真空法降低油炸制品含油量

何定兵，徐 斐，華澤釗*，陸青松

(上海理工大學 低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093)

真空法降低油炸制品含油量

何定兵，徐 斐，華澤釗*，陸青松

(上海理工大學 低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093)

以圓柱形土豆條為研究對象，對油炸和冷卻過程中樣品表面和內部溫度、水蒸氣壓力以及不同階段吸油量變化規律進行測量與分析，發現油炸過程中由于水蒸氣持續從多孔殼層逸出，阻礙了油進入食品中，土豆樣品中70%左右油是在冷卻階段進入食品殼層中的，而且導致吸油的動力——蒸汽冷凝形成的殼層內外壓差對環境氣壓很敏感。在油炸樣品冷卻階段，將油炸土豆條置于不同真空環境進行冷卻，發現絕對壓力80kPa的條件下冷卻時，總吸油率從40%降至13.6%，說明冷卻過程的真空條件能降低殼層內、外壓差驅動力，有效促進表面附著油滴落，阻礙其被吸入食品結構中，從而降低油含量。

真空法；吸油率；油炸食品；低油食品

深層油炸是指將食品物料置于沸點較高的食用油液面以下的一種傳統的食品加工工藝。該加工方法使食品的內部和表面的微觀結構產生顯著的變化，賦予食品特殊的香味，受到消費者的普遍喜愛。油炸過程中食品水分從80%下降到2%，而油含量卻升高至47%[1-2]。其帶來的高熱值普遍被認為是肥胖和心血管疾病的主要原因之一，與目前消費者對健康食品以及低脂食品的消費趨勢相矛盾[3]。因此，油炸食品中的含油量已經是食品品質評判的一個重要標準。

油炸食品中的油大致可以分兩種：1)組織結構油(structural oil content，SOC)，即被吸入食品結構中的那部分油；2)表面浮油(surface oil content，SUOC)[2]，即粘附在食品表面的那部分油。組織結構中的油主要存在于食品表面很薄的一個區域——殼層[2,4]，大部分是在冷卻過程中進入到食品結構中的，占到總油量的64%以上[1-2,5]。這是由于在冷卻過程中，食品中水蒸氣開始冷凝，大氣壓開始大于孔隙中的水蒸氣的壓力，表面附著油由于外界壓力與含濕層水蒸氣壓之間壓差或毛細管作用進入食品的多孔縫隙間[6]。

目前關于降低油炸食品含油量的技術路線大致有下面3種途徑：1)預處理：對土豆進行初步干燥，或表面被覆一層高分子多糖(如甲基纖維素、黃原膠等)或較厚的淀粉，通過增強食品表面的強度和韌性，改變油的傳質過程，從而減少進入食品結構含油量[7-9]。但是該方法是在油炸之前對土豆進行預處理，工藝復雜且成本較高，且在降低含油量的同時往往會改變了食品原來口感；2)油炸工藝：通過降低油炸過程的壓力即真空油炸，降低油和水的沸點，賦予了食品更好的營養品質[10]，或是通過改變油的黏度和表面張力來降低油對殼層中多孔結構浸潤性而降低含油量[11]，不過效果并不顯著；3)冷卻過程處理：在油炸設備上裝配一個離心裝置，使得油炸食品冷卻過程經過一個離心處理，此方法具有顯著降低油炸吸油率的效果[12]，還有方法是油炸結束后對冷卻過程的壓力釋放過程進行程序控制，實驗表明也具有顯著的降低含油量的效果[10]。

比較上述多種降低含油量的方法和原理，從冷卻過程著手降低油炸食品油含量更加有效而且成本低，且逐步成為研究的重點。本實驗應用真空方法對油炸制品冷卻過程進行處理，考察不同真空條件降低油炸土豆制品油含量的作用，并通過研究油炸土豆條制品的溫度變化規律以及吸油動態變化規律，分析油炸和冷卻過程中殼層內水蒸氣和油的遷移特點。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

土豆選擇荷蘭土豆品種(上海)；大豆植物油(福臨門)中糧集團有限公司；正己烷(分析純) 德國Meker公司。

1.2 儀器與設備

電磁爐 美的電氣有限公司(廣州)；KTSS-18G-12型熱電偶 美國Omega公司；真空箱 自制；Ns-B型壓力傳感器 上海天沐自動化儀表有限公司；1410-2E型真空烘箱 美國Shel Lab公司；GA110型分析天平 美國Ohaus公司。

1.3 方法

1.3.1 油炸工藝

土豆濕度為80%左右，存儲于4℃保鮮，使用前放置于25℃環境24h。用內徑1.0cm圓柱形刀具制得相同長度(5.0cm)和直徑(1.0cm)的圓柱形土豆條，隨后將土豆條浸沒于冰水中以去除表面的淀粉[13]。從水中取出后，表面殘留的水分甩干后再用吸水紙擦干。最后，將土豆條由兩層濕巾包裹防止脫水，準確稱取質量并選擇質量相近的土豆條備用，以保證樣品以及油炸后相關參數比較準確性。用電磁爐將油炸溫度控制在(170±1)℃，在油炸前預熱并穩定2h[14]。需要適當的攪拌以保證油溫的均一性，而防止熱電偶固定在一個位置導致溫度測量不準。在油炸過程中，土豆投入油中開始計時，并用網罩將土豆置于液面以下，計時240s，用鑷子取出土豆條，于不同壓力下室溫冷卻。在油炸和冷卻過程中外界的環境溫度維持在(25±3)℃。

1.3.2 溫度測量

用熱電偶分別測量土豆表面和幾何中心位置的溫度。熱電偶由橫截面傾斜著插入，至能隱約看見熱電偶端部為止(距離表面不足0.5mm)即測量樣品表面的溫度。土豆的幾何中心的溫度的測量是將熱電偶沿著橫截面的中心垂直插入土豆，插入的長度要長于3倍的土豆橫截面的直徑。具體位置如圖1所示：

圖1 測量圓柱形土豆條溫度的熱電偶位置示意圖Fig.1 Diagram of thermocouple location within potato cylinder

1.4 分析方法

土豆濕度的測定是將土豆放置于真空烘箱中70℃干燥24h，直至物料質量不再降低，物料前、后質量之差除以干燥前濕質量，即計算出土豆濕度。

表面油含量(SUOC)測定，油炸完成后將樣品迅速浸沒于盛有20℃、200mL正己烷的250mL燒杯中，10s后取出，然后用蒸餾裝置回收正己烷，并進行干燥，用分析天平稱量燒杯前、后質量之差即為正己烷中溶解油炸食品表面油含量，相同的測試重復10遍。

組織結構油含量(SOC)的測定，先依據上述方法用正己烷先將油炸制品表面浮油除掉，將樣品破碎后用索氏抽提法[15]萃取油炸食品的結構油成分。

總吸油率(total oil content，TOC)是指在油炸或冷卻中某時刻組織結構中油和表面油含量的總和[15]。

2 結果與分析

2.1 真空法對油炸土豆條吸油率變化的影響

以圓柱形土豆條為對象，將樣品于170℃大豆油中深層油炸。通過使蛋白變性或淀粉糊化，高溫迅速破壞了土豆物料表面結構的完整性，當土豆溫度升高至水的沸點，過熱的水蒸氣從細胞之間被破壞的脆弱部位形成細小通道溢出物料，一點點形成了殼層。該殼層經過高溫對蛋白質、淀粉等大分子固化，逐漸形成了一個穩定的多孔介質結構，隨著油炸時間延長，水蒸氣不斷溢出，殼層與含濕層之間界面不斷向中心移動。

油炸時間到240s時，迅速取出土豆條并置于一個封閉箱體中冷卻，將箱體控制在不同的壓力下，考察吸油率的變化規律，結果如圖2所示。隨著冷卻箱體壓力的降低，總吸油率從常壓冷卻條件下的37.5%降至不同真空環境冷卻條件下的19.3%～13.6%，有顯著下降趨勢。當箱體壓力控制在80kPa時得到的吸油率最低為13.6%，然而，隨著壓力的進一步下降，吸油率反而有上升的趨勢。上述結果同樣說明冷卻過程對含油量多少起到關鍵作用，而真空法降低總吸油率效果明顯。隨著冷卻過程真空度增加，吸油率先下降后反而又增加的原因，需要進一步分析油炸和冷卻過程的吸油機理。

圖2 不同冷卻條件下總吸油率的變化特征Fig.2 Total oil content in fried potato under different cooling conditions

2.2 油炸過程中土豆條吸油率變化和傳熱分析

圖3 圓形土豆條油炸過程內部和表面的溫度測量曲線Fig.3 Changes in internal and surface temperatures during deep-frying

圖4 土豆條在油炸過程的結構吸油率變化Fig.4 Change in structural oil content during deep-frying

按照圖1所示位置點測定土豆條內部及表面溫度，圖3為長度50mm土豆條在170℃油炸4min過程中的內部和表面溫度變化曲線。在物料投入油鍋15s內溫度升至100℃，接著60s內緩慢升至150℃，進入一個較穩定的階段。研究表明[5-6,13]在模擬油炸過程傳熱過程的表面和內部溫度曲線時，往往設定土豆表面傳熱臨界溫度為油的溫度，而本實驗熱電偶測得近似穩態的表面溫度與油的溫度存在約20℃的溫差。原因可能是由于有一部分熱量供水分沸騰，汽化的過熱蒸汽形成的無數個氣泡在物料與油之間形成了一個熱阻層，致使物料表面由于水蒸氣和油相接觸存在一定流動阻力。正是這個原因使得油無法直接接觸土豆的多孔表面殼層，因此在油炸的過程中，土豆條的吸油量很低。如圖4所示，在油炸過程中，油炸土豆條組織結構吸油量(SOC)變化不大，從4.5%較為緩慢得增加到7.6%，正是持續溢出的大量蒸汽阻礙了油進入殼層多孔結構中，食品結構中的油含量隨著油炸時間的增加變化并不大。

2.3 冷卻過程土豆條吸油率變化和傳熱傳質分析

當油炸結束時，樣品從油相取出，肉眼可以觀察到表面會粘附著一油層膜，該油膜在不到60s的時間內便會像“海綿”吸水一樣被吸入食品殼層結構中。在常壓自然條件下，考察殼層中吸油量隨冷卻時間的變化動力過程如圖5所示，在冷卻過程的前60s內，測得樣品殼層結構油含量增加很迅速，從7.6%快速增加到22%，60s以后樣品油含量增加很緩慢，600s后殼層含油量達到穩定狀態26.3%左右(此數據圖中未顯示)，占到油炸制品總吸油量的70%。

圖5 自然冷卻過程殼層結構吸油率變化特征Fig.5 Change in structural oil content during cooling under natural conditions

目前，關于冷卻過程吸油機理的描述一般有兩種，水蒸汽冷凝機制和毛細作用吸油機制。油炸階段在土豆殼層上形成了無數個細小的孔隙，甚至是肉眼可見的孔隙，這些多孔空間充滿著水汽化產生的水蒸氣。在冷卻過程中，孔隙內水蒸氣被冷凝，當內部壓強Pv(飽和壓力)低于環境壓強Patm時，表面油膜會在內、外壓差驅動下進入孔隙內；另外，由于多孔孔隙較小，從微米到幾百微米均有分布[13,17]，因此，毛細作用對吸油過程也有一定的作用。但一般認為，毛細作用形成吸油作用很小可以忽略[18]，因此，本實驗主要分析冷卻過程形成的壓差導致的吸油過程。

如圖6、7中曲線1和2所示，在冷卻過程中油炸土豆表面溫度迅速下降，內部溫度逐漸下降，兩者在冷卻20.9s處有一個交點；圖7中曲線3、4分別指在冷卻過程前60s內表面溫度和內部溫度及對應的水蒸氣飽和壓力，曲線5指樣品外側環境壓力(Patm)。在表面和內部溫度曲線形成交點之前，表面殼層仍然可以向含濕層提供熱量，水蒸氣持續溢出樣品表面，即Pv＞Patm；反之，物料外部壓強大于含濕層表面蒸汽壓強，即Pv＜Patm，此時土豆殼層開始吸油，如圖7中所示該時刻近似等于曲線1與曲線2相交的時刻。因此，可以取表面溫度和內部溫度相交的時刻作為開始吸油的時間。

圖6 圓形土豆條在自然冷卻過程的中心和表面溫度曲線Fig.6 Changes in internal and surface temperatures during cooling under natural conditions

圖7 自然冷卻過程的溫度變化以及殼層內、外氣壓曲線Fig.7 Changes in temperature and water vapor pressure during cooling under natural conditions

如圖5所示，冷卻過程進行到30s時吸油速率最大，前60s冷卻過程對最終吸油率起決定性作用。參照在圖8中對自然冷卻過程內部溫度，以及對吸油起驅動作用的殼層內、外側壓差關系分析，將油炸物料冷卻過程分別置于90、80、70、60kPa真空環境下進行，比較不同的真空環境下吸油開始時間以及冷卻30s時物料內、外壓差參數如表1所示。

表1 不同環境壓力下吸油開始時間以及冷卻30s殼層內、外壓差參數Table 1 Onset time of oil absorption under different ambient pressures and water vapor pressure differences between the inside and outside of the shell layer after 30 s of cooling

由表1可知，相比自然常壓冷卻，真空環境強化了傳熱與傳質過程，使吸油開始時間有不同程度縮短，不過90kPa和80kPa的真空環境下，時間縮短并不多，而當真空度進一步增加，則吸油開始時間縮短明顯。比較冷卻30s時刻起到吸油驅動作用的殼層內、外壓差，可以發現物料外界氣壓均大于內部飽和蒸汽壓力。然而，內、外壓差隨著冷卻所處環境壓力的下降從35.38kPa下降到7.95kPa，下降明顯，而后隨著環境壓力進一步下降又增加到16.93kPa，再到22.63kPa，該變化規律與對應真空條件下測得的殼層結構吸油率變化趨勢一致(圖2)。在80kPa時內、外壓差最小，表面附著油被吸入物料之前在重力作用下能有效從表面滴落，因此，測得總吸油率最低。而隨著絕對壓力進一步降低，不但吸油開始的時間提前，而且內、外壓差增大，所以，吸油率反而有增加的趨勢。說明內、外壓差與吸油率具有直接相關性，也再次證實了油炸物料冷卻過程中水蒸氣冷凝是物料吸油主要原因之一。

3 結 論

將油炸圓形土豆條油炸結束后置于不同真空環境下冷卻，結果發現將壓力控制在80kPa的條件時，則可以將吸油率降低至13.6%。通過考察油炸和冷卻過程土豆表面、內部溫度的傳熱特性以及吸油率變化規律，分析發現冷卻過程是影響吸油關鍵階段。由冷凝過程形成內、外壓差的吸油“驅動力”對最終吸油率起到決定作用的一個過程，吸油是一個表面殼層結構的傳熱、傳質結果。真空法雖然縮短了吸油開始的時間，卻降低了物料殼層內、外壓差“驅動力”，促進表面附著油從物料表面滴落，從而具有降低吸油量的效果。實驗結果表明當環境壓力為80kPa時測得物料吸油率最低，平均值為13.6%，這說明在冷卻階段摸索合適的真空環境可以作為一種有效的降低油炸制品吸油率方法之一。

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Reduction of Oil Uptake in Deep Fried Products by Vacuum Method

HE Ding-bing，XU Fei，HUA Ze-zhao*，LU Qing-song
(Institute of Cryobiology and Food Freezing Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

Surface and internal temperatures, water vapor pressure and oil adsorption rate changes in different stages were measured during the deep-frying and cooling processes of cylindrical potato strips. It was found that continuous water vapor escape from the porous shell layer could prevent oil from entering potato strips during the deep-frying process. During the cooling process, over 70% of oil was absorbed into the porous shell layer, providing an impetus for oil absorption—The difference in water vapor pressure between the inside and outside of the shell layer was very sensitive to ambient pressure. Cooling of fried potato strips was studied in different vacuum environments. The results obtained showed that under an absolute pressure of 80 kPa, the total oil absorption rate was decreased from 40% to 13.6%, suggesting that vacuum environments could reduce the water vapor pressure difference between the inside and outside of the shell layer, effectively promote the detachment of adherent oil droplets from the surface, impeding their absorption into the structure of fried potato strips and therefore reducing oil uptake.

vacuum method；oil absorption rate；fried food；low oil food

TS205.7

A

1002-6630(2012)08-0104-05

2011-03-29

何定兵(1981—)，男，博士研究生，研究方向為生物熱科學技術。E-mail：hedben200077@163.com

*通信作者：華澤釗(1938—)，男，教授，碩士，研究方向為生物系統熱科學。E-mail：tchua@sh163.net