配方和預干燥時間對油炸裹層面糊含水量、含油量的影響

齊力娜,程裕東,金銀哲

(上海海洋大學食品學院,上海 201306)

配方和預干燥時間對油炸裹層面糊含水量、含油量的影響

齊力娜,程裕東*,金銀哲*

(上海海洋大學食品學院,上海 201306)

為了解裹層配方、油炸時間和預處理條件對油炸裹層吸油量的影響,研究了烘箱預干燥0、15和30min的四種(純小麥粉,添加羥丙基甲基纖維素(HPMC),添加黃原膠和添加魚鱗膠原蛋白)配方的面糊在180℃油炸條件下,水分含量和油含量隨油炸時間的變化情況,及裹層在油炸過程中的傳質動力學。結果表明:添加了HPMC和黃原膠的裹層在油炸過程中的含水量高,吸油量低。預干燥條件會影響裹層在油炸過程中的傳質速率,預干燥時間越長,水分擴散率越低,油脂移動的速率也越低。菲克第二定律和一級動力學方程的預測結果與實驗結果擬合度較高,可以很好的描述水分擴散和油脂移動過程。

裹層,油炸,傳質動力學,預干燥,水分含量,含油量

深層油炸是食品加工單元中最常采用的操作方法之一,被廣泛用于食品工業和家庭烹飪。油炸過程以油脂作為傳熱介質,可以在短時間內賦予食品獨特的品質,油炸食品因具有獨特的風味,酥脆的口感和金黃的色澤,深受消費者的喜愛[1-2]。

油炸操作過程傳熱迅速,食品與油脂的接觸表面產生較大的溫度差,溫度差促使油炸食品獨特品質的形成[3],同時裹層食品的裹層面糊經油炸后更加增強了油炸食品的誘人風味,然而油炸食品較高的吸油量卻為消費者的健康帶來隱患[4-6]。油炸食品吸入的油脂主要由以下幾部分組成:食品在油炸過程中內部蒸發大量的水分使食品結構產生孔洞而吸入油脂;食品從油炸鍋中移出時內外壓力差會將油脂壓入到食品內部;食品表面附著的油脂,以上均會導致食品吸油量的升高。吸油過程受油溫、油炸時間、食品基質的初始水分含量、食品表面結構、預處理條件、油的化學成分等因素的影響[7-9]。隨著消費者健康飲食意識的提升,如何降低油炸食品的吸油量,生產出高品質的健康油炸食品是食品工業生產的重中之重。有許多學者研究得出降低油炸食品吸油量的有效方法[10-14],如:改變裹層配方,通過向裹層食品的面糊中添加具備較好成膜性的改性淀粉、膠類物質或纖維素衍生物類物質,可有效阻止油脂的進入;或通過建立動力學模型,了解油炸過程中的傳質動力學,控制油炸過程。深層油炸操作是包括傳熱和傳質的動態過程,而過程參數的設定是建立動力學模型的必要條件。

目前,國內有關食品裹層面糊在油炸過程中的水分擴散和油脂攝入的動力學研究甚少。本研究考察裹層配方和預處理條件對裹層在油炸過程中傳質動力的影響。研究結果可以用來優化或控制油炸過程。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金龍魚大豆油 上海南匯新城古棕路農工商超市;小麥粉 山東濰坊風箏面粉有限責任公司;鹽 上海中鹽莫頓鹽業有限公司;小蘇打 南京甘汁園糖業有限公司;羥丙基甲基纖維素(HPMC) 山東光大科技發展有限公司;黃原膠 河南敬業食品添加劑有限公司;魚鱗膠原蛋白粉 海口津東生物科技有限公司。

DHG-9245A電熱鼓風干燥箱 上海慧泰儀器制造有限公司;Φ 5.0cm聚四氟乙烯網格(Teflon) 東莞恒威輸送皮帶廠;BS224S賽多利斯分析天平 德國Sartorious 公司;THERMIC MODEL2100A熱電偶測溫儀 ETO DENKI公司;SZF-06脂肪測定儀 上海新嘉電子有限公司;Star ST-906CS電動和面機 青島邦歐路圣電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 油炸裹層的制備 參考文獻[5]，裹層面糊組成配方如下:

對照組:即小麥粉組,組成配方為:小麥粉(91.4%),鹽(5.5%),小蘇打(3.1%);魚鱗膠原蛋白組,組成配方為:小麥粉(90.4%),魚鱗膠原蛋白(1.0%),鹽(5.5%),小蘇打(3.1%);羥丙基甲基纖維素組,配方為:小麥粉(89.4%),HPMC(2.0%),鹽(5.5%),小蘇打(3.1%);黃原膠組,配方為:小麥粉(89.4%),黃原膠(2.0%),鹽(5.5%),小蘇打(3.1%)。

混勻器將充分混合的粉狀物與冷水(15℃)攪拌2min,充分混勻,水∶固=1∶1(W/W)。油炸實驗時,用注射器取5.0mL面糊,均勻注入到規格一致(直徑:6.0cm)的圓形鐵氟龍網格上,使之在油炸后成為直徑約5.0cm、厚度約2.0mm的圓形殼層,置于180℃預熱30min的油鍋中(大豆油,4L)油炸30、60、90、120、150、180、240、300、360s,取出冷卻瀝油30s后進行實驗測定。

1.2.2 預處理方法 取5.0mL按比例配制好的裹層面糊,均勻注入到鐵氟龍烯網格上,置于105℃烘箱中,分別干燥15min和30min后進行油炸實驗,油炸條件同1.2.1。

1.2.3 水分含量的測定 參考文獻[15],稱取一定量油炸了30、60、90、120、150、180s的剪碎后樣品,置于105℃烘箱內烘干至恒重,稱量,計算。

其中,m為樣品初始質量(g),n為烘干后樣品質量(g)。

1.2.4 油含量的測定 參考文獻[15],依據索氏抽提法,稱量約3.0g油炸了60、120、180、240、300、360s后經烘干、絞碎的樣品于濾紙中,石油醚共沸回流3h,再加熱除去剩余石油醚,并計算樣品中脂肪含量。

其中,m為稱量的烘干、絞碎后的樣品質量(g),m1為抽提后除去石油醚的抽提筒質量(g),m2為抽提筒初始質量。

1.2.5 傳質動力學研究 油炸操作是一個脫水過程,包括了傳熱和傳質兩個部分[5,9]。傳質過程以食品損失水分和吸入油脂為特征。為建立油炸過程中水分遷移模型,本實驗采用菲克第二定律[16,24]來描述油炸過程中水分損失過程。

油炸過程中的水分損失和油脂攝入被認為是擴散控制過程[16],如式(1)表達水分擴散過程:

式(1)

將實驗樣品假設成無限小的平板,且最初樣品的水分和溫度分布均勻、傳質過程發生于樣品的兩面。Crank[17]將上述式(1)表達為:

式(2)

而當油炸過程達到平衡態的時候,假設水分含量忽略不計,即式(2)中:Me=0,式(2)即可表達為如下式(3):

式(3)

對于油炸過程中的油脂攝入過程,Krokida等[18]學者提出采用一級動力學方程來描述。

FC=Oeq[1-exp(-kt)]

式(4)

其中,FC代表t時刻脂肪含量(g/g);Oeq代表平衡時油含量(即最大油含量,g/g);k代表速率常數(s-1);t為油炸時間(s)。

1.3 數據處理

所有數據應用Origin軟件進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 配方和油炸時間對油炸裹層含水量和吸油量的影響

水分損失和油脂吸入是油炸過程中的兩個主要傳質過程,此過程的進行速率直接與油炸時間和油炸溫度相關[19-20]。較高的油溫引起食品內部水分的蒸發,大量的水分蒸發導致食品結構和內部壓力產生變化,一定量的油脂被吸入到食品中。

如圖1所示,隨著油炸時間的延長,裹層的含水量減少,且因裹層表面水分的大量蒸發,油炸初始階段的水分下降速度最快,后逐漸趨于平緩。添加了羥丙基甲基纖維素(HPMC)和黃原膠的裹層面糊經油炸操作后的含水量較高,是因為HPMC和黃原膠較好的成膜性,在裹層外表面形成一層膜,可有效鎖住內部的水分,降低了水分蒸發量。而添加了魚鱗膠原蛋白的裹層面糊因較弱的黏連性,使得油炸過程中蒸發的水分較容易穿過裹層,導致大量水分蒸發,得到油炸裹層的含水量最低。

圖1 配方對油炸裹層含水量的影響Fig.1 Effect of batter formulation on the moisture content of fried crusts

面糊配方和油炸時間會影響油炸裹層的吸油量,如圖2所示,隨著油炸時間的延長,裹層的吸油量逐漸升高。在幾種面糊中,添加了HPMC的油炸裹層的含油量一直較低,HPMC通過形成熱凝膠結構,不僅可以改變油脂和水接觸表面的表面張力,還可改變面糊的流動性,有效阻止油脂的攝入,此結果與文獻報道的結果一致[20-22]。

圖2 配方對油炸裹層含油量的影響Fig.2 Effect of batter formulation on the oil content of fried crusts

2.2 裹層在油炸過程中的傳質動力學研究

將實驗得到的水分比值Mr帶入到公式(3),得出速率常數k值,而有效水分擴散率由k值計算得到,公式如下:

式(5)

表1中列出的是不同配方的裹層面糊在油炸過程中的水分擴散模型參數。結果顯示,幾種油炸裹層的有效水分擴散系數(Deff)在4.29×10-9m2/s至8.46×10-9m2/s之間,R2在0.9575至0.9786之間。實驗得到的Deff值在Sosa等[23]測定的煎肉排的水分擴散值1.5×10-9m2/s至30.2×10-9m2/s范圍之間。導致本實驗與其他實驗獲得的水分擴散率不同的主要原因是,本實驗僅油炸一定量的裹層面糊,不考慮核心部分,而面糊可蒸發的自由水分遠小于核心部分的水分蒸發量。

從表1的結果中可以看到,與對照組即純小麥粉配方組相比,裹層中添加HPMC和黃原膠可減小油炸裹層的Deff值,添加HPMC的油炸裹層得到的Deff值最低,是因為HPMC較強的鎖水性和較好的成膜性,降低了油炸過程中的水分蒸發量。而魚鱗膠原蛋白較弱的粘連性,使得面糊粘度降低,因高溫油炸而蒸發的水分較容易從裹層中穿過,增加了油炸裹層的Deff值。

表1 油炸不同配方面糊的水分擴散模型參數Table 1 Model parameters for moisture transfer in fried crusts with different batter formulation

將實驗得到油炸裹層的含油量帶入到公式(4)中得到速率常數k。吸油速率常數取決于油炸過程的主要變量,如:油溫、樣品的種類、預處理條件、油炸條件、樣品尺寸和油的種類等[22,24]。Troncoso和Pedreschi[24]報道馬鈴薯片的油脂攝入速率為3.7×10-3s-1至440.1×10-3s-1;Duran等[25]報道預處理馬鈴薯片的油脂攝入速率為0.18s-1至2.00s-1。

由表2分析可得,面糊在油炸時的速率常數k的范圍在0.74s-1至0.94s-1之間,相關系數R2均在0.91以上,HPMC和黃原膠組得到的速率常數低于對照組。HPMC和黃原膠較好的持水力在減少水分蒸發的同時,阻礙了油脂進入到裹層中,因此速率常數k值較低。魚鱗膠原蛋白的添加減弱了面糊粘度,使得水分易于蒸發,水分蒸發后使結構出現較多、較大的孔洞,增加了油炸裹層平衡時的油含量。較高的R2值表明實驗結果與動力模型擬合度較高,模型可以很好的描述油炸過程中的水分損失和油脂攝入過程。

表2 油炸不同配方面糊的吸油模型參數Table 2 Model parameters for oil uptake in fried crusts with different batter formulation

此部分的實驗結果也證實了2.1部分得到的結論,裹層面糊中添加HPMC和黃原膠可降低油炸裹層的水分擴散系數和油脂移動速率,因此裹層的水分損失小,吸油量低。

2.3 預干燥條件對油炸裹層含水量和含油量的影響

降低樣品的初始水分含量,可以減弱油炸過程中的水分蒸發現象,從而減小由水分蒸發引起的油脂攝入。表3分別列出的是烘箱預干燥0、15、30min后油炸純小麥粉和添加了黃原膠的裹層的水分擴散系數。由結果可知,預干燥操作會降低裹層在油炸過程中的水分擴散系數,且預干燥處理的時間越長,油炸時裹層的水分擴散系數越小,此結果與文獻[26]報道的一致。烘箱預干燥降低了樣品的初始自由水分含量,導致水分蒸發速率變小。添加了黃原膠并預干燥處理過的裹層面糊在油炸時的水分擴散系數低于純小麥粉組,是因為黃原膠較好的持水力以及在預干燥階段形成的膜層可減少油炸過程中的水分蒸發量。

表3 不同預干燥時間的油炸小麥粉和油炸黃原膠面糊的水分擴散模型參數Table 3 Model parameters for moisture transfer in wheat and xanthan gum added batters with different pre-drying times

表4列出的是烘箱預干燥0、15、30min后油炸小麥粉和黃原膠裹層的油脂移動速率。結果顯示,預干燥操作可以降低油炸過程中的油脂移動速率,且預干燥時間越長,油脂移動速率越小,但并不是預干燥的時間越長越好,實際操作中還要綜合考慮食品的感官品質。預干燥操作降低了樣品的初始水分含量,減少了油炸過程中水分蒸發量,從而有效的降低了樣品在油炸過程中的吸油量。另外,動力學研究的較高R2值,表明研究中采用的動力學模型可以很好的描述油炸過程中的傳質動力過程,實驗結果與預測值擬合度較高,然而動力學模型低估了實驗得到的平衡油含量。

表4 不同預干燥時間的油炸小麥裹層的吸油模型參數Table 4 Model parameters for oil uptake in wheat and xanthan gum added batters with different pre-drying time

3 結論

掌握油炸過程的傳質動力機制是控制油炸食品吸油量的必要條件。本文考察了裹層面糊配方、油炸時間和預處理條件對裹層在油炸操作中的含油量和含水量的影響。隨著油炸時間的延長,裹層的含水量逐漸降低,吸油量逐漸升高,且油炸的初始階段水分損失速率最快,添加了HPMC的面糊在油炸過程中的水分損失最小,吸油量最低。動力學模型與實驗得到的水分擴散和油脂攝入值的擬合度較高,菲克第二定律和一級動力學方程可以很好的描述油炸過程中水分擴散和油脂攝入情況。預干燥處理可以減少油炸過程中裹層的水分擴散率和油脂攝入速率,且預干燥時間越長水分擴散率越低。因此,為降低油炸裹層食品的吸油量和水分損失量,可以選擇向裹層面糊中添加HPMC或者黃原膠等其他具有良好成膜性和持水性的添加物,并且在油炸之前對食品進行預處理,降低食品的初始水分含量,從而獲得低油脂的油炸食品。

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Effect of formula and pre-drying time on themoisture content and oil content of fried batter coatings

QI Li-na,CHENG Yu-dong*,JIN Yin-zhe*

(College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

To understand the formula of coating,frying time and methods of pre-drying on the impact of the oil uptake of the fried coatings,a kinetic study of frying coatings was conducted. Water content and oil content of the batter coatings(pure wheat flour,hydroxy propyl methyl cellulose(HPMC)added,xanthan gum added and fish scale collagen added)which pre-dried for 0min,15min,30min and then fried at 180℃ were investigated. Results showed that:batter coatings with HPMC added had the higher water content and lower oil content. Pre-drying could affect the mass transfer of the coating during frying,the longer pre-drying time was,the lower water diffusion rate and oil uptake rate would be. Fick’s law of diffusion and the first order kinetic model fitted properly the values investigated,and could describe the water diffusion and oil uptake process well.

batter coating;frying;mass kinetics;pre-drying;water content;oil content

2015-01-20

齊力娜(1989-)，女，碩士研究生，研究方向：食品熱加工。

*通訊作者:程裕東(1961-)，男，博士，教授，研究方向：食品熱加工。 金銀哲(1977-)，男，博士，副教授，研究方向：食品熱加工。

上海市科委部分地方院校能力建設項目(12290502200)；上海高校知識服務平臺-上海海洋大學水產動物遺傳育種中心(ZF1206)。

TS213.2

A

1002-0306(2015)13-0072-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.006