衡实验，每隔2h称一次重量，直到2h内样品的重量变化小于2mg，即认为含水率达到平衡。将物料取出，测其含水率，即平衡含水率。物料的干基平衡含水率为：

式中，Gt—物料在t时刻的重量；Gg—物料的干物质重量。

实验过程中，物料的水分活度（aw）与平衡时空气相对湿度（ERH）的关系可以表示为aw=ERH/100。

1.2.3 物料吸湿等温曲线的绘制 为考察温度和水分活度对物料的吸湿特性的影响，实验分别测定了4种高脂物料在10、25、40℃条件下不同水分活度对应的平衡含水率[6]。在恒定的温度条件下，以物料的水分活度为横坐标，平衡含水率为纵坐标作图，即得物料的吸湿等温线。

1.2.4 用水分等温吸附模型拟合四种物料 应用农产品研究中常见的以下5种水分等温吸附模型对4种高脂物料的实验数据进行拟合研究，各模型方程见表2。

表2 各种等温吸附模型方程Table 2 Various sorption isotherm models

利用Origin统计分析软件，用5种不同的等温吸附模型对真空油炸莲子、常压油炸土豆脆片、真空油炸胡萝卜脆片、常压油炸胡萝卜脆片进行拟合研究。

其拟合程度用Reduced Chi-sqr（残差均方）和R2（方程的决定系数）来评价。

1.3 物料含水率的测定

直接干燥法[9]。

2 结果与讨论

2.1 几种高油脂食品的基本成分

2.2 温度、水分活度、物料种类和加工过程对物料平衡含水率的影响

物料的吸湿等温线可以确定抑制微生物生长的水分活度、预测物料的物理及化学稳定性与含水率的关系、掌握物料在浓缩和干燥过程中除去水分的难易程度对物料的加工和贮藏具有重要的指导意义。不同温度条件下，4种高油脂物料的吸湿等温线如图1所示。由图1可知，随水分活度增长，4种物料平衡含水率的整体变化趋势相同。物料平衡含水率随温度的升高而减小，随水分活度的增加而增大；与温度相比，水分活度的改变对平衡含水率的影响更为显著；当水分活度aw＜0.8时，平衡含水率随水分活度的增加，增长幅度不大；且与莲子和土豆样品相比，胡萝卜样品的等温吸湿曲线斜率较小，说明在这个水分活度范围内，胡萝卜样品的水分吸附速率较小；当水分活度aw＞0.8时，曲线斜率显著增大，说明在这个水分活度范围内，水分活度对物料平衡含水率的影响更加显著[10-11]。

图1 油炸样品的吸湿等温线Fig.1 Isotherm adsorption of samples

从图1可以看出，不同温度下，真空油炸莲子和常压油炸土豆片的吸湿等温线形状基本一致，这是因为吸湿等温线的形状主要与材料的种类有关，莲子和土豆都属于淀粉含量比较高的食品原料，所以其吸湿等温线形状相似。胡萝卜经过不同的加工方法处理，所得到的吸湿等温线形状基本一致；在相同的水分活度和相同的温度条件下，常压油炸胡萝卜的平衡含水率大于真空油炸胡萝卜的平衡含水率。以温度10℃为例，当水分活度aw为0.13时，常压油炸胡萝卜脆片的平衡含水率为3.58%，真空油炸胡萝卜脆片的平衡含水率为2.93%；当水分活度aw为0.34时，常压油炸胡萝卜脆片的平衡含水率为4.16%，真空油炸胡萝卜脆片的平衡含水率为3.62%；当水分活度aw为0.62时，常压油炸胡萝卜脆片的平衡含水率为9.22%，真空油炸胡萝卜脆片的平衡含水率为7.81%。

2.3 物料等温吸附模型的模拟与比较

用1.2.4提到的5种等温吸附模型对4种物料的实验数据进行拟合研究[12]，其统计分析结果如表4所示。

表4 4种高脂物料的等温吸湿平衡含水率模型比较Table 4 Adjustment of the experimental data obtained for the sorption isotherm to various sorption models

可以看出，Peleg模型用来拟合4种不同的高油脂物料的等温吸湿过程效果最好，对于真空油炸莲子其残差均方为0.0727，方程决定系数为0.9986；对于常压油炸土豆片其残差均方为0.1413，方程决定系数为0.9970；对于常压油炸胡萝卜脆片其残差均方为0.0957，方程决定系数为0.9991；对于真空油炸胡萝卜脆片其残差均方为0.0132，方程决定系数为0.9998。Oswin模型和Simth模型也具有较好的适应性；GAB模型和BET模型的方程决定系数均大于0.87，残差均方均小4.20，因此，GAB模型和BET模型也可以用来模拟4种高油脂物料的等温吸湿过程。根据GAB模型的模拟结果，四种油炸样品的单分子层水分含量依次为：真空油炸莲子3.3202；常压油炸土豆片2.4779；常压油炸胡萝卜脆片2.1493；真空油炸胡萝卜脆片2.0142。

物料的等温吸湿过程，可以用物理化学中的多分子层吸附理论来解释，当物料所处的环境蒸汽压高于物料水分的蒸汽压，环境中的水蒸气会不断地向物料表面扩散，物料则从它的表面附近空气中吸收水汽，在物料的表面形成单分子层吸附。水分在物料表面形成单分子层吸附后，由于水分子之间的相互吸引作用，还会形成多分子层吸附[13-15]。实验中四种油炸物料的水分和脂肪含量不同，它们与水分的吸附作用力也不同，导致单分子层水分含量不同，真空油炸莲子的脂肪含量较低，所以样品与水分的吸附作用力较大，单分子层水分含量较大。高油脂食品结构酥松多孔，水分吸附的表面积大，但脂肪含量较高，水分与食品之间的吸附作用减弱，所以高油脂食品的平衡含水率值一般较低。这与本研究的实验结果一致。

3 结论

3.1 在4种高油脂食品的吸湿过程中，随着温度的上升，其平衡含水率下降；随着水分活度的增加，其平衡含水率增加。

3.2 在同样的吸湿条件下，常压油炸胡萝卜脆片的平衡含水率最高；物料在10、25、40℃下的吸湿等温线相差不大。

3.3 比较了4种物料最适宜的模型，结果显示，25℃条件下，4种物料最适宜的模型均为Peleg模型，且适应程度依次为：真空油炸胡萝卜脆片＞常压油炸胡萝卜脆片＞真空油炸莲子＞常压油炸土豆脆片。

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[2]陈利梅，李德茂，叶乃好.低温真空干燥浒苔等温吸湿曲线研究[J].安徽农业科学，2010，38（2）：902-903.

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Study on isotherm adsorption of several kinds of high-fat food

YANG Qin，FAN Liu-ping*
（School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

TS221

A

1002-0306（2012）16-0138-04

2012-01-11 *通讯联系人

杨琴（1987-），女，在读硕士，研究方向：农产品加工与贮藏。

国家自然科学基金（31101361）资助项目。