空氣炸魚皮工藝優化及其風味分析

孫慧娟，李 璐，馬凱華，馬儷珍，任小青

（天津農學院食品科學與生物工程學院，國家大宗淡水魚加工技術研發分中心，天津市水產品加工及質量安全校企協同創新重點實驗室，天津 300384）

奏的加快，市面上出現了各種類型的魚皮小產品，如水發魚皮、泡椒魚皮、魚皮膠凍和油炸魚皮等，其中，油炸魚皮因具有特殊的風味，深受消費者的喜愛。但隨著消費觀念的提升，油炸食品因含油量較高已經不能滿足人們的日常需求，因此，需要研發新的炸制方式。

空氣炸主要是利用熱空氣循環技術，在少油或無油的前提下，通過熱空氣和食物共同作用，使其快速脫水，自身的油脂被激發出來，極大地降低食品的含油量，同時又具有和油炸食品類似的風味。目前，已有少量研究者對空氣炸技術加以應用，發現空氣炸羅非魚片的揮發性風味物質較水煮和氣蒸更多；對白鮭魚肌肉進行空氣炸和傳統油炸對比分析發現，空氣炸白鮭魚含油量更低；而對馬鈴薯空氣炸制發現，其風味物質種類介于沸水蒸煮和傳統炭烤之間。但空氣炸魚皮未見報道，因此，利用空氣炸技術對魚皮進行工藝研究，是很有意義的。隨著人們消費水平的提升，對食品的風味有了更高的要求，風味在一定程度上也影響著消費者對產品的接受度。GC-IMS 是近年來出現的一種新型氣相分離和檢測技術，結合了氣相色譜的高分離能力和離子遷移譜的快速響應能力，具有樣品制備簡單、靈敏度高、分辨率高、操作簡便、分析高效和風味物質可視化等特點，適合食品中揮發性有機化合物的痕量分析與檢測，在很多行業中都有廣泛應用。

因此，本文以革胡子鯰魚皮為研究對象，在前期研究（燙漂溫度70 ℃）的基礎上，通過單因素和均勻設計優化試驗得到空氣炸魚皮的最佳工藝條件，并對最佳工藝條件下的空氣炸魚皮進行揮發性風味物質分析，以期為空氣炸類型的食品提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

革胡子鯰魚 天津德仁農業發展有限公司，平均質量1500 g，30 min 內運回實驗室后立即清洗、宰殺，宰殺后用鉗子撕下魚皮，立即放入-80 ℃冰箱貯藏備用；食鹽、十三香、香辣風味粉、雞精、生抽、天婦羅粉 市售；石油醚（分析純） 國藥集團化學試劑有限公司。

ATO-EAF26A 空氣炸鍋 美國ACA 北美電器；TA-Xtplus 物性測定儀 英國Stable Micro System公司；HP-2132 便攜式色差儀 漢譜光彩科技；DZF-6020 真空干燥箱 上海博訊實業有限公司；DZKWS-6 恒溫水浴鍋 北京市永光明醫療儀器有限公司；Flavour Spec風味分析儀 德國G.A.S 公司；CTCPAL 自動頂空進樣器 瑞士CTC Analytics 公司；SE-54 毛細管柱（規格：15 m×0.53 mm×1.0 μm） 德國CS-Chromatographie Service 設備供應商。

1.2 實驗方法

1.2.1 制備工藝 在前期燙漂工藝條件（燙漂→空氣炸）下，結合李玉龍等的研究，得到如下工藝：

清洗剪片瀝水→燙漂→清洗、瀝水→鹽水浸泡后瀝水→腌制→裹糊→預干燥→抹油→炸制→冷卻→裝袋

操作要點：魚皮經解凍、清洗后剪成5 cm×8 cm的小塊；在70 ℃的熱水中燙漂5～25 s 后，立即用流動水沖洗并瀝干水分；接著在1%～9%的鹽水中浸泡10～30 min后在腌制液（鹽1%、十三香0.25%、雞精0.78%、生抽5%、香辣風味粉0.75%）中浸泡10～50 min；然后將腌制好的魚皮放入混勻的裹糊液（裹粉和水質量配比為1:1.6）中10 s 后取出；再將魚皮平鋪在40～60 ℃的烘箱中，控制預干燥時間在20～60 min，預干燥過程中要定時翻轉魚皮，保證魚皮均勻干燥；最后在魚皮表面均勻涂抹少量大豆油（油和魚皮的質量配比為1:42.9），將空氣炸鍋150～190 ℃預熱15 min 后，炸制8～16 min 即成品。

1.2.2 單因素實驗 實驗在燙漂溫度70 ℃，燙漂時間15 s、鹽水質量分數5%、鹽水浸泡時間30 min、腌制時間30 min、預干燥溫度50 ℃、預干燥時間50 min、空氣炸溫度170 ℃、空氣炸時間12 min 等因素固定的情況下，考察燙漂時間（5、10、15、20、25 s）、鹽水質量分數（1%、3%、5%、7%、9%）、鹽水浸泡時間（10、15、20、25、30 min）、腌制時間（10、20、30、40、50 min）、預干燥溫度（40、45、50、55、60 ℃）、預干燥時間（20、30、40、50、60 min）、空氣炸溫度（150、160、170、180、190 ℃）、空氣炸時間（8、10、12、14、16 min）等因素對空氣炸魚皮色差和脆度的影響。為使得到的實驗結果更為準確，每一次的單因素實驗都將上一次的最佳結果帶入其中，依次類推，從而完成每一步的工藝優化。

1.2.3 均勻設計試驗 在單因素實驗的基礎上采用混合水平均勻設計方案U（5×2），通過含水量、含油量、感官評價、脆度、L值、b值等作為指標進行分析，將燙漂時間、鹽水浸泡時間、腌制時間、鹽水質量分數、預干燥時間、空氣炸溫度、空氣炸時間等7 個因素的第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 水平分別合并為第1、2、3、4、5 混合水平，將預干燥溫度的第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 水平合并為1、2 水平，均勻設計方案U（5×2）見表1。對所得試驗數據進行逐步回歸、主成分、聚類等統計分析。

表1 均勻設計試驗因素水平U10（57×21）Table 1 Factors and levels of uniform design U10 (57×21)

1.2.4 色差的測定 用便攜式色差儀測定，依次讀取值、值，其中，值表示亮度，值表示黃度，測定3 次取平均值。

1.2.5 脆度的測定 參考Su 等的方法。采用P/0.25 s 探頭，測前速度2 mm/s，測量速度1 mm/s，測后速度1 mm/s，本文用形變距離表示魚皮的脆度，形變距離越小，脆度越大，平行測定5 次取平均值。

1.2.6 水分含量的測定 水分含量采用GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的直接干燥法測定。

1.2.7 含油量的測定 含油量采用GB 5009.6-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中的索氏抽提法測定。

1.2.8 感官評價 選取10 名食品學院經過感官培訓的學生，采用100 分方法評定，外觀形態占20%、質地占30%、風味占25%、可接受度占25%，具體按照表2 評分標準對空氣炸魚皮進行評價。

表2 空氣炸魚皮感官評價標準Table 2 Sensory evaluation criteria of air fried fish skin

1.2.9 GC-IMS 測定 自動進樣條件：準確稱取3.0 g樣品置于20 mL 頂空瓶中，魚皮孵育溫度90 ℃，轉數500 r/min，孵育時間10 min，采用頂空自動進樣的方式，進樣量為500 μL，進樣針溫度85 ℃，不分流模式進樣。

GC 條件：采用石英毛細管色譜柱FS-SE-54-CB-1（15 m×0.53 mm，1 μm），柱溫60 ℃，載氣為氮氣（≥99.999%），載氣的流速程序為：ISM 溫度45 ℃，分析時間30 min，載氣/漂移氣為N。

1.3 數據處理

采用SPSS 24.00、Excel、Origin 2018 等軟件進行數據處理與統計分析，結果用平均值±標準差來表示，并進行單因素方差分析（ANOVA）＜0.05 表示差異顯著，采用逐步回歸分析、主成分分析、聚類分析等進行分析，揮發性風味物質用LAV（Laboratory Analytical Viewer）和Reporter、Gallery Plot 等插件分析，通過GC×IMS Library Search 定性軟件內置的NIST 氣相保留指數數據庫和IMS 遷移時間數據庫對采集的VOCs 進行定性分析。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 燙漂時間對空氣炸魚皮、、脆度的影響通過前期實驗發現，燙漂是預處理中關鍵的一步，而燙漂時間的選擇對最終產品的形成也有一定的影響，其中，燙漂時間過短，魚皮太軟；燙漂時間過長，魚皮變厚，不利于脆度的形成。由圖1A 可知，隨著燙漂時間的延長，空氣炸魚皮的和值呈現先增大后減小的趨勢，在15 s 時和值最大，即亮度值和黃度值最高，由圖1B 可知，隨著燙漂時間的延長，形變距離呈先減小后增大的趨勢，在15 s 時形變距離最小，即脆度最大。若燙漂時間間隔過短，試驗存在誤差較大，且為了增加魚皮的脆度，綜合三個指標，選取燙漂時間為5～15 s 較合適。

圖1 燙漂時間對空氣炸魚皮L*、b*值、脆度的影響Fig.1 Influence of blanching time on L*, b* values and brittleness of air fried fish skin

2.1.2 鹽水質量分數對空氣炸魚皮、、脆度的影響 鹽水質量分數對產品的色澤有一定的影響，由圖2A 可知，鹽水質量分數對空氣炸魚皮的色澤影響較小，隨著鹽水質量分數的增加，、值呈先緩慢增大后降低的趨勢，由圖2B 可知，形變距離呈先增大后減小再增大的趨勢，在5%時形變距離值最小，由圖2B 可知，1%的鹽水質量分數形變距離低于7%的形變距離，考慮到鹽水質量分數過高，會使Na增加，導致空氣炸魚皮口感偏咸，綜合考慮，鹽水質量分數選擇1%～5%左右較好。

圖2 鹽水質量分數對空氣炸魚皮L*、b*、脆度的影響Fig.2 Influence of mass fraction of brine on L*, b* and brittleness of air fried fish skin

2.1.3 鹽水浸泡時間對空氣炸魚皮、、脆度的影響 鹽水浸泡時間對產品的色澤也有一定的影響，由圖3A 可知，隨著鹽水浸泡時間的延長，、值呈逐漸減小的趨勢，由圖3B 可知，形變距離呈先增大后減小再增大的趨勢，綜合考慮鹽水浸泡時間選擇10～25 min 較為適合。

圖3 鹽水浸泡時間對空氣炸魚皮L*、b*、脆度的影響Fig.3 Influence of brine immersion time on L*, b* and brittleness of air fried fish skin

2.1.4 腌制時間對空氣炸魚皮、、脆度的影響腌制可以改變產品的顏色和質地，由圖4A 可知，隨著腌制時間的延長，值基本保持不變，值呈先減小后增大而后又減小的趨勢，由圖4B 可知，形變距離呈先減小后增大的趨勢，30 min 時形變距離最小，這可能是由于隨著腌制時間的延長，少許水分子進入魚皮內部，使得空氣炸過程中水分不易擴散而導致的，綜上可得，腌制時間在20～40 min 左右較為合適。

圖4 腌制時間對空氣炸魚皮L*、b*值、脆度的影響Fig.4 Effect of curing time on L*, b* and crispness of air fried fish skin

2.1.5 預干燥溫度對空氣炸魚皮、、脆度的影響預干燥是加工過程中關鍵的一步，研究發現干燥對魚皮的色澤和質地都有的很大影響，由圖5A 可知，隨著預干燥溫度逐漸升高，、值和形變距離都呈先增大后減小再增大的趨勢，、值在50 ℃時最大，這可能是由于隨著溫度的升高，魚皮中氨基酸和還原糖或魚皮油脂氧化產生的醛類物質發生美拉德反應的結果，由圖5B 可知，隨著預干燥溫度的升高，蛋白質性質也發生改變，使脆度發生變化，綜上可得，預干燥溫度在45～55 ℃時較合適。

圖5 預干燥溫度對空氣炸魚皮L*、b*值、脆度的影響Fig.5 Influence of pre-drying temperature on L*, b* values and brittleness of air fried fish skin crispiness

2.1.6 預干燥時間對空氣炸魚皮、、脆度的影響由圖6A 可知，隨著預干燥時間逐漸延長，、值呈先逐漸增大后減小的趨勢，這可能是因為隨著預干燥時間的延長，魚皮表面裹糊逐漸凝固，形成一層白色的涂層導致的。由圖6B 可知，形變距離呈先逐漸減小后增大的趨勢，這是因為隨著預干燥時間的延長，魚皮內部水分逐漸蒸發，魚皮表面逐漸形成硬殼造成的，但因預干燥時間過長魚皮邊緣脫水硬化嚴重，不利于魚皮后期炸制。綜上所得，預干燥時間在20～40 min 比較合適。

圖6 預干燥時間對空氣炸魚皮L*、b*、脆度的影響Fig.6 Influence of pre-drying time on L*, b* and brittleness of air fried fish skin

2.1.7 空氣炸溫度對空氣炸魚皮、、脆度的影響炸制溫度和時間是影響色澤變化的主要因素，色澤的變化主要是因為炸制過程中焦糖化反應和美拉德反應，隨著炸制溫度的升高，美拉德反應速度迅速升高而使食品的金黃色澤迅速形成，進而影響色澤的變化，炸制溫度同樣也影響著質構的變化。由圖7 可知，隨著空氣炸溫度的升高，、值逐漸增大，形變距離逐漸減小，綜上可得，隨著溫度的升高，空氣炸魚皮的色澤和脆度越理想，即選擇170～190 ℃較好。

圖7 空氣炸溫度對空氣炸魚皮L*、b*、脆度的影響Fig.7 Influence of air frying temperature on L*, b* and brittleness of air fried fish skin

2.1.8 空氣炸時間對空氣炸魚皮、、脆度的影響炸制時間也是導致空氣炸魚皮顏色和質構變化的原因之一，由圖8A 可知，隨著空氣炸時間的延長，、值在空氣炸后期都呈逐漸升高的趨勢，這主要是由于裹糊的魚皮暴露在油和空氣中，隨著空氣炸時間的延長，氧化褐變、焦糖化反應加劇導致的，由圖8B 可知，形變距離都呈先減小后增大的趨勢，這主要是因為隨著空氣炸時間的延長，魚皮表面微孔結構形成，魚皮慢慢由軟到硬而后變松脆。綜上所得，空氣炸時間在12～16 min 較合適。

圖8 空氣炸時間對空氣炸魚皮L*、b*、脆度的影響Fig.8 Influence of air frying time on L*, b* and brittleness of air fried fish skin

2.2 均勻設計結果

2.2.1 指標模型建立 通過單因素實驗，以含水量、含油量、脆度、值、值和感官評價為指標，采用混水平均勻設計方案U（5×2）進行試驗，研究各因素與含油量、含水量、脆度、值和值之間的關系，結果見表3。由表3 可知，含水量、含油量和脆度的誤差較小，感官評價、值和值的誤差較大，說明空氣炸工藝可能導致產品基本指標一致性較好，但外觀一致性較差。

表3 均勻設計試驗結果Table 3 Experimental results of uniform design

對試驗數據進行逐步回歸分析，并建立指標模型，由表4 可知。含水量（Y）在一次回歸中達到極顯著水平（＜0.01），相關系數為0.924，方程模型具有很好的擬合度，影響含水量的主要因素是預干燥時間和燙漂時間；含油量（Y）在二次回歸中達到極顯著水平（＜0.01），相關系數為0.904，方程模型具有很好的擬合度，影響含油量的主要因素為燙漂時間、腌制時間和預干燥溫度；脆度（Y）在二次回歸時達到顯著水平（＜0.05），相關系數為0.757，影響脆度的主要因素是鹽水浸泡時間和預干燥溫度；感官評價（Y）在二次回歸中達到顯著水平（＜0.05），相關系數為0.940，方程模型具有很好的擬合度，影響感官評價的主要因素是燙漂時間、預干燥時間和預干燥溫度；值（Y）在一次回歸中達到顯著水平（＜0.05），相關系數為0.893，影響的主要因素是預干燥時間和預干燥溫度；（Y）在二次回歸時達到極顯著水平（＜0.01），相關系數為0.998，影響的主要因素是鹽水浸泡時間、腌制時間、鹽水質量分數和空氣炸溫度。

表4 指標模型概況Table 4 Summary of the model parameters

2.2.2 空氣炸魚皮品質主成分分析 一般認為方差特征值大于1 的為主成分，由表5、表6 可知，有3 個方差特征值大于1，達到了累計貢獻率大于85%的原則，其他成分的特征值遠小于 1，且貢獻率趨于平坦，代表性弱，不納入主成分提取。即提取的3 個主成分累計貢獻率為92.112%，說明3 個主成分基本能夠反映空氣炸魚皮的品質信息。

表5 6 個主成分的特征值、貢獻率及累計貢獻率Table 5 Eigenvalues contribution rates and cumulative contribution rates of six principal components

表6 特征值對應的成分矩陣Table 6 Coefficient matrix corresponding to eigenvalues

由表7 可知，第3 組的綜合得分最高為1.29，第4 組的綜合得分最低為-1.33。因此，選取均勻設計表中第3 組作為最優的因素組合，即燙漂時間8 s、鹽水質量分數為1%、鹽水浸泡時間為20 min、腌制時間36 min、預干燥溫度55 ℃、預干燥時間25 min、空氣炸溫度為190 ℃、空氣炸時間為16 min。

表7 主成分得分和綜合得分Table 7 Principal component score and comprehensive score

2.2.3 聚類熱圖分析結果 根據10 組試驗6 個指標的測定數據，通過聚類分析得出聚類熱圖，由圖9可知，10 組試驗6 個指標呈現出一定的聚類性特征，在歐氏距離2 處指標可以劃分為2 類：第Ⅰ類為含水量，第Ⅱ類為含油量、感官評價、脆度、值和值，5 項指標相關性較強，在歐氏距離1 處，10 組試驗可以劃分為3 類，第Ⅰ類為10 號，第Ⅱ類為6 號、2 號、8 號和4 號，第Ⅲ類為9 號、7 號、5 號、3 號和1 號，聚類結果與主成分分析結果基本一致。

圖9 10 個試驗因素6 項指標聚類熱圖Fig.9 Clustering heat map of 6 indicators of 10 experimental factors

2.3 最佳工藝下空氣炸魚皮的風味分析

2.3.1 空氣炸魚皮 GC-IMS 揮發性氣味成分譜圖分析 本文利用FlavourSpec風味分析儀對上述工藝中最佳條件的空氣炸魚皮進行揮發性物質分析，以油炸魚皮作為對照，采用相同的工藝參數，根據儀器自帶的程序得到揮發性物質二維譜圖。A 為原始平面譜圖，B 為去掉藍色背景的差異對比譜圖，圖中 1.0處紅色豎線為反應離子峰（RIP 峰），圖中每一個點代表一種揮發性有機物質，顏色的深淺和面積的大小代表物質含量的高低。從圖10 可知，油炸魚皮的斑點數量較少，而空氣炸魚皮的紅色斑點和淺藍色斑點數量較多，且紅色斑點的顏色明顯加深，即空氣炸魚皮的揮發性風味物質含量更豐富。

圖10 魚皮特征風味二維GC-IMS 譜圖Fig.10 Two-dimensional GC-IMS spectra of fish skin characteristic flavors

2.3.2 空氣炸魚皮GC-IMS 揮發性氣味成分定性分析 為了進一步對空氣炸魚皮的揮發性風味物質進行定性分析，根據揮發性物質的氣相色譜保留時間和離子遷移時間，以C～C的正酮類作為外標物計算每種揮發性物質的保留指數，通過GC-IMS 數據庫進行匹配從而對揮發性物質進行定性分析，如表8所示，可以明確定性的化合物有40 種（一個化合物可以產生質子化單體，質子結合二聚體，或者兩者都有的情況），其中，醛類15 種，醇類5 種，酸類5 種，酮類3 種，吡嗪類5 種，酯類3 種，呋喃類2 種，醚類化合物1 種，胺類化合物1 種，另有20 種物質未定性。

表8 空氣炸魚皮揮發性成分定性分析Table 8 Qualitative analysis of volatile components of air fried fish skin

2.3.3 空氣炸魚皮揮發性成分指紋圖譜 為了更好地體現空氣炸魚皮的揮發性成分，平行測試3 次后獲得GC-IMS 二維圖譜中所有信號峰，生成空氣炸魚皮揮發性成分指紋圖譜，如圖11 所示，每一行代表一個樣品（從上至下分別是油炸和空氣炸），每一列代表不同樣品中相同揮發性成分，指紋圖譜上有兩個相同名字的分別是化合物單體（D）和二聚體（M），從圖中可知，顏色的亮度變化非常明顯，即不同揮發性物質的含量變化也較明顯。A 區域是油炸魚皮的特征風味物質，B 區域是油炸魚皮和空氣炸魚皮所共有的風味物質，C 區域是空氣炸的特征風味物質，且空氣炸的特征風味物質最多，C 區域的主要揮發性物質分別是己酸乙酯、己酸、反-2-辛烯醛、（E,E）-2,4-己二烯醛、2-庚酮、2,5-二甲基吡嗪、（E）-2-己烯醛、2-甲基吡嗪、異戊酸、2-甲基丁醛、1-辛醇、異戊醇、2-丙基-1-戊醇、2-乙基呋喃，B 區域的主要揮發性風味物質分別是3-甲硫基丙醛、二丙基硫醚、2,3-戊二酮、乙酸丙酯、壬醛、2-丙醇、2-正戊基呋喃。

圖11 空氣炸魚皮揮發性氣味成分指紋圖譜Fig.11 Fingerprint of volatile odor components of air fried fish skin

從B 和C 區域可看出化合物種類非常豐富，在一定程度上構成了空氣炸魚皮特殊的風味，這些風味主要由兩方面組成，一是由低級的、不飽和的醇類和醛類構成的油脂香，二是吡嗪、呋喃、酮等含氧、含氮的雜環化合物所構成的焦糖、烘烤香。其中，醛類化合物是由脂肪氧化、降解及氨基酸Strecker 反應產生的，支鏈短鏈醛和不飽和醛分別是由氨基酸的脫氨基和脂酸（亞油酸和亞麻酸）的降解生成的，醛類化合物較多，對魚皮的整體風味貢獻較大。酮類和醇類物質一般來源于脂肪酸的氧化降解，具有獨特的花香、水果香等令人愉悅的風味。酸類是脂肪氧化裂解或脂肪水解過程中變為低級脂肪酸而產生的。吡嗪類來源于高溫下的焦糖化反應、美拉德反應等。這些化合物共同作用賦予了空氣炸魚皮特有的風味。

續表 8

3 結論

通過單因素和均勻設計試驗對空氣炸魚皮的工藝進行了優化，發現單因素實驗中預干燥時間、空氣炸溫度及時間對空氣炸魚皮的最終品質影響最大，通過主成分分析得到最佳工藝條件為：燙漂時間8 s、鹽水質量分數為1%、鹽水浸泡時間20 min、腌制時間36 min、預干燥溫度55 ℃、預干燥時間25 min、空氣炸溫度為190 ℃、空氣炸時間為16 min，得到的空氣炸魚皮具有較低的含油量、較好的色澤和脆度。而以油炸魚皮為對照，對最佳工藝條件的空氣炸魚皮揮發性風味物質進行分析，發現空氣炸魚皮的風味物質種類和含量更多、更豐富，脂肪香味更濃郁，且大多呈愉悅氣味。