精煉淀粉在油炸過程中的含水量、含油量及水分活性之間的相關性研究

陸建鋒，程裕東*，金銀哲*

（上海海洋大學 食品學院，上海201306）

近年來，油炸食品因其獨特的質構和香脆的口感深受廣大人民群眾的喜愛。但隨著人們生活水平的日益提高，單純的油炸食品，特別是油炸肉類食品會出現肉的老化現象，且油炸過程中油的過分吸收也對人類身體健康產生了很大的危害。

油炸過程中影響樣品吸油量的因素有：油炸過程中使用的油的質量[1]；樣品的質構[2]；油炸溫度、時間以及樣品的形狀[3]；初始含水量；初始界面張力[4]；樣品的疏松度以及油炸后外殼的形成[5]。而這些性質的改變主要受油炸過程中水分損失的影響[4]。油炸是一個熱傳遞和質量轉移同時進行的過程。熱傳遞是從油傳遞到食品，同時伴隨水分蒸發以及食品的吸油[6]。在產品油炸過程中，內部水分蒸發導致形成了一個壓力梯度，表面干燥使油依附在結構破壞的表面。大部分油是先吸附著于樣品上面，之后將剛剛經過油炸的樣品拿出的時候由于溫度的下降而是樣品氣孔中的水分急速冷卻而在樣品內部產生真空，后將吸附于表面的油吸入樣品內部[7]。為解決這一現象，研究人員致力于開發一系列既能保持樣品的含水量，又能減少樣品吸油量的方法。

Myers[8]等人發明了一項技術，即縮短油炸時間以保持樣品的高含水量，然后通過烘烤以達到熟化食品的目的，同時減少了將近 30%的吸油量。曾敏[9]等人通過微波干燥的方法減少了油炸馬鈴薯時的含油量。周韻[10]等人，用熱風、微波聯合干燥的方法增加了初始固形物的含量從而減少了樣品的吸油量。趙勇[11]等人通過添加物及涂膜處理的實驗方法減少了油炸食品中的油含量。但這些方法，既耗時耗力，又不能滿足油炸食品本身帶給人們的口感。

本實驗研究了經預干燥處理的精煉淀粉油炸后的水分損失、吸油量以及水分活性的相關關系，為在減少油炸過程中樣品的水分損失、吸油量的同時，保持樣品香脆的口感提供了一種可行性方案。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

精煉淀粉 食品級，上海風箏面粉有限公司；金龍魚大豆油 食品級，上海嘉里食品工業有限公司。

電加熱油炸鍋 意大利德龍股份有限公司F885V型；SLV-12C恒溫恒濕箱 東京株式會社五十鈴制作所；DHG-9245A電熱鼓風干燥箱 上海慧泰儀器制造有限公司； BS224S賽多利斯分析天平 德國Sartorious公司；電子顯微鏡；THERMIC MODEL2100A熱電偶測溫儀 ETO DENKI公司；甲醇 分析純，國藥集團。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

精煉淀粉與去離子水以質量比100:40混合，制成面團，常溫下醒面12h。將面團制成長寬高分別為50 ×50×2mm的長方體樣品。

1.2.2 預干燥處理

將制成的長方體面團放于溫度65℃、濕度15%的恒溫恒濕箱中預干燥，時間分布為10、15、20、25和30min。每種預干燥時間使用10個樣品，其中5個樣品做水分含量實驗，另外5個樣品做油含量實驗，平均3次實驗。

1.2.3 樣品的油炸及處理

將樣品分別置于電加熱油炸鍋中，溫度設定為175℃，以熱電偶控制溫度。油炸時間分別為10、20、30、45、60和90s。油炸后置于網狀托盤上濾油30min。取5組樣品置于鼓風干燥箱中105℃干燥12h后，置于稱量瓶中，并放置于干燥器中冷卻至室溫，測量樣品放置于稱量瓶中測量前后的重量，差值即為水分損失。油的測定遵照GBT 14772-2008粗脂肪含量的測定中的索氏提取。以電子顯微鏡觀察樣品結構的變化。

2 結果與討論

不同預干燥時間對油炸過程中的含水量與含油量影響較大，隨著預干燥時間的增加，相應的含水量降低并伴隨油炸初始吸油量的減少，如圖1所示，其中x軸代表連續對多個樣品進行預干燥以及油炸所消耗的單個樣品預干燥和油炸的時間以及多個樣品預干燥和油炸的時間總和。將預干燥所消耗的時間與油炸過程所用時間結合，可以看出樣品的初始水分含量對油炸過程中的水分損失影響較大，如圖1(a)所示。初始水分含量由預干燥時間的長短決定，隨著預干燥時間的增加而減少，但是油炸食品最終的水分含量與初始水分含量沒有較為明顯的關系，其最終含水量幾乎相同。然而，隨著預干燥時間的不同，其油炸后的含油量變化較大，如圖1(b)所示，隨著預干燥時間的不同，其油炸相同時間下的含油量區別較大，預干燥30min的樣品的含油量比未經預干燥的樣品少了近3倍。由此可知，預干燥對油炸過程中水分含量的影響不是很明顯，對油炸后的油含量的影響較大，這與 Rosen[12]等人的研究結果類似。導致這種現象發生的可能原因是預干燥時間較長，樣品結構更加致密。

圖1 油炸食品在預干燥與油炸過程中含水量和含油量的變化Fig.1 Moisture and oil content during drying and frying procedures in frying food.

2.1 結構的觀察

為證明上述觀點，本實驗通過電子顯微鏡，觀察了不同預干燥時間的樣品，油炸后的結構示意圖，如圖2所示。圖2，a、b、c為選取的不同預干燥時間分別為10、20、30min下，175℃油炸60s后的樣品結構示意圖。由圖可知，預干燥使油炸后的精煉淀粉結構趨于緊密，而結構的緊密使得樣品中水分的損失速率減慢，并伴隨著吸油量的減少，這與上述的研究結果一致。而圖c結構過于緊密，甚至出現裂痕，這是過分干燥的結果，而這種現象會很大程度影響油炸食品香脆的口感。因此，預干燥時間不宜過長，在20min內較為合適。

圖2 不同預干燥時間處理的精煉淀粉在油炸60s時的掃描電鏡圖Fig.2 The image of the refined starch which is fried 60s after different pre-drying time under the scanning electron m icroscope (SEM).

2.2 含水量與含油量的關系

圖3為不同預干燥時間處理的精煉淀粉在油炸過程中的水分損失以及吸油量的關系圖。隨著預干燥時間的增加，樣品油炸至終點時，水分含量由0.2351g下降到0.1941g，水分變化不是很明顯，而此時油含量由0.3239g下降到0.0875g，變化較大。當油炸至60s時，樣品中水分含量以及油含量幾乎不變，由此可知，預干燥過程對油炸精煉淀粉后的油含量影響較大。為更顯著的表示精煉淀粉在油炸過程中的水分損失以及吸油量，本實驗采用 Krokida[13]等人對油炸過程中水分損失及吸油量的表示方法，即失水速率和吸油速率來表示油炸精煉淀粉過程中的水分及油含量的變化。

公式中m、o分別代表水分以及油，t為時間，Km和Ko為失水速率以及吸油速率，其中（3）（4）由方程式（1）（2）計算得出。采用公式（3）和（4），通過計算可求其失水速率以及吸油速率，結果如圖4所示，圖中a和b的斜率分別表示其失水速率以及吸油速率。由圖可知，隨著預干燥時間的增加其吸油速率和失水速率均下降。此時，吸油速率由 0.0468g/s下降到 0.0029g/s;失水速率由 0.0276g/s下降到0.01699g/s，吸油速率下降很明顯，而失水速率變化不大，此結果進一步證明了預干燥能夠較好的降低油炸過程中的吸油量。

同時，以油炸精煉淀粉過程中水分含量與油含量的關系圖進一步直觀的確認預干燥對減少油含量與降低水分損失的有效性，并證明了吸油量的增加是由于水分損失引起的，關系如圖5所示。圖5為油炸溫度為175℃下的精煉淀粉在預干燥時間不同的條件下分別油炸10、20、30、45、60、90s后，水分含量與油含量的關系。由圖可知，不同預干燥時間處理后精煉淀粉的水分含量與油含量呈現良好的相關性，隨著水分含量的減少，油含量逐漸增加。這一結果與Komasula[13-14]等人的研究結果類似。

圖3 不同預干燥時間處理的樣品在油炸過程中水分含量和含油量的變化（T=175℃）Fig.3 Effect of pre-frying drying time on moisture and oil content of refined starch (T=175℃).

圖4 不同預干燥時間處理下的樣品在油炸過程中的失水速率和吸油速率（T=175℃）Fig.4 The water loss and oil absorption rate during frying against pre-drying time (T=175℃).

圖5 油炸過程中水分含量與含油量的關系（T=175℃）Fig.5 Variation of oil content against moisture content during frying of pre-frying dried Refined starch（T=175℃）.

2.3 含水量與水分活性的關系

圖6 水分含量與水分活性的關系Fig.6 Relationship between the moisture content and the water activity.

水分含量與水分活度的關系表示樣品儲藏時間的長短，大多數細菌在水分活性為 0.91以下時停止生長，大多數霉菌在0.8以下停止生長，到達0.7-0.75時微生物則停止生長，而到達此水分活性的樣品其本身已經過分干燥，不適合人類本身的口感。由圖6可知，水分活性低于0.8的曲線為預干燥時間分別為20min、25min以及30min時的油炸面團，而低于0.75水分活性的為25min和30min時的樣品，由此可知，20min的預干燥較為適合。

2.4 含油量與水分活性的關系

圖7為水分活性與含油量之間的關系圖。由圖可知，隨著油含量的增加，其水分活性逐漸變小，且隨著預干燥時間的增加，兩者以遞減的方式逐漸減小，這也進一步說明了預干燥在延長樣品的儲藏能力的同時，又能減少樣品中的油含量。

圖7 含油量與水分活性的關系Fig.7 Relationship between the oil content and the water activity.

3 結論

預干燥的處理手段能夠較好的保持油炸食品中的水分，且能有效的減少油炸食品中的油含量，同時還能適當提高油炸食品的儲藏時間。油炸過程中，失水量與吸油量呈現非線性的遞增關系，隨著油炸時間的增加，水分含量逐漸減少，油含量逐漸增加，這是因為油炸使樣品中的水分迅速蒸發，使內部形成壓力梯度，所以油炸時間不宜過長，最佳油炸時間為 60s。而預干燥的處理手段能夠有效抑制這種現象的發生，因為預干燥改變了預油炸食品的結構，使結構更加致密。但是，過度的預干燥會使樣品過分干燥，從而使油炸食品產生龜裂現象，這會嚴重影響樣品的質感。從水分含量與水分活性的關系可以得到最佳預干燥時間，從而在保持樣品口感的同時還能延長保質時間。然后建立油含量與水分活性的關系，進一步確定了最佳預干燥時間為20min。本研究結果為微波加工技術在油炸調理食品中的應用提供了基礎數據和理論依據。

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