三种多羟基醇协同海藻酸钠处理对油炸薯条吸油量和品质的影响

张伟君,钟耀广,*

(1.上海海洋大学食品学院,上海 201306;2.上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心,上海 201306;3.农业部水产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(上海),上海 201306;4.国家淡水水产品加工技术研发分中心(上海),上海 201306;5.食品科学与工程国家级实验教学示范中心(上海海洋大学),上海 201306)

油炸是一种传统的食品热加工手段,是将食物置于煎炸油中,在高温下同时发生传质传热,而食品会发生一系列复杂的物理化学变化的过程[1],油炸后食品含有较高的脂肪含量[2],且脂肪主要为饱和脂肪和反式脂肪,研究报告指出这类脂肪对人体健康有害,可能与肥胖和一些慢性疾病有关[3-4]。随着近年肥胖、心血管疾病等患病率逐渐增加,及消费者对于健康饮食的观念逐渐增强,使得减少油炸食品的吸油量,增加其健康安全性成为当今食品研究人员的研究重点之一。

目前,国内外普遍认为关于油脂吸收的机理主要是冷凝效应、水分替代及毛细管作用[5-6]。根据相关吸油机理,研究减少油炸食品中油脂含量的方法很多,而可食性涂抹是最为简单有效的方法之一。一些学者利用不同胶涂抹土豆条进行油炸,发现能显著减少薯条、薯片的吸油量[7-9]。可食性涂抹是一种较为常规的方便有效的方法,它主要是改变食品表面结构特性,在食品表面形成一层薄膜,在油炸过程中,抑制水分蒸发与油脂吸入。而一些学者也利用不同的油炸设备来减少吸油量,包括真空油炸、微波油炸、微波辅助真空油炸来减少油炸食品吸油量[10-11],但是由于生产设备昂贵,且食品受热不均匀,一定程度限制了它们在工业生产中的应用。

水分保持剂具有降低界面压力的特性,降低表面多孔性,从而改善油炸食品吸油特性。Garcia等[12]发现0.5%山梨醇作为塑化剂,能够有效减少40.6%的吸油量。而Yu等[13]报道了丙三醇作为塑化剂与瓜尔豆胶一同预处理薯片,与控制组和仅涂抹瓜尔豆胶样品组比较,能分别减少51.8%和34.8%的吸油量。山梨醇和丙三醇作为多羟基醇,是亲水性物质,在油炸过程中能够较好的保留油炸食品中的水分,从而减少油脂吸入。

而木糖醇,作为一种食品添加剂,它也是一种多羟基醇,因此该研究主要通过利用海藻酸钠与三种不同浓度的多羟基醇(山梨醇、丙三醇及木糖醇)分别协同预处理自制薯条和商业冷冻薯条,然后进行油炸,来探索木糖醇是否也具有类似于丙三醇和山梨醇的改善薯条表面多孔特性,能够协助减少油炸薯条油脂的吸入,为今后的研究与油炸薯条工业化生产提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

克山土豆 黑龙江克山驻上海农产品营销中心;冷冻薯条 蓝威斯顿有限公司;海狮大豆油 上海港城农工商超市有限公司;山梨醇、丙三醇、木糖醇、海藻酸钠 国药集团化学试剂有限公司。

艾格丽油炸锅 湖北香江电器股份有限公司;薯条切条机 真味厨房;DHG-9073BS-Ⅲ电热恒温鼓风干燥箱 上海新苗医疗器械制造有限公司;HH-S数显恒温水浴锅 金坛市正基仪器有限公司;TA.XT Plus质构仪 英国Stable Micro System公司;CR-400色差仪 南京柯立配电子科技有限公司;UV2450-紫外可见分光光度计 上海天美科学仪器有限公司;FOSS SoxtecTM2050 丹麦福斯分析仪器有限公司;新型密封式粉碎机 广州市旭郎机械设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 薯条制作与油炸 将土豆清洗去皮,用薯条切条机切条(6 cm×1 cm×1 cm),在70 ℃ 下漂烫10 min[14],利用吸水纸除去表面水分,得自制薯条。在添加剂添加限量范围内,将自制薯条与冷冻商业薯条分别在1%海藻酸钠溶液中浸泡30 s[14]后,再在不同浓度(0%、0.25%、0.5%、0.75%、1%)的多羟基醇(山梨醇、丙三醇及木糖醇)溶液中分别浸泡20 s[13,15],捞起沥干2 min,待炸。其中油炸鲜样:油炸鲜样即薯条不做任何浸泡处理直接油炸;1%海藻酸钠:仅经过1%海藻酸钠浸泡处理;1%海+0.25%(0.5%、0.75%、1%)木:薯条经过1%海藻酸钠溶液和0.25%(0.5%、0.75%、1%)木糖醇溶液处理;1%海+0.25%(0.5%、0.75%、1%)山:薯条经过1%海藻酸钠溶液和0.25%(0.5%、0.75%、1%)山梨醇溶液处理;1%海+0.25%(0.5%、0.75%、1%)丙:薯条经过1%海藻酸钠溶液和0.25%(0.5%、0.75%、1%)丙三醇溶液处理;

将各处理组的薯条在170 ℃煎炸油(薯条∶油=2∶25)下分别油炸6 min。油炸完后沥油2 min。取一部分测定进行色差与质构测定。另一部分置于冰箱冻藏(4 ℃)待其他指标测定。

1.2.2 水分含量测定 根据AACC.(1986)[16],利用新型密封式粉碎机将薯条粉碎(80～250目)后,取3 g样品置于烘箱中,在(102±3) ℃下干燥直至恒重。每个样品均取三次测定后的平均值。

1.2.3 脂肪含量测定 根据García-Segovia P等[17]的研究,利用脂肪溶于石油醚的特性,取2 g样品置于全自动索氏脂肪浸提仪设备中,温度为105 ℃,在沸程为30～60 ℃的石油醚中浸提2 h,通过差量法获得脂肪含量。每个样品均取三次测定后的平均值。

1.2.4 色差测定 根据Su等[10]中的方法进行测定。将薯条置于透明白色塑料袋中,用色差计测定薯条色差。L*、a*、b*分别代表亮度、红色度/绿色度、黄色度/蓝色度。测定时要先利用白板对色差计进行校准,然后进行测定。每组样品测三次。

1.2.5 质构测定 根据Hua等[9],Su等[10],Quan等[11]方法设定TPA测试参数,测定薯条的物理性能。参数设置:P/2 柱形不锈钢探头,TPA测定,压缩,循环次数:2,测试前速度2 mm/s,测试时速度1 mm/s,返回时速度10 mm/s,压缩距离2 mm,触发值5 g,间隔5 s。每个样品测定三次取平均值。

1.3 数据处理与统计分析

实验数据用平均值±标准偏差表示,采用Microsoft Excel 2013和SPSS 20.0软件进行ANOVA分析和皮尔逊相关性分析,p<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 水分含量与吸油量分析

薯条油炸过程中会发生水分转移与油脂吸收。Gamble 等[18]提出了油脂吸收的水分替代机制,即食品原料在煎炸油中油炸时,食品表面温度升高,当食品内部的蒸汽压力大于外界时,水分逸出,内部形成多孔通道,油脂渗入会进入这些通道缝隙中。图1是自制薯条与商业冷冻薯条经过不同预处理后水分含量与脂肪含量的比较。与鲜样(未炸)相比,薯条水分含量都显著降低,而脂肪含量显著增加(p<0.05)。如图1A与图1B所示,自制薯条与商业冷冻薯条经过油炸后,水分含量都显著降低(p<0.05),不同处理组的冷冻商业薯条油炸后水分含量低于自制薯条处理组。这可能是因为冷冻商业薯条油炸前自身水分含量低于自制薯条。

图1 自制薯条与商业冷冻薯条水分含量和油脂含量分析Fig.1 Moisture content and fat content analysis of homemade French fries and commercial frozen French fries注：不同小写字母表示，与鲜样相比，差异显著(p<0.05);表1～表2同。

多羟基醇(丙三醇、山梨醇)浸泡具有改善食品表面特性的功能。如图1C中,利用不同浓度(0.25%、0.5%、0.75%及1%)的丙三醇及山梨醇协同1%海藻酸钠溶液分别预处理薯条,与油炸鲜样相比较,发现脂肪含量量显著降低(p<0.05)。在自制薯条中,经木糖醇、山梨醇与丙三醇协同1%海藻酸钠溶液分别处理的薯条,与油炸鲜样相比,脂肪含量分别减少了20.45%(1%海+0.5%木)、53.00%(1%海+0.25%山)、48.72%(1%海+0.75%丙),而与仅1%的海藻酸钠溶液浸泡组的油炸薯条相比,脂肪含量分别减少了18.35%(1%海+0.5%木)、51.75%(1%海+0.25%山)、47.37%(1%海+0.75%丙)。这与Garcia等[12],Yu等[13],Archana等[19]等的研究结果相一致,利用丙三醇或山梨醇作为水分保持剂协同处理薯片,能减少40%左右的吸油量。这主要是因为这类多羟基醇能够降低膜表面张力,促进涂膜材料粘附到食品材料上,提高食品表面的均匀性,减少了表面微孔与裂缝,从而减少油脂渗入。

而购买的商业冷冻薯条,经过相同的处理后,效果没有自制薯条显著,如图1D所示,在1%海藻酸钠与1%木糖醇协同处理时,与不做任何处理的油炸薯条(油炸鲜样)和仅1%海藻酸钠溶液浸泡组相比,脂肪含量量反而分别增加了12.29%和29.11%;而样品处理组(1%海+1%丙)与仅1%海藻酸钠处理的样品组相比,脂肪含量也增加了16.56%,而与未作任何处理的油炸商业冷冻薯条比,脂肪含量仅减少3.13%。0.25%山梨醇协同处理的冷冻薯条虽然脂肪含量降低,但是减少量远远低于作用于自制薯条的效果。商业冷冻薯条是经过预油炸的半成品,本身脂肪含量较高,由于一直处于冷冻状态,内部晶体在高温下直接升华,形成更多的孔隙,导致油炸后大量油脂渗入。这可能是致使多羟基醇浸泡薯条后减油效果甚微,甚至起相反作用的原因。具体原因还有待进一步研究。

木糖醇、山梨醇及丙三醇作为多羟基醇涂抹浸泡自制薯条,都能够协助海藻酸钠减少油脂吸油量,且作用效果是山梨醇>丙三醇>木糖醇。三种多羟基醇能够改善薯条表面结构特性,能够较好的保留薯条中的水分,减少多孔通道与孔隙的形成,从而减少后续油炸过程中油脂的渗入。但如果作用于商业冷冻薯条,作用效果显著降低(p<0.05),甚至起到促进油脂吸收的效果。这可能与商业冷冻薯条的结构相关。商业冷冻薯条是经过预油炸的半成品,本身脂肪含量较高,且一直处于冷冻状态,内部形成了许多晶体,在高温下油炸,晶体直接升华,形成更多的孔隙,为油脂渗入提供了更多的空间。

同时,为了探索水分含量与脂肪含量的关系,对自制薯条与商业冷冻薯条的脂肪含量与水分含量进行了皮尔逊相关性分析。发现自制薯条与商业冷冻薯条的水分含量与脂肪含量的决定系数R2分别为-0.856和-0.903。结果表明,无论是自制薯条还是商业冷冻薯条,其水分含量与脂肪含量都显著(p<0.05)相关。这也再次证明了油炸薯条的吸油机制包括水分替代。

2.2 色差分析

色泽是消费者接受程度的参考指标之一。薯条作为广泛消费的油炸食品,一直以来深受消费者的喜爱,原因之一就是薯条油炸过程中发生美拉德反应产生的金黄色。表1和表2是自制薯条与商业冷冻薯条不同预处理油炸后色差比较。油炸薯条的色度主要受油炸温度与油炸时间影响。由表1与表2可知,经过海藻酸钠与多羟基醇(丙三醇、山梨醇和木糖醇)处理后的薯条,色度有很大的改善。与油炸鲜样相比,仅1%海藻酸钠溶液处理的自制薯条或者协同不同塑化剂处理的自制薯条油炸后,L*都有一定程度增加,而b*也有些微降低,但是只有多羟基醇在一定浓度范围内,b*值才显著降低(p<0.05)。而Tavera-Quiroz等[15]发现羧甲基纤维素与山梨醇协同预处理薯片对油炸薯片的色差没有显著影响。这可能是由于所用的浸泡的原料不同。在自制薯条中,木糖醇溶液协同处理薯条,与油炸鲜样样品组比较,有护色、改善薯条色泽的作用。

表1 不同预处理的自制薯条色差分析Table 1 Color analysis of homemade French fries with different pretreatments

表2 不同预处理的商业冷冻薯条色差分析Table 2 Color analysis of commercial frozen French fries with different pretreatments

而对于商业冷冻薯条,只有0.5%木糖醇才能起到改善色泽的作用,这可能与商业冷冻薯条的原料有关,商业冷冻薯条经过预油炸,可能样品特性发生了改变。新鲜马铃薯去皮后易发生酶促褐变,马铃薯变成深褐色,影响后续加工与产品的可接受性。对鲜切薯条进行护色是薯条加工步骤之一。对于半成品冷冻薯条,为了保证货架期期间不发生变色,可能利用了漂烫、抗坏血酸浸泡等方法处理,抑制其酶促褐变。这也是后续油炸情况与鲜切自制薯条直接油炸的情况不同的原因。而具体原因还有待进一步研究。

2.3 质构分析

薯条质构是影响消费者可接受程度的参考因素之一,利用质构仪对薯条相关质构指标(硬度(hardness/g)、弹性(springiness)、黏聚性(cohesiveness)、咀嚼性(chewiness)和回复性(resilience))进行测定。特别是硬度,它是探针第一次压缩时的峰值,能展现薯条的脆度,直接影响消费者的可接受度。图2和图3是不同预处理自制薯条与商业冷冻薯条油炸后相关质构指标变化的雷达图。利用质构仪分别测定了硬度(hardness/g)、弹性(springiness)、黏聚性(cohesiveness)、咀嚼性(chewiness)和回复性(resilience)。由图2可知,自制薯条在不同浓度的不同种类多羟基醇(木糖醇、山梨醇、丙三醇)的处理下,自制薯条的相关质构指标变化趋势类似。分别在0.5%木糖醇、1%山梨醇、0.75%丙三醇作用下获得最大硬度。与油炸鲜样相比,不同浸泡处理的薯条的弹性增加,分别在1%木糖醇,0.75%山梨醇及0.25%丙三醇时达到最大。而在木糖醇与山梨醇分别协同1%海藻酸钠处理作用下,咀嚼性逐渐增加。而回复性变化没有规律,这有待继续研究。

图2 不同预处理的自制薯条质构分析Fig.2 Texture analysis of homemade French fries with different pretreatments

图3 不同预处理的商业冷冻薯条质构分析Fig.3 Texture analysis of commercial frozen French fries with different pretreatments

而商业冷冻薯条在1%木糖醇、0.5%山梨醇、1%丙三醇作用下获得最大硬度。在自制薯条中,不同浓度木糖醇处理的自制薯条与冷冻薯条,硬度变化范围较广,分别为39.46～65.67、50.32～80.31 g。发生该种现象的原因可能与木糖醇特性相关。至于木糖醇的何种特性造成的及相关机理还需进一步研究。而与油炸鲜样相比,不同预处理的薯条的咀嚼性和回复性都显著增加(p<0.05)。而弹性分别在0.5%木糖醇,0.25%山梨醇及0.75%丙三醇协同1%海藻酸钠处理薯条时达到最大。不同预处理条件下造成自制薯条与商业冷冻薯条差异的原因可能主要是商业冷冻薯条的结构特性,致使自制薯条与商业冷冻薯条在不同预处理条件下变化趋势不同。

3 结论

山梨醇溶液浸泡能够减少油炸食品油脂的吸收,主要是由于山梨醇作为多羟基醇具有亲水性。目前关于这方面利用的多羟基醇有山梨醇与丙三醇。而木糖醇与山梨醇具有类似的结构,且是一种升糖指数较低的多糖,相比山梨醇,具有更大的应用价值。结果发现用0.5%木糖醇处理自制薯条,也有抑油效果,与油炸鲜样和仅涂抹1%海藻酸钠相比,能分别减少20.45%和18.35%的脂肪含量,且作用效果是山梨醇>丙三醇>木糖醇。而对于商业冷冻薯条,作用效果显著降低,甚至起到促进油脂吸收的效果。在1%木糖醇作用下与油炸鲜样和仅涂抹1%海藻酸钠相比,脂肪含量分别增加了12.29%与29.11%。这可能与商业冷冻薯条内部含有许多晶体的结构相关。同时,木糖醇也能够改善薯条的色泽与质构。