三種多羥基醇協同海藻酸鈉處理對油炸薯條吸油量和品質的影響

張偉君,鐘耀廣,*

(1.上海海洋大學食品學院,上海 201306;2.上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心,上海 201306;3.農業部水產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(上海),上海 201306;4.國家淡水水產品加工技術研發分中心(上海),上海 201306;5.食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(上海海洋大學),上海 201306)

油炸是一種傳統的食品熱加工手段,是將食物置于煎炸油中,在高溫下同時發生傳質傳熱,而食品會發生一系列復雜的物理化學變化的過程[1],油炸后食品含有較高的脂肪含量[2],且脂肪主要為飽和脂肪和反式脂肪,研究報告指出這類脂肪對人體健康有害,可能與肥胖和一些慢性疾病有關[3-4]。隨著近年肥胖、心血管疾病等患病率逐漸增加,及消費者對于健康飲食的觀念逐漸增強,使得減少油炸食品的吸油量,增加其健康安全性成為當今食品研究人員的研究重點之一。

目前,國內外普遍認為關于油脂吸收的機理主要是冷凝效應、水分替代及毛細管作用[5-6]。根據相關吸油機理,研究減少油炸食品中油脂含量的方法很多,而可食性涂抹是最為簡單有效的方法之一。一些學者利用不同膠涂抹土豆條進行油炸,發現能顯著減少薯條、薯片的吸油量[7-9]。可食性涂抹是一種較為常規的方便有效的方法,它主要是改變食品表面結構特性,在食品表面形成一層薄膜,在油炸過程中,抑制水分蒸發與油脂吸入。而一些學者也利用不同的油炸設備來減少吸油量,包括真空油炸、微波油炸、微波輔助真空油炸來減少油炸食品吸油量[10-11],但是由于生產設備昂貴,且食品受熱不均勻,一定程度限制了它們在工業生產中的應用。

水分保持劑具有降低界面壓力的特性,降低表面多孔性,從而改善油炸食品吸油特性。Garcia等[12]發現0.5%山梨醇作為塑化劑,能夠有效減少40.6%的吸油量。而Yu等[13]報道了丙三醇作為塑化劑與瓜爾豆膠一同預處理薯片,與控制組和僅涂抹瓜爾豆膠樣品組比較,能分別減少51.8%和34.8%的吸油量。山梨醇和丙三醇作為多羥基醇,是親水性物質,在油炸過程中能夠較好的保留油炸食品中的水分,從而減少油脂吸入。

而木糖醇,作為一種食品添加劑,它也是一種多羥基醇,因此該研究主要通過利用海藻酸鈉與三種不同濃度的多羥基醇(山梨醇、丙三醇及木糖醇)分別協同預處理自制薯條和商業冷凍薯條,然后進行油炸,來探索木糖醇是否也具有類似于丙三醇和山梨醇的改善薯條表面多孔特性,能夠協助減少油炸薯條油脂的吸入,為今后的研究與油炸薯條工業化生產提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

克山土豆 黑龍江克山駐上海農產品營銷中心;冷凍薯條 藍威斯頓有限公司;海獅大豆油 上海港城農工商超市有限公司;山梨醇、丙三醇、木糖醇、海藻酸鈉 國藥集團化學試劑有限公司。

艾格麗油炸鍋 湖北香江電器股份有限公司;薯條切條機 真味廚房;DHG-9073BS-Ⅲ電熱恒溫鼓風干燥箱 上海新苗醫療器械制造有限公司;HH-S數顯恒溫水浴鍋 金壇市正基儀器有限公司;TA.XT Plus質構儀 英國Stable Micro System公司;CR-400色差儀 南京柯立配電子科技有限公司;UV2450-紫外可見分光光度計 上海天美科學儀器有限公司;FOSS SoxtecTM2050 丹麥福斯分析儀器有限公司;新型密封式粉碎機 廣州市旭郎機械設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 薯條制作與油炸 將土豆清洗去皮,用薯條切條機切條(6 cm×1 cm×1 cm),在70 ℃ 下漂燙10 min[14],利用吸水紙除去表面水分,得自制薯條。在添加劑添加限量范圍內,將自制薯條與冷凍商業薯條分別在1%海藻酸鈉溶液中浸泡30 s[14]后,再在不同濃度(0%、0.25%、0.5%、0.75%、1%)的多羥基醇(山梨醇、丙三醇及木糖醇)溶液中分別浸泡20 s[13,15],撈起瀝干2 min,待炸。其中油炸鮮樣:油炸鮮樣即薯條不做任何浸泡處理直接油炸;1%海藻酸鈉:僅經過1%海藻酸鈉浸泡處理;1%海+0.25%(0.5%、0.75%、1%)木:薯條經過1%海藻酸鈉溶液和0.25%(0.5%、0.75%、1%)木糖醇溶液處理;1%海+0.25%(0.5%、0.75%、1%)山:薯條經過1%海藻酸鈉溶液和0.25%(0.5%、0.75%、1%)山梨醇溶液處理;1%海+0.25%(0.5%、0.75%、1%)丙:薯條經過1%海藻酸鈉溶液和0.25%(0.5%、0.75%、1%)丙三醇溶液處理;

將各處理組的薯條在170 ℃煎炸油(薯條∶油=2∶25)下分別油炸6 min。油炸完后瀝油2 min。取一部分測定進行色差與質構測定。另一部分置于冰箱凍藏(4 ℃)待其他指標測定。

1.2.2 水分含量測定 根據AACC.(1986)[16],利用新型密封式粉碎機將薯條粉碎(80～250目)后,取3 g樣品置于烘箱中,在(102±3) ℃下干燥直至恒重。每個樣品均取三次測定后的平均值。

1.2.3 脂肪含量測定 根據García-Segovia P等[17]的研究,利用脂肪溶于石油醚的特性,取2 g樣品置于全自動索氏脂肪浸提儀設備中,溫度為105 ℃,在沸程為30～60 ℃的石油醚中浸提2 h,通過差量法獲得脂肪含量。每個樣品均取三次測定后的平均值。

1.2.4 色差測定 根據Su等[10]中的方法進行測定。將薯條置于透明白色塑料袋中,用色差計測定薯條色差。L*、a*、b*分別代表亮度、紅色度/綠色度、黃色度/藍色度。測定時要先利用白板對色差計進行校準,然后進行測定。每組樣品測三次。

1.2.5 質構測定 根據Hua等[9],Su等[10],Quan等[11]方法設定TPA測試參數,測定薯條的物理性能。參數設置:P/2 柱形不銹鋼探頭,TPA測定,壓縮,循環次數:2,測試前速度2 mm/s,測試時速度1 mm/s,返回時速度10 mm/s,壓縮距離2 mm,觸發值5 g,間隔5 s。每個樣品測定三次取平均值。

1.3 數據處理與統計分析

實驗數據用平均值±標準偏差表示,采用Microsoft Excel 2013和SPSS 20.0軟件進行ANOVA分析和皮爾遜相關性分析,p<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 水分含量與吸油量分析

薯條油炸過程中會發生水分轉移與油脂吸收。Gamble 等[18]提出了油脂吸收的水分替代機制,即食品原料在煎炸油中油炸時,食品表面溫度升高,當食品內部的蒸汽壓力大于外界時,水分逸出,內部形成多孔通道,油脂滲入會進入這些通道縫隙中。圖1是自制薯條與商業冷凍薯條經過不同預處理后水分含量與脂肪含量的比較。與鮮樣(未炸)相比,薯條水分含量都顯著降低,而脂肪含量顯著增加(p<0.05)。如圖1A與圖1B所示,自制薯條與商業冷凍薯條經過油炸后,水分含量都顯著降低(p<0.05),不同處理組的冷凍商業薯條油炸后水分含量低于自制薯條處理組。這可能是因為冷凍商業薯條油炸前自身水分含量低于自制薯條。

圖1 自制薯條與商業冷凍薯條水分含量和油脂含量分析Fig.1 Moisture content and fat content analysis of homemade French fries and commercial frozen French fries注：不同小寫字母表示，與鮮樣相比，差異顯著(p<0.05);表1～表2同。

多羥基醇(丙三醇、山梨醇)浸泡具有改善食品表面特性的功能。如圖1C中,利用不同濃度(0.25%、0.5%、0.75%及1%)的丙三醇及山梨醇協同1%海藻酸鈉溶液分別預處理薯條,與油炸鮮樣相比較,發現脂肪含量量顯著降低(p<0.05)。在自制薯條中,經木糖醇、山梨醇與丙三醇協同1%海藻酸鈉溶液分別處理的薯條,與油炸鮮樣相比,脂肪含量分別減少了20.45%(1%海+0.5%木)、53.00%(1%海+0.25%山)、48.72%(1%海+0.75%丙),而與僅1%的海藻酸鈉溶液浸泡組的油炸薯條相比,脂肪含量分別減少了18.35%(1%海+0.5%木)、51.75%(1%海+0.25%山)、47.37%(1%海+0.75%丙)。這與Garcia等[12],Yu等[13],Archana等[19]等的研究結果相一致,利用丙三醇或山梨醇作為水分保持劑協同處理薯片,能減少40%左右的吸油量。這主要是因為這類多羥基醇能夠降低膜表面張力,促進涂膜材料粘附到食品材料上,提高食品表面的均勻性,減少了表面微孔與裂縫,從而減少油脂滲入。

而購買的商業冷凍薯條,經過相同的處理后,效果沒有自制薯條顯著,如圖1D所示,在1%海藻酸鈉與1%木糖醇協同處理時,與不做任何處理的油炸薯條(油炸鮮樣)和僅1%海藻酸鈉溶液浸泡組相比,脂肪含量量反而分別增加了12.29%和29.11%;而樣品處理組(1%海+1%丙)與僅1%海藻酸鈉處理的樣品組相比,脂肪含量也增加了16.56%,而與未作任何處理的油炸商業冷凍薯條比,脂肪含量僅減少3.13%。0.25%山梨醇協同處理的冷凍薯條雖然脂肪含量降低,但是減少量遠遠低于作用于自制薯條的效果。商業冷凍薯條是經過預油炸的半成品,本身脂肪含量較高,由于一直處于冷凍狀態,內部晶體在高溫下直接升華,形成更多的孔隙,導致油炸后大量油脂滲入。這可能是致使多羥基醇浸泡薯條后減油效果甚微,甚至起相反作用的原因。具體原因還有待進一步研究。

木糖醇、山梨醇及丙三醇作為多羥基醇涂抹浸泡自制薯條,都能夠協助海藻酸鈉減少油脂吸油量,且作用效果是山梨醇>丙三醇>木糖醇。三種多羥基醇能夠改善薯條表面結構特性,能夠較好的保留薯條中的水分,減少多孔通道與孔隙的形成,從而減少后續油炸過程中油脂的滲入。但如果作用于商業冷凍薯條,作用效果顯著降低(p<0.05),甚至起到促進油脂吸收的效果。這可能與商業冷凍薯條的結構相關。商業冷凍薯條是經過預油炸的半成品,本身脂肪含量較高,且一直處于冷凍狀態,內部形成了許多晶體,在高溫下油炸,晶體直接升華,形成更多的孔隙,為油脂滲入提供了更多的空間。

同時,為了探索水分含量與脂肪含量的關系,對自制薯條與商業冷凍薯條的脂肪含量與水分含量進行了皮爾遜相關性分析。發現自制薯條與商業冷凍薯條的水分含量與脂肪含量的決定系數R2分別為-0.856和-0.903。結果表明,無論是自制薯條還是商業冷凍薯條,其水分含量與脂肪含量都顯著(p<0.05)相關。這也再次證明了油炸薯條的吸油機制包括水分替代。

2.2 色差分析

色澤是消費者接受程度的參考指標之一。薯條作為廣泛消費的油炸食品,一直以來深受消費者的喜愛,原因之一就是薯條油炸過程中發生美拉德反應產生的金黃色。表1和表2是自制薯條與商業冷凍薯條不同預處理油炸后色差比較。油炸薯條的色度主要受油炸溫度與油炸時間影響。由表1與表2可知,經過海藻酸鈉與多羥基醇(丙三醇、山梨醇和木糖醇)處理后的薯條,色度有很大的改善。與油炸鮮樣相比,僅1%海藻酸鈉溶液處理的自制薯條或者協同不同塑化劑處理的自制薯條油炸后,L*都有一定程度增加,而b*也有些微降低,但是只有多羥基醇在一定濃度范圍內,b*值才顯著降低(p<0.05)。而Tavera-Quiroz等[15]發現羧甲基纖維素與山梨醇協同預處理薯片對油炸薯片的色差沒有顯著影響。這可能是由于所用的浸泡的原料不同。在自制薯條中,木糖醇溶液協同處理薯條,與油炸鮮樣樣品組比較,有護色、改善薯條色澤的作用。

表1 不同預處理的自制薯條色差分析Table 1 Color analysis of homemade French fries with different pretreatments

表2 不同預處理的商業冷凍薯條色差分析Table 2 Color analysis of commercial frozen French fries with different pretreatments

而對于商業冷凍薯條,只有0.5%木糖醇才能起到改善色澤的作用,這可能與商業冷凍薯條的原料有關,商業冷凍薯條經過預油炸,可能樣品特性發生了改變。新鮮馬鈴薯去皮后易發生酶促褐變,馬鈴薯變成深褐色,影響后續加工與產品的可接受性。對鮮切薯條進行護色是薯條加工步驟之一。對于半成品冷凍薯條,為了保證貨架期期間不發生變色,可能利用了漂燙、抗壞血酸浸泡等方法處理,抑制其酶促褐變。這也是后續油炸情況與鮮切自制薯條直接油炸的情況不同的原因。而具體原因還有待進一步研究。

2.3 質構分析

薯條質構是影響消費者可接受程度的參考因素之一,利用質構儀對薯條相關質構指標(硬度(hardness/g)、彈性(springiness)、黏聚性(cohesiveness)、咀嚼性(chewiness)和回復性(resilience))進行測定。特別是硬度,它是探針第一次壓縮時的峰值,能展現薯條的脆度,直接影響消費者的可接受度。圖2和圖3是不同預處理自制薯條與商業冷凍薯條油炸后相關質構指標變化的雷達圖。利用質構儀分別測定了硬度(hardness/g)、彈性(springiness)、黏聚性(cohesiveness)、咀嚼性(chewiness)和回復性(resilience)。由圖2可知,自制薯條在不同濃度的不同種類多羥基醇(木糖醇、山梨醇、丙三醇)的處理下,自制薯條的相關質構指標變化趨勢類似。分別在0.5%木糖醇、1%山梨醇、0.75%丙三醇作用下獲得最大硬度。與油炸鮮樣相比,不同浸泡處理的薯條的彈性增加,分別在1%木糖醇,0.75%山梨醇及0.25%丙三醇時達到最大。而在木糖醇與山梨醇分別協同1%海藻酸鈉處理作用下,咀嚼性逐漸增加。而回復性變化沒有規律,這有待繼續研究。

圖2 不同預處理的自制薯條質構分析Fig.2 Texture analysis of homemade French fries with different pretreatments

圖3 不同預處理的商業冷凍薯條質構分析Fig.3 Texture analysis of commercial frozen French fries with different pretreatments

而商業冷凍薯條在1%木糖醇、0.5%山梨醇、1%丙三醇作用下獲得最大硬度。在自制薯條中,不同濃度木糖醇處理的自制薯條與冷凍薯條,硬度變化范圍較廣,分別為39.46～65.67、50.32～80.31 g。發生該種現象的原因可能與木糖醇特性相關。至于木糖醇的何種特性造成的及相關機理還需進一步研究。而與油炸鮮樣相比,不同預處理的薯條的咀嚼性和回復性都顯著增加(p<0.05)。而彈性分別在0.5%木糖醇,0.25%山梨醇及0.75%丙三醇協同1%海藻酸鈉處理薯條時達到最大。不同預處理條件下造成自制薯條與商業冷凍薯條差異的原因可能主要是商業冷凍薯條的結構特性,致使自制薯條與商業冷凍薯條在不同預處理條件下變化趨勢不同。

3 結論

山梨醇溶液浸泡能夠減少油炸食品油脂的吸收,主要是由于山梨醇作為多羥基醇具有親水性。目前關于這方面利用的多羥基醇有山梨醇與丙三醇。而木糖醇與山梨醇具有類似的結構,且是一種升糖指數較低的多糖,相比山梨醇,具有更大的應用價值。結果發現用0.5%木糖醇處理自制薯條,也有抑油效果,與油炸鮮樣和僅涂抹1%海藻酸鈉相比,能分別減少20.45%和18.35%的脂肪含量,且作用效果是山梨醇>丙三醇>木糖醇。而對于商業冷凍薯條,作用效果顯著降低,甚至起到促進油脂吸收的效果。在1%木糖醇作用下與油炸鮮樣和僅涂抹1%海藻酸鈉相比,脂肪含量分別增加了12.29%與29.11%。這可能與商業冷凍薯條內部含有許多晶體的結構相關。同時,木糖醇也能夠改善薯條的色澤與質構。