真空油炸技术及其在淀粉基食品中的应用

王香存，陈 龙，2，金征宇*，2

（1.江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；2.食品科学与技术国家重点实验室，江南大学，江苏 无锡 214122）

油炸是一种传统的食品加工方式，以油脂为介质进行传热和传质来熟制食品[1]。油炸食品因制备快捷且具有金黄色泽、芳香气味和酥脆口感，受到广大消费者的喜爱[2]。但在油炸过程中，食品水分在高温下迅速沸腾并以水蒸气的形式蒸发出去，导致食品内部气压降低，油脂在压力差作用下进入食品内，使油炸食品吸油量升高[3]。而高油脂含量的油炸食品摄入可能会增加高血压、糖尿病等心脑血管疾病及乳腺癌的发病率，不利于人类健康[4]。人们用了很多方法来降低油炸食品吸油量，如在油炸前对食品进行预处理，调整用油种类、油炸温度和时间，给食品进行涂膜处理等[5]。近年来，新型油炸技术成为研究热点，真空油炸、超声波、微波辅助油炸及各种技术间的联用大大降低了油炸食品的吸油量[6]。

真空油炸是一种较为成熟的新型油炸技术，是食品在减压或真空条件脱水熟化的过程[7]。由于气压降低，食品水分在低温下沸腾蒸发，食品熟化后形态和营养成分得到最大程度保留。研究表明，与常压油炸相比，真空油炸可以显著降低油炸食品吸油量，提高食品品质[8]。目前，真空油炸技术已广泛应用于果蔬制品、肉制品等的加工过程中。

淀粉是油炸食品原料的主要组分之一，常见油炸食品如薯片、方便面等均含有丰富的淀粉。在油炸过程中，淀粉会发生结构改变、糊化和老化等一系列理化变化，其消化性能也会受到影响[9]。与常压油炸相比，使用真空油炸技术加工淀粉基食品，可以更好地保护食品营养成分与感官品质，减少食品吸油量[10]。

作者综述了真空油炸技术的原理、优点、与其他技术的联用及其在淀粉基食品中的应用，以期为真空油炸技术在淀粉基食品中的应用提供参考。

1 真空油炸概述

1.1 真空油炸原理

根据压力的不同，油炸可以分为常压、减压和加压3 种类型[11]。常压下，水的沸点为100 ℃。真空条件下，水的沸点降低，食品中的水分可以在较低温度下脱除，油炸时间缩短，食品中的营养素也可以得到较好保留。如图1所示，工业生产中的真空油炸系统通常由3 个部分构成：高强度真空泵、真空油炸室和蒸气冷凝收集器[12]。真空泵在油炸开始之前打开，使系统保持真空状态。油炸室下方的加热器开启后加热食用油，当油温达到预定温度时，通过旋转手柄将装有食物的篮网浸入热油中。在油炸过程中，食物被加热，其脱除的水以蒸气形式通过真空管流入蒸气冷凝收集器[10]。

图1 真空油炸示意图Fig.1 Schematic diagram of vacuum frying

1.2 真空油炸的优点

1.2.1 油炸温度低，营养物损失小常压油炸温度通常在150～200 ℃，而真空油炸的温度大约在90～100 ℃。真空油炸处于低温低压条件，低温可有效抑制食品营养物质的分解，食品中酚类、维生素类等营养物质得到保留[7]。Albertos 等研究发现，与传统常压油炸胡萝卜片相比，真空油炸胡萝卜片的酚类含量更高，并具有更强的抗氧化性能[13]。Soto 等研究发现，真空油炸木瓜片中维生素A 原胡萝卜素的生物转化率较高[14]。将真空油炸木瓜片饲喂大鼠后不会增加大鼠血浆中的血糖、胆固醇或甘油三酯含量。食品营养素大多对热敏感，在高温油炸过程中容易受热分解而失去营养价值。真空油炸过程温度较低，可以有效防止食品中营养素的损失。真空油炸技术的优点见图2。

图2 真空油炸技术的优点Fig.2 Advantages of vacuum frying technology

1.2.2 氧含量低，危害物生成少油炸过程中会产生潜在有害物质[15]，如还原糖和氨基酸在高温下发生美拉德反应产生丙烯酰胺等致癌物质[16]。油炸体系中氧气的存在也使得油脂发生氧化劣变并产生有害物质[17]。油炸温度和氧气含量是影响美拉德反应和脂质氧化的重要因素。而真空油炸过程中低温和低氧的条件可以有效抑制美拉德反应和脂质氧化进程，从而减少油炸过程中不良产物的生成[18]。有研究报道，真空油炸（125 ℃）比传统油炸（165 ℃）可减少98%的丙烯酰胺生成量[19]。Yam 等对真空油炸和常压油炸两种鱼豆腐油炸方式进行了比较，发现真空油炸处理可以有效缓解油脂氧化进程，防止炸油劣化[20]。Belkova 等用真空油炸技术加工马铃薯片，发现真空油炸薯片的丙烯酰胺含量远低于常压油炸薯片[21]。同时，真空油炸薯条中己醛和2-戊基呋喃含量也较低，因为真空油炸有效抑制了脂质的氧化进程[22]。

1.2.3 吸油量低，健康程度高水分流失和油脂吸收是油炸过程中两个重要的物质传递现象，真空油炸食品的含水量和含油量更低，有利于货架期延长。Ayustaningwarno 等用真空油炸技术生产了一种更健康的芒果零食[23]。未成熟芒果在10 kPa、100 ℃条件下真空油炸20 min，可在不吸油的情况下失水干燥，获得良好的脆度与色泽，并能保持抗坏血酸和β-胡萝卜素的含量。Deng 等采用响应面法优化真空油炸香菇片工艺参数，发现油炸温度105 ℃、真空度0.085 MPa、油炸时间27.3 min 时，香菇片总油含量降低了33.54%[24]。常压油炸条件下食品组织基质降解严重，导致食品表面形成更多孔隙，油通过孔隙进入食品内部。真空油炸过程中的温度较低，水的蒸汽压也较低，这种低温低压环境将减少食品组织细胞断裂和损伤，从而减少油的吸收[25]。另一方面，油炸食品的吸油量随着油炸时间增长而增加[26]。真空油炸时间短，加热和水分蒸发快，使得真空油炸食品的吸油量更低[27]。

1.2.4 保留食品风味，感官品质好与常压油炸相比，真空油炸食品具有更优越的质构、色泽和风味等感官品质[28]。在真空油炸过程中，水分从食品表面迅速蒸发，水分排出的地方变干，形成多孔结构，有利于食品形成酥脆质地[29]。此外，油炸食品物料中的呈香呈味成分多为水溶性成分，在真空油炸过程中，食品物料在真空状态和低温条件下缓慢加热，在低温的过程中极少溶出。而且随着油炸过程中食品物料中水分的不断减少，食品物料中的呈香呈味成分得到进一步浓缩，赋予真空油炸食品更浓郁的风味品质[22]。Tirtawijaya 等用真空油炸技术油炸鳕鱼，发现与常压油炸相比，真空油炸鳕鱼的外观、香气和风味等感官品质更佳[18]。Albertos 等在真空油炸前对苹果片进行超高压预处理，提高了苹果片的质构品质[30]。Islam 等采用真空油炸技术对毛豆进行油炸处理，并用数学模型描述了油炸毛豆的脱水动力学。发现真空油炸毛豆的干燥动力学和有效水分扩散率提高，含油量和水分活度较低，色泽和质构也得到明显改善[31]。

2 真空油炸与其他技术的联用

与常压油炸相比，真空油炸可以生产出含油量更低且感官品质更优质的食品。但是，真空油炸对设备要求较高，且油炸过程非常耗时耗能。为了克服真空油炸技术的局限性，常常将其与其他技术联合使用[32]。

2.1 微波

微波是一类频率在300 MHz～300 GHz 范围内的电磁波[33]。为了防止对通信设备的干扰，民用微波频率规定为915 MHz 和2 450 MHz[34]。915 MHz 是工业生产常用的微波频率，2 450 MHz 是家用微波炉使用的微波频率[35]。在微波加热过程中，食品中的水分子等极性分子随着交变电场方向的变化产生剧烈摩擦和碰撞，将电磁能转化为热能，促进水分蒸发，并提高食品的温度[36]。微波加热具有方便快捷、热效率高、营养损失少等诸多优点[37]。将微波技术应用于真空油炸可以提高水分蒸发速率、加快传质、缩短油炸时间[38]。Su 等结合核磁共振和激光共聚焦扫描显微镜对微波辅助真空油炸薯片的脱水动力学、水分和油脂分布状况进行了分析[25]。结果表明，与真空油炸相比，微波辅助真空油炸显著提高了水分蒸发率和有效水分扩散率，且微波功率越高，水分蒸发率和有效水分扩散率越高。Su 等的研究发现，微波辅助真空油炸鳕鱼片的气孔更细小均匀，含油量低，且外观质地较好[39]。食品在微波场存在的条件下快速均匀脱水，在更短的时间内完成油炸过程[40]。

2.2 超声波

超声波是一类频率在20 kHz～10 MHz 的机械波，在介质中传播时会产生击碎、乳化、扩散、机械振荡等作用力使物体内部产生高温、高压的冲击波和微射流，加速体系的传热和传质过程[41]。超声波不能在真空中传播，但可以用于真空油炸预处理过程[42]，有效提高食品脱水效率并改善食品品质[43]。Fan 等采用超声波对真空油炸紫薯片进行脱水预处理，并用低场核磁共振技术测定油炸紫薯片的水分含量，发现超声预处理降低了油炸紫薯片的平衡水分含量[44]。在真空油炸前对食品进行超声波脱水预处理可以有效缩短油炸时间，降低油炸食品吸油量。Shen 等的研究发现，超声预处理可以显著提高真空油炸苹果片的介电性能，降低苹果片的含水量和吸油量，同时提高其抗氧化性能[45]。Devi 等的研究也表明，超声预处理可以减少真空油炸薯片的吸油量，并且不会对薯条的感官品质造成不良影响[46]。

2.3 微波-超声波联用

微波和超声波技术常常结合起来使用，二者可以产生协同效应，提高真空油炸效率和食品质量[32]。据报道，微波和超声波的结合可以增强油炸过程中的脱水过程并改善真空油炸水果和蔬菜的质量[47]。Su 等研究了微波-超声波真空油炸紫肉马铃薯的干燥动力学和品质特性，发现微波和超声波的结合显著提高了真空油炸过程中食品水分的蒸发速率，缩短了油炸时间[32]。此外，紫肉马铃薯片的水分活度降低，总花色苷含量增加，质构和色泽也得到显著改善。油的吸收是油炸过程中重要的传质现象，而吸油量高会增加生产成本，同时高含油量油炸食品的摄入对人体健康不利[48]。微波和超声波联用可以有效降低真空油炸食品的吸油量，并且一定条件下微波和超声波功率越高，油炸食品的吸油量越少[39]。Islam 等的研究发现，与单独使用微波或超声波真空油炸相比，微波-超声波辅助真空油炸处理显著缩短了毛豆的油炸加工时间，且油炸毛豆的含水量和含油量更低，具有更优的色泽和质地[49]。油炸食品的吸油量和油分布取决于其外壳层的微观结构[50]。油炸后冷却阶段压力降低使油通过食品表层的微孔渗入食品内部[51]。微波-超声波辅助真空油炸食品吸油量的大幅降低可归因于微波和超声波能量引起的油炸时间的缩短和食品表层微观结构的变化[32]。微波-超声波辅助真空油炸使食品表层具有较高孔隙率、更均匀的孔隙分布以及更光滑的内表面[52]。与微波真空油炸相比，超声波与微波组合真空油炸在水分快速蒸发和均匀加热方面具有更大的优势，可以在短时间内生产出质地更酥脆且色泽更具吸引力的油炸食品[53]。Faruq 等研究发现超声波与微波的联合应用使苹果片在真空油炸过程中快速脱水，形成酥脆质地，其天然味道和色泽也得到了较大程度的保留[54]。Devi 等使用4 种油炸条件对蘑菇条进行油炸，即真空油炸、微波真空油炸、超声波真空油炸和微波-超声波真空油炸。研究发现微波-超声波真空油炸蘑菇条中蛋白质、总酚化合物和总黄酮化合物得到了更大程度保留。微波与超声联合处理产生的协同作用能显著降低真空油炸蘑菇条的水分活度和吸油量，并保留原始样品的颜色[55]。真空油炸与其他技术的联用的优缺点见表1。

3 真空油炸对淀粉性质的影响

3.1 淀粉糊化特性

糊化特性是淀粉重要理化特性之一，是指淀粉在一定温度条件下吸水膨胀、破裂形成均匀糊状溶液的过程[58]。真空油炸条件下，由于真空度较低，水的沸点降低甚至低于淀粉糊化所需温度，淀粉不易糊化，结构松散，具有较高的吸油渗透性[10]。Sobukola 等研究发现，真空油炸过程中水沸点温度低于淀粉糊化所需的温度 （55～65 ℃），淀粉很难糊化，颗粒形态较为完整[59]。相反，如果使用较低的真空度（33.21 kPa）油炸样品，淀粉可以发生糊化。食品水分含量也是影响淀粉糊化特性的重要因素，真空油炸过程中会加速水分蒸发，从而使食品表面水分含量过低导致淀粉糊化不足[24]。Contardo 等发现真空油炸面团的吸水指数较低[60]，用DSC 测定真空油炸面团中淀粉糊化度，发现与常压油炸面团（糊化程度约98.3%）相比，9.9 kPa 下真空油炸面团的糊化程度较低，仅为53.8%。

3.2 淀粉消化特性

淀粉消化率的差异与淀粉本身物理状态以及加工过程中形成的微观结构类型有关[61]。研究表明，真空油炸过程可以有效降低淀粉的消化率，增加抗性淀粉含量[62]。与常压油炸相比，在真空油炸过程中，淀粉糊化受到抑制而消化性降低[60]。Contardo 等研究了真空油炸对淀粉消化率的影响[63]。研究结果表明，真空油炸（6.5 kPa）淀粉糊化率较低（28%）。体外消化实验表明，快消化淀粉质量分数为27%，慢消化淀粉质量分数为70%，消化率较慢，与生面团的消化率相似。另一项研究将真空油炸（9.9 kPa，温度115 ℃）和常压油炸面团分别饲喂SD 大鼠。饲喂真空油炸面团大鼠进食60 min 后体内血糖值达到最高（血糖升高较慢），而饲喂常压油炸面团大鼠进食仅30 min 后血糖达到最大值，真空油炸显著降低了面团的升糖指数和消化率[60]。此外，油炸过程中淀粉与脂质可以通过疏水相互作用和氢键作用形成淀粉-脂质复合物[64]。淀粉-脂质复合物具有很强的抗酶解性能，也被称为RS5 型抗性淀粉[65]。真空油炸过程中淀粉与脂质相互作用产生淀粉-脂质复合物，使淀粉对酶的敏感性降低，淀粉消化性能降低[66]。

4 真空油炸在淀粉基食品中的应用

与常压油炸相比，真空油炸具有低压、低温、低氧的特点，可以最大限度保持食品营养成分[67]。与常压油炸相比，使用真空油炸技术加工淀粉基食品可以更好地保持食品营养成分与感官品质，减少食品吸油量[68]。

4.1 薯类

油炸薯片和薯条等薯类零食受到众多消费者的喜爱。用真空油炸技术加工薯类食品可以缩短油炸时间，减少危害物质的生成并改善感官品质[69]。木薯、番薯和马铃薯等可用作真空油炸淀粉基食品的原料。Sobukola 等使用真空油炸技术加工黄肉木薯片并进行了工艺条件优化，通过调整真空度、油炸温度和油炸时间得到品质属性较好的油炸木薯片[70]。Xu 等以紫甘薯粉、大豆分离蛋白和黄原胶为包衣材料，开发了一种真空油炸面包虾面糊体系，提高了油炸面包虾的抗氧化性能[71]。油的种类会影响真空油炸薯类食品的营养与感官品质。Soto 等研究发现[72]，与棕榈油相比，大豆油提高了真空油炸番木薯冷却过程中类胡萝卜素的保留率。这是因为大豆油中的不饱和脂肪酸可与类胡萝卜素的双键竞争氧气，起到抗氧化作用。可以通过使用真空油炸预处理手段优化真空油炸薯类食品感官品质。García 等对木薯片进行热烫预处理，降低了真空油炸木薯片的吸油量并保持其良好色泽和脆性[73]。Qiu 等对微波-超声波辅助真空油炸工艺条件对甘薯片品质的影响展开研究[74]，在一定范围内，随着超声波功率的增大和处理时间的延长，薯片的吸油率和含水量不断降低，炸甘薯片的质地更脆。

4.2 油炸方便面

方便面是一种常见的淀粉基油炸食品，真空油炸可作为油炸方便面的重要生产手段。Vernaza 等以添加了大豆分离蛋白和RS3型抗性淀粉的面团为原料，采用真空油炸工艺开发出含油量低且耐消化的油炸方便面[75]。通过对常压油炸和真空油炸方便面的吸油量进行比较，发现真空油炸方便面的油脂质量分数比常压油炸方便面少3%。这是因为常压油炸方便面表面形成了更多的孔隙结构，油脂更容易渗入。另一项研究中，Vernaza 等在面团中添加质量分数10%的RS2、RS3和青香蕉粉3 种抗性淀粉，并分别采用常压和真空油炸工艺制作方便面。与常压油炸相比，真空油炸方便面吸油量减少3%，且抗性淀粉的保留量更高[76]。

4.3 其他

南瓜、山药、香蕉和木瓜等常见食品中也含有丰富的淀粉，可作为油炸食品加工原料。王文成等发现真空低温油炸山药脆片在色泽和含油量方面明显优于常压油炸方法[77]。Huang 等使用微波-超声波辅助真空油炸技术加工南瓜片，缩短了油炸时间，同时南瓜片的结构得到较好保护，其含水量和含油量均较低[78]。在真空油炸前进行适当预处理可以有效改善油炸食品理化和感官特性。渗透脱水、微波加热和热风干燥3 种预处理后的真空油炸香蕉片含油量均较低，且表现出更好的色泽和质构特性[79]。冷冻预处理后的真空油炸木瓜片具有较为良好的色泽、硬度等感官品质，并较好地保留了总黄酮、胡萝卜素等物质的抗氧化活性[80]。

5 展 望

近年来，随着人们生活水平的提高，越来越多的消费者追求健康、低油低脂的饮食。真空油炸可以较大程度保留食品营养成分，降低食品吸油量，生产出低脂美味的淀粉基食品。但是，真空油炸技术对设备要求和使用成本均较高，其在快餐店等餐饮行业中的应用尚存在一定限制，真空油炸与其他辅助加热技术的联用是未来研究重点。真空辅助油炸实际上是物料脱水的过程，因此真空油炸除了与微波和超声波技术连用，未来研究也可以将其与红外、脉冲电场等新型干燥技术相结合，提高真空油炸效率，生产出营养和感官品质更佳的淀粉基油炸食品。