不同预处理方式对抑制再制薯条吸油特性的影响

王智珍，李文钊，李玉爽，路 晓，徐艳朋，张亚旭，刘馨阳，阮美娟

（天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457）

马铃薯营养丰富，具有很强的加工转换能力，薯条、薯片、全粉、淀粉等都是常见的马铃薯类制品[1]。其中炸薯条以其金黄的色泽、酥脆的口感和典型的油炸风味，成为全球流行的快餐食品[2]。速冻薯条是由薯块切条制成，对原料的要求比较高，加工过程中马铃薯大小不均匀、形状不规则等都会降低原料的利用率[3]；而且速冻薯条油炸后多辅以调味酱食用，口味较为单一，不尽快食用其感官品质会大大下降，方便性较差。针对上述问题，本研究的再制薯条是鲜薯蒸煮后制成薯泥进行调配、成型、预处理和油炸而成，对原料大小、薯形要求小，利用率高，口感更为酥脆、调味均匀且可以进行多种风味的复合薯条开发，丰富马铃薯休闲食品品类。

油炸作为一种最传统、最流行的食品加工方法，能够赋予油炸食品独特的风味、质构和口感[4]，但过量摄入油脂含量高的食物可能会增加患肥胖、高血压、心血管疾病、糖尿病等疾病的风险[5]，对人体健康构成极大威胁。油含量作为油炸产品的重要感官特性，极可能影响油炸食品的可接受性和消费者的购买意愿[6]，特别是随着健康饮食理念的发展，消费者希望在享用油炸食品美味的同时，降低油炸食品的含油量及热量。目前许多措施，如控制油炸条件、开发新型油炸技术和预处理等被用于控制油炸食品的吸油量。控制油炸条件的方法虽然操作相对方便，但控制油炸食品吸油量的效果较差；一些新兴技术如超声波处理、红外微波干燥等具有较好的降油能力，但操作复杂、成本较高[7]；而在油炸前进行干燥、冷冻等预处理可以影响产品的除湿动力学、脂肪含量和最终产品脂肪分布[8]，具有经济、有效、方便的优点。张金[9]发现在油炸前对马铃薯切片进行热风干燥处理，可以调控其孔隙分布降低薯片总油脂含量，但需控制好干燥程度，否则会对油炸薯片的色泽和酥脆度产生不利影响；刘淼等[10]研究发现焙烤马铃薯条具有酥脆的口感，与油炸薯条相比有更低的脂肪含量。

目前对各种降低薯条吸油的方式及机理的探索多集中于传统速冻薯条，对非鲜切油炸薯条降油的研究较少。因此，本实验改变传统速冻薯条加工方式，使用鲜薯蒸煮后得到的薯泥制作薯条，研究热风干燥预处理和焙烤预处理对降低再制薯条吸油的效果，并进一步探索抑制吸油的作用机理，确定最佳的预处理方式，以期得到一款满足消费者和商家需求的较低油脂含量且优良品质的休闲薯条食品。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯（品种为大西洋）山东乐利事食品有限公司；精炼棕榈油 深泽县伟佳油坊。

石油醚 天津市津东天正精细化学试剂厂；尼罗红、异硫氰酸荧光素（fluorescein isothiocyanate，FITC）上海阿拉丁生化科技股份有限公司；其他化学试剂均为分析级。

1.2 仪器与设备

C21-WT2112T多功能电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司；ZC-101-2AB电热鼓风干燥箱 青岛正辰闰科检测仪器有限公司；C40烤箱 青岛海氏烘焙电器有限公司；6K116CH艾格丽电炸锅 湖北香江电器股份有限公司；FD-1A-50真空冷冻干燥机 北京博医实验仪器有限公司；SOX406脂肪测定仪 济南海能仪器有限公司；Micro MR-25核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）分析仪 上海纽迈电子科技有限公司；JSM-IT300LV扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）日本电子公司；LSM 980快速超分辨激光共聚焦显微镜（confocal laser scanning microscope，CLSM）德国蔡司公司。

1.3 方法

1.3.1 再制薯条制备

挑选无病害、无损伤的新鲜马铃薯清洗去皮后切片蒸煮，将蒸好的马铃薯捣成均匀的薯泥备用，按前期实验得到的最优配方（雪花全粉9%、全脂乳粉2%、白砂糖1%、盐0.5%、单双甘油脂肪酸酯0.4%，以薯泥质量计）制成面团，通过挤出成型（规格为直径5 mm、长度55 mm圆柱形状）得到再制薯条。在油炸前对薯条进行不同预处理：60 ℃热风干燥处理60、90 min和120 min，分别标记为A1、A2和A3；140 ℃焙烤处理24、27 min和30 min，分别标记为B1、B2和B3，未经预处理标记为CK，之后统一在棕榈油中160 ℃初炸1.5 min、180 ℃复炸20 s，炸完后离心脱油处理1 min，将其铺在吸油纸上放凉备用，不同预处理再制薯条的油炸实验均至少重复3 次，每次更换新鲜的棕榈油。

1.3.2 水分质量分数和油脂质量分数测定

根据GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》[11]直接干燥法测定油炸前后样品中的水分质量分数；参考GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》[12]索氏抽提法，使用脂肪测定仪测定其油脂质量分数。

1.3.3 水分状态测定

参考王琛[13]的方法并稍作修改，使用低场核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技术测定不同预处理后样品水分分布状态变化。选择CPMG脉冲序列测量样品的横向弛豫时间（T2）。采样参数如下：采样带宽100 kHz，等待时间2 000 ms，回波时间0.11 ms，回波个数1 500，采样次数16，90°和180°时的脉冲宽度分别为6 μs和11.04 μs。

1.3.4 油脂宏观分布测定

参考李培燕[14]的方法并稍作修改，采用MRI分析仪观察不同预处理样品油炸后油脂分布情况。将油炸后各组样品进行冷冻干燥（为了去除样品中的水分）。采用自旋回波序列获取质子密度加权图像。成像参数设置：切片数量、层宽和扫描次数分别为1、25 mm和4，回波时间为20 ms，重复时间为500 ms，观察位置为纵剖面，测试过程中温度始终保持32 ℃，使用仪器自带的软件将得到的灰度图进行伪彩处理分析样品中氢质子信号强度。

1.3.5 油脂微观分布和组分间相互作用分析

参考杨丹等[15]的方法并稍作修改，使用CLSM观察不同预处理样品油脂微观分布情况及油脂与淀粉相互作用关系。将油炸后样品冻干处理，用锋利的刀片将样品外壳切成约1 mm厚的片状，先浸入0.02 mg/mL FITC染液（溶剂：丙酮）中染色30 min，用丙酮洗去多余染液后放入0.02 mg/mL尼罗红染液（溶剂：丙酮）染色20 min，取出后用丙酮洗去多余染液。将制备的双染色样品置于共聚焦小皿中（待观察面朝下）进行拍摄，采用双通道模式，物镜放大10 倍，获得尼罗红（红色，激发波长559 nm）和FITC（绿色，氩离子激发波长495 nm）的双色图像，使用Zeiss ZEN软件进行图像处理。

1.3.6 表面微观结构观察

样品经过索氏抽提脱脂、冷冻干燥脱水处理后，用锋利的刀片将其切成片状，固定于仪器专用金属样品台喷金，将载有样品的样品台推入SEM腔体内部，抽真空，于5.0 kV加速电压和200 倍放大倍数下观察样品表面微观形貌特征[16]。

1.3.7 感官评价

选取10 名具有食品相关专业背景并经过感官评价培训的人员组成评价小组，经过不同预处理的再制薯条油炸放凉后，评价小组人员对其进行感官评测。评价小组人员根据表1再制薯条的感官评定标准评分，评测前后都需用温水漱口。

表1 再制薯条感官评价标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of formulated French fries

1.4 数据处理与分析

使用SPSS 19软件对数据进行ANOVA单因素方差分析和Duncan多重比较检验显著性（P＜0.05）。数据以表示。所有实验至少重复3 次。使用Origin 2018、Zeiss ZEN等软件进行绘图和图像处理。

2 结果与分析

2.1 水分、油脂质量分数及其相关性

薯条油炸是一个复杂的传热传质过程，油炸过程中水分蒸发和油脂渗透几乎同时发生，水分蒸发形成的孔隙为油脂的渗透提供了通道，因此，研究样品中含水量、含油量及两者的关系对探索油炸过程中抑制薯条吸油具有重要意义。

2.1.1 水分质量分数

从图1a可知，未处理样品油炸前初始水分质量分数高达66.35%，经热风干燥预处理后的A1、A2、A3组的水分质量分数分别显著降低了21.79%、29.65%和31.32%（P＜0.05），而经焙烤预处理的B1、B2、B3组分别显著降低了29.39%、33.71%和42.23%（P＜0.05），说明在油炸前进行预处理可以有效降低样品的水分含量且预处理时间越长水分含量越低，焙烤预处理降低效果更为显著。这可能是因为焙烤预处理温度远高于热风干燥预处理，高温加速了水分流动速度使样品内部水分扩散速率大于表面水分流失速率，避免表面水分蒸发后样品皱缩、出现结壳硬化，阻止内部水分迁移蒸发[17]。此外，与油炸前的再制薯条相比，油炸后其水分质量分数均显著下降，油炸过程其实也是再制薯条在高温作用下二次蒸发脱水的过程。

图1 不同预处理再制薯条水分质量分数（a）、油脂质量分数（b）及水油质量分数相关性（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 油脂质量分数

图1b显示，未处理样品油脂质量分数最高，为20.75%，而经过热风干燥预处理后A1、A2、A3组油脂质量分数显著下降了5.37%、11.11%和15.75%（P＜0.05），B1、B2、B3组显著下降了16.51%、16.30%和16.50%（P＜0.05），两种预处理均可以有效降低样品的油脂含量，且后者降油脂效果更优。随着干燥时间延长，热风干燥预处理样品中的油脂质量分数显著减少，而焙烤预处理样品的油脂质量分数降低并不显著，说明除水分质量分数还有其他因素会影响样品的油脂质量分数，两种预处理方法降低油脂质量分数的机理可能有所差异。

2.1.3 水分含量和油脂含量相关性

从图1c可以看出，样品经预处理后的初始水分质量分数与油炸后的油脂质量分数呈现明显的正相关，Pearson相关系数（r）为0.911 0，这表明样品在油炸之前的初始水分质量分数对吸油起重要作用，许多对油炸食品的研究发现初始水分含量越高的食物最终油脂含量也越高[18-19]。食物初始水分含量高，在油炸过程中就会有更多的水分逸出，从而留给油脂更多的渗入空间[20]。结合图1a、b可知，未处理样品初始水分质量分数最高，油炸后其油脂质量分数也最高；经过热风干燥和焙烤预处理后样品初始水分质量分数降低，油炸后其油脂质量分数也显著减小，焙烤预处理油脂质量分数与未处理相比降低了约3/4，说明通过预处理降低再制薯条水分含量可以减少油炸过程中的油脂吸收。

2.2 水分状态

通过LF-NMR技术测定不同预处理对再制薯条水分质量分数和水分状态的影响，并对LF-NMR所得峰总面积与直接干燥法测得水分质量分数进行相关性分析，结果如图2和表2所示。不同预处理的样品中有T2b（＜10 ms）、T21（10～100 ms）和T22（＞100 ms）3 个水分信号峰，相应的峰面积由A2b、A21和A22表示，分别代表紧密结合水、半结合水和自由水。T2和相对峰面积（A2）是分析水分在物料中分布情况的重要指标，可以反映物料内部的水分分布情况，有研究表明，T2值越小，水分和物料结合地越紧密，相对应的水分越不容易被除去[21]，并且相应状态的水分质量分数与其对应峰的相对面积呈正比。与未处理样品相比，经过预处理后样品A2显著减少了50.19%～71.56%，且都随着处理时间延长峰面积不断减小；图2b显示，经预处理后的样品水分质量分数和水分峰总面积呈线性关系（y＝0.010 7x＋15.880 1，R2＝0.925 5），A2减少表示样品中的水分含量降低，这与周先民[22]的研究结果相似。除此之外，样品的水分状态也发生明显变化。由表2可知，未处理样品的A22最大，即自由水比例最高，经过预处理后A22显著减少（P＜0.05），代表自由水的信号峰几乎消失不见，而紧密结合水和半结合水占比明显增加，这表明预处理后样品中大量游离状态的水转化为半结合水和紧密结合水，可能是预处理过程中样品所含淀粉进一步糊化，原本处于游离状态的自由水会被淀粉凝胶结构束缚而转变成物理束缚的半结合水甚至是紧密结合水[23]，相应的图2a中前两组峰整体左移是T2b和T21减小的表现，说明水分与淀粉结合的更加紧密[23]，在油炸时紧密状态下的水比自由水更难流失，样品中能够被油脂占据的空间变小，因此水分含量和水分状态的变化会影响油炸过程中的吸油特性。

图2 不同预处理再制薯条水分状态分布（a）和峰总面积与预处理后水分质量分数相关性（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 不同预处理再制薯条油炸前水分T2和A2Table 2 T2 and A2 of formulated French fries with different pretreatments before deep fat frying

2.3 油脂宏观分布

MRI利用磁场梯度和无线电波，根据氢质子在样品中的弛豫和扩散差异，可以在宏观尺度上生成完整样品中油脂分布的核磁图像[24]。如图3所示，与未处理的样品相比，经过两种预处理后样品图像黄绿色部分减少，主要转变为蓝绿色，其中B2出现了较大部分的蓝色区域，即油脂信号强度明显变弱，油脂分布面积缩小，更直观地证明了预处理可以降低再制薯条的油脂含量。通过对比发现，热风干燥预处理后的样品外壳和内部都有油脂分布，而焙烤预处理样品油脂主要分布在外壳区域，内部分布较少，总油脂面积也更小，这与之前测定的油脂质量分数结果一致。这可能是由于热风干燥处理温度较低，水分流失缓慢，随干燥时间延长，样品内部水分向表面迁移蒸发，形成油炸时油脂进入内部的通道，样品表面因为水分流失产生的褶皱也会导致油脂吸附留存。而在高温焙烤过程中，样品的淀粉颗粒结构严重破坏，颗粒之间相互黏连形成片状结构[25]，糊化的淀粉形成薄而致密的外壳阻挡油脂进入内部，从而抑制吸油。

图3 不同预处理再制薯条油炸后油脂宏观分布Fig.3 Macroscopic distribution of oil in formulated French fries with different pretreatments after frying

2.4 油脂微观分布和组分间相互作用

CLSM能从细胞层面上进一步观察再制薯条油脂微观分布的情况[26]，由图4可知，未处理样品比经过预处理样品红色区域面积更大更亮，而且有很大一部分的红色区域和绿色区域重叠在一起呈黄色或者橙色，说明油脂和淀粉发生了强烈的相互作用，产生可以与FITC和尼罗红同时发生特异性结合的产物（淀粉-脂质复合物）[27]，可能是样品在高温油炸过程中淀粉剧烈糊化后导致细胞结构消失，糊化后的淀粉和油脂相互作用产生的复合物形成了新的外壳，在一定程度阻止了油脂的渗透，但大面积的淀粉-脂质复合物的生成也代表存在更多的基质油，后续脱油工序也会阻止内部油脂脱出。经过2 种预处理后，代表油脂的红色区域荧光亮度和分布面积均出现不同程度的降低，说明预处理可以降低油炸过程中的吸油含量，这与油脂质量分数结果一致，而且随着2 种预处理时间延长，红色区域荧光亮度和分布面积均呈下降趋势，绿色区域面积不断增大。与热风干燥预处理相比，B2和B3样品红色面积大大减少，且亮度显著降低，红色部分成丝状或带状分布在绿色区域裂缝孔隙中，代表淀粉的绿色区域表面结构完整致密，孔洞和缝隙都少于热风干燥处理，油脂含量也大大降低。

图4 不同预处理再制薯条油炸后外壳区域CLSM荧光图像Fig.4 CLSM fluorescence images of the crust area of formulated French fries with different pretreatments after frying

2.5 表面微观结构

从图5可以看到，未处理样品还存在部分较完整的淀粉细胞结构，细胞之间存在较多小且深的孔洞和缝隙，主要形成原因是蒸煮时淀粉发生溶胀导致细胞结构胀大变形，油炸后样品外壳的孔洞和缝隙变大变深，可能是油炸过程中水分剧烈蒸发导致[28]，为油脂进入样品内部提供了通道。与未处理样品相比，热风干燥预处理的样品细胞因失水发生皱缩，内部结构变得致密，孔洞因此变少而浅，但随着干燥时间的延长，样品表面不断受到热风的侵蚀，表面粗糙度增加，内部水分向表面迁移蒸发导致孔隙慢慢变深。热风干燥预处理样品的表面结构有许多凹凸不平的沟壑和缝隙，而焙烤预处理的样品表面都较为平整光滑，孔洞和裂缝都比较少，特别是焙烤27 min的样品，可能是由于焙烤过程中淀粉颗粒在较高温度下充分糊化和膨胀，且无法溶出而挤压细胞壁，使得样品的大部分小孔和缝隙消失、整体结构变得均匀致密，从而增强了样品抵抗油炸过程中蒸汽流对其微观结构破坏的能力，减少了油脂进入样品的通道，有助于降低油炸过程中的吸油；油炸的表面活性剂理论描述了油脂吸收与油炸食品微观结构和表面特征的强烈依赖性[29]，孔洞和缝隙为油脂大量吸附在薯条表面提供了条件，而光滑平整的表面可以吸附的油脂含量会随之减少。

图5 不同预处理再制薯条油炸前的后表面微观结构Fig.5 Microstructure of the surface of formulated French fries with different pretreatments before and after frying

2.6 感官评价

由图6a可知，不同预处理再制薯条感官评分从高到低依次为焙烤预处理＞热风干燥预处理＞未处理，未处理样品感官评分最低，焙烤27 min样品最高，这是由于未处理样品油炸后油腻感重且整体绵软，而预处理可以改善样品的感官品质，评分也相应提高。结合图6b、c进行分析，焙烤预处理的3 组样品在色泽、气味滋味、组织状态和整体接受度各方面得分均优于热风干燥预处理，因为焙烤预处理后样品油脂含量更低，大大减轻了原来的油腻感，而且焙烤工艺赋予薯条更加酥脆的口感深受评价员喜爱。但随着焙烤时间的延长，色泽得分先增加后下降，可能是由于在高温焙烤中发生了美拉德反应，时间过久导致样品颜色变深，薯条色泽接受度降低，焙烤30 min样品评分略有下降，因此综合考虑选择焙烤作为预处理方式，时间为27 min。

图6 不同预处理再制薯条整体感官评分（a）、感官评价雷达图（b）和外观照片（c）Fig.6 Overall sensory scores (a),sensory evaluation radar charts (b) and appearance photographs (c) of formulated French fries with different pretreatments

3 结论

本实验对比分析了热风干燥预处理和焙烤预处理对再制薯条吸油特性的影响并探索了在油炸过程中抑制吸油的作用机理。研究发现，两种预处理均可以降低再制薯条的油脂质量分数，且焙烤预处理效果更优；通过影响再制薯条初始水分质量分数、水分分布状态增强油炸过程中水分结合力，减少水分蒸发，从而达到抑制吸油的目的。除此之外，MRI分析结果表明样品焙烤预处理后淀粉糊化形成的致密外壳阻挡了油脂进入，相比于热风干燥预处理，进入其样品内部油脂含量更少，CLSM和SEM结果共同表明分布在焙烤预处理27 min再制薯条外壳表面的油脂最少，微观结构光滑平整，极少的空隙和裂缝减少了油脂渗透且不利于油脂附着。感官评价结果表明焙烤27 min处理时各项评价得分最高。因此，综合考虑选择焙烤预处理27 min作为再制薯条的最佳预处理方式，可以在提升感官品质的同时降低油脂含量。