薯片在油炸过程中品质变化及其货架期预测

于修烛，宋丽娟，张建新，杜双奎，陈兴誉，虞剑泉

(西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100)

薯片在油炸过程中品质变化及其货架期预测

于修烛，宋丽娟，张建新，杜双奎，陈兴誉，虞剑泉

(西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100)

为了探究薯片在油炸过程中品质变化，以不同油炸时间马铃薯片为研究对象，测定马铃薯片的品质变化，观察其微观结构并对马铃薯片货架期进行预测。结果表明：随油炸时间的延长，马铃薯片的水分含量降低，含油率升高，脆度变化较大；马铃薯片表面淀粉颗粒糊化逐渐形成凸起和空隙，由于外皮壳的保护作用，空隙先在横断面中出现，薯片内部空隙多于其表面；通过比较脱脂前后薯片，表明薯片与煎炸油之间以物理作用为主；随着薯片贮藏时间的延长，薯片中油脂的酸值、过氧化值和羰基值逐渐增大，根据Arrhenius方程预测薯片在20℃的货架期约为102d。

薯片；油炸；品质变化；微观结构

油炸是马铃薯最为常见的一种加工方式，油炸马铃薯片因其松脆可口、风味独特、携带方便、价格低廉等特点而深受人们喜爱[1]。油炸过程是油脂与食品在热量、水分、油脂等的传递和转移的过程。苏宗祧[2]、何江涛[3]等研究表明食品的结构、质构和感官特性在油炸中都会发生较大的变化。杨铭铎等[4]研究了油炸条件对油炸食品特性变化的影响。邓云等[5-7]研究了油炸过程中食品与油脂的相互作用，并进一步研究了油炸过程产生的极性组分对食品品质和微观结构的影响。许多学者对油炸马铃薯片工艺及其质构、含油率变化等方面有深入研究。Pedreschi等[8-9]油炸前对薯片进行干燥处理，结果表明：油炸温度越高，薯片中的含油量越高；样品没有处理，薯片含油量与温度成反比。Kita等[10]研究表明：煎炸油的种类影响薯片质构和含油量。宋聚贤[11]测定不同真空度对马铃薯片水分和含油率的影响，并观察真空油炸后马铃薯片的微观结构，表明薯片对脂肪吸收是从外部边缘开始的，然后逐渐延伸到整个马铃薯片。本实验采取一定的工艺，按不同油炸时间炸制马铃薯片，测定不同油炸程度马铃薯片的品质，观察不同油炸时间薯片的微观结构，通过烘箱法预测油炸马铃薯片的货架期，以期为马铃薯油炸食品进一步开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

花旗起酥油、耐煎炸油 西安嘉里油脂工业有限公司；马铃薯 市购；石油醚(30～60℃沸程)、乙醚等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

WY型油炸锅(油炸最高温度300℃) 广州市唯利安西厨设备制造有限公司；UV-1240紫外-可见分光光度计日本岛津公司；FW100高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；TA XT Plus质构仪 英国Stable Micro System公司；RE-52A旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂；ZKJ-1001循环水真空抽滤泵 上海嘉鹏科技有限公司；电热恒温培养箱(温度范围20～60℃) 河南省安阳市开关厂；H430扫描电镜、JFC-1600自动精细涂布机日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 马铃薯片油炸工艺[12]

原料选择→清洗、去皮、修整→切片(大小均匀，厚度为1mm)→漂洗(除去薯片表面的游离淀粉和可溶性物质)→护色(1%氯化钠、0.5%柠檬酸溶液中浸泡3～5min)→沥水晾干→油炸(180±5)℃→沥油→包装

以200g新鲜马铃薯片为一批，每批分别油炸30、60、90、120、150、180、210s，沥油后包装，储存于4℃冰箱中备用。

煮制马铃薯片的制备：将新鲜马铃薯片，置于沸水中煮制2～3min直至透明，取出脱水干燥，储存于4℃冰箱中备用。

真空干燥马铃薯片的制备：将新鲜马铃薯片，置于真空干燥机中在50℃、真空度78kPa条件下干燥1h，冷却后，储存于4℃冰箱中备用。

脱脂马铃薯片的制备：分别将不同油炸时间的马铃薯片，用滤纸包好，置于索氏抽提器中，用乙醚为溶剂，在45℃条件下抽提2h，取出挥发溶剂后，储存于4℃冰箱中备用。

1.3.2 水分含量和含油率测定

水分含量测定：参照GB/T 5009.3—2003《食品中水分的测定》中的直接干燥法。测定3次取平均值。

含油率测定：参照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法。测定3次取平均值。

1.3.3 质构测定

将马铃薯片样品置于质构仪P探头下进行TPA测定，每种样品测定20～25次，取其平均值。

参数设置：底座HDP/CFS；球型探头P/0.25s；测前速度1.0mm/s；测试速度1.0mm/s；测后速度10mm/s；距离3cm；触发力5g。

1.3.4 油炸马铃薯片微观结构观察

扫描电镜观察：用刀片将各种马铃薯片切成4mm× 4mm的块片置于60℃烘箱中放置1h，使样品充分脱水干燥。然后置于自动精细涂布机样品舱中对马铃薯片样品表面喷镀金层，于扫描电镜下观察室观察并拍摄照片，观察倍数设定为150～300倍。

1.3.5 烘箱法货架期预测

将炸制150s的马铃薯片按每包(25±0.5)g包装，放置于60℃恒温箱中，定时取样[13]：取马铃薯片样品25g，置于250mL具塞锥形瓶中，加50mL石油醚浸泡搅拌、离心分离，取上清液减压回收溶剂，得到油脂后，测定其酸值、过氧化值和羰基值，此3个指标参照GB/T 5009.37—2003《食用植物油卫生标准》的分析方法进行测定。

2 结果与分析

2.1 油炸时间对马铃薯片水分含量的影响

图1 油炸时间对马铃薯片水分含量的影响Fig.1 Effect of frying time on water content of potato chips

由图1可知，随着油炸时间的延长，马铃薯片中的水分含量逐渐降低。油炸30s时，水分含量为63.3%；油炸150s时降为7.8%，之后随着油炸时间的延长，水分含量降低缓慢，变化较小。在此油炸过程中，水分蒸发与油脂渗入相互伴随着同时发生，相互影响，相互制约。当马铃薯片表面被加热到水沸点温度时，表面的水分开始蒸发，不断脱水形成外皮壳。随着水分含量的减少，外皮壳的温度和厚度都不断增加。油脂随着水分蒸发渗入到其所形成的空隙里[4]。油炸过程中，食品内部温度不超过100℃，这阻碍了食品内部水分的蒸发[14]。马铃薯片的脱水可以分为3个阶段：迅速脱水阶段(油炸30～60s)，均匀脱水阶段(油炸60～150s)和水分平衡阶段(油炸150～210s)，水分平衡阶段水分含量基本不变，此时自由水已全部蒸发出去，马铃薯片中水分含量的减少是靠极少的结合水缓慢蒸发来实现的，均匀脱水结束时，马铃薯片已炸熟[11]。

2.2 油炸时间对马铃薯片吸油量变化的影响

油炸产品含油率的多少与煎炸油、油炸食品及油炸的温度和时间都有关。马铃薯片吸油过程中，与其水分含量至关重要，油脂渗入是随着水分的蒸发而进行的[11,15]。不同油炸时间马铃薯片的含油率变化如图2所示。

图2 油炸时间对马铃薯片含油率的影响Fig.2 Effect of frying time on oil content of potato chips

图2表明，油炸30～120s，含油率变化较大，从10%上升到29%，这是因为油炸初期，马铃薯片水分含量高，大量水分迅速蒸发，油脂填补水分蒸发的空隙，造成含油率上升。120～210s的油炸过程中，含油率变化不大，原因是此时马铃薯片的水分含量变化不大，故含油率变化也不明显。马铃薯片在油炸过程中的含油率变化与其水分含量变化是呈负相关的。吸油过程与脱水过程相对应，也分为3个阶段：迅速吸油阶段(油炸30～60s)，均匀吸油阶段(油炸60～150s)和缓慢吸油阶段，即含油率平衡阶段(油炸150～210s)，迅速吸油阶段马铃薯片吸油量最多[11]。其中，油炸开始时，马铃薯片接触到高温油脂，其表面的水分迅速蒸发，表层形成了坚硬的外皮壳，外皮壳的形成影响了食品与油脂的热传递。另外，薯片的含油率与其多孔性有关，表现为孔与含油率相互依赖。油炸初期，油脂黏附在薯片表面，而当薯片从炸锅中取出冷却时，表面油脂由于压力差渗入薯片内部。

2.3 油炸时间对马铃薯片的质构特性的影响

图3 油炸时间马铃薯片的断裂力变化Fig.3 Effect of frying time on breaking force of potato chips

质构是指通过接触而感觉到的食品的一组物理特性，包括力学特性、几何特性和组成特性。断裂力是使食品断裂的力。由图3可知，30～120s内，马铃薯片的断裂力都比较小，且变化不明显。此时马铃薯片的水分还没有蒸发完全，吸油也还在继续，此时马铃薯片尚未炸熟。油炸150s时，断裂力突然增大，且随油炸时间的延长，变化不明显。油炸150s时，马铃薯片已炸熟，此时马铃薯片的水分含量和含油率都基本达到平衡，即使过度油炸，其断裂力也基本保持不变。断裂力可作为判断薯片炸熟与否的标志之一。

2.4 不同油炸时间马铃薯片的扫描电镜观察

观察不同油炸时间马铃薯片及其脱脂后马玲薯片与新鲜马铃薯片、煮制马玲薯片及真空干燥马铃薯片的微观结构差异，探究马铃薯片组织结构状态随油炸时间的变化情况。

2.4.1 油炸马铃薯片外表面电镜观察

处理方式的不同，马铃薯片的组织结构状态变化也不同。对油炸时间为30～210s与未处理以及煮熟马铃薯片的外表面进行电镜扫描观察并比较分析，其电镜照片见图4。

图4 不同处理马铃薯片外表面的变化情况Fig.4 Change in the surface of potato chips subjected to different treatments

由图4可知，油炸时间在30s时，马铃薯片表面比较平整，有少许凸起，这是因为油炸初期，马铃薯片的水分含量较高，接触到高温油脂时，水分急速蒸发，在表面形成凸起，由于接触时间短，油脂还未渗入水分蒸发的气孔，仅在表面黏附了一层油脂；油炸时间在60～150s时，随着与高温油脂接触时间的延长，食品水分含量急剧下降，油脂逐渐渗入到水分蒸发所形成的空隙中，电镜下能够观察到油脂分布于马铃薯片表面；油炸150s后，马铃薯片已炸熟，此时水分蒸发和油脂分布逐渐达到平衡；油炸210s的马铃薯片外表面不再平整，出现凸起且有气孔形成，这是水分过度蒸发造成的。新鲜马铃薯片的淀粉颗粒完整分布于网状结构中，煮熟的马铃薯片，其淀粉颗粒在煮制过程中完全糊化，仅能观察到网状结构。

油炸食品过程中，外表皮最先接触高温油脂，淀粉糊化、蛋白质变性、焦糖化反应和美拉德反应等形成美味可口的坚硬外皮壳。随油炸时间的延长，外皮壳的厚度逐渐增加，从而影响了薯片对油脂进一步吸附。对不同油炸时间马铃薯片脱脂处理制成脱脂马铃薯片并与真空干燥马铃薯片进行观察分析，其电镜照片如图5所示。

图5 脱脂马铃薯片的外表面Fig.5 The outer surface of degreased potato chips

图4、5比较，可观察到新鲜马铃薯片中的有大量淀粉颗粒存在和不规则网状结构分布；真空干燥马铃薯片可见少量球形的细胞排列，可能由于淀粉颗粒开始溶胀。对油炸马铃薯片进行脱脂后，可观察到明显的蛋白质网状结构，这与煮熟和真空干燥马铃薯片的微观结构相似。这是因为油炸马铃薯片和煮熟马铃薯片都经历了高温过程淀粉颗粒发生糊化所致。其中，油炸30s和60s马铃薯片脱脂后网状结构不均匀，且有较大空隙出现，这是由于它们与高温油脂接触的时间短，水分大量蒸发后，油脂还未及时进入就被停止油炸，同时淀粉颗粒还未被完全糊化，所形成蛋白质网状结构比较模糊。随着油炸时间的延长，水分蒸发和油脂吸附趋于平衡，薯片淀粉糊化也趋于完全，糊化淀粉充填于蛋白质网络，可观察到均匀分布的清晰的网状结构。

比较脱脂处理前后的薯片可以看出，淀粉糊化后的细胞壁的网状结构比较相似，这可以说明薯片与煎炸油的相互作用是以吸附等物理作用为主。

2.4.2 油炸马铃薯片横断面电镜观察

油炸过程中，油脂先与马铃薯片的外表皮接触，形成坚硬的外皮壳。外皮壳在一定程度上影响食品的吸油率。随油炸时间的不同，马铃薯片横断面油脂分布情况也不同，如图6所示。

图6 不同处理马铃薯片横断面的变化情况Fig.6 Change in the cross section of potato chips subjected to different treatments

由图6可以看出，新鲜马铃薯片的横断面淀粉颗粒清晰可见。不同油炸时间的马铃薯片中，淀粉颗粒糊化而消失，被油脂包裹。油炸150s开始，横断面上逐渐有空隙出现，由图6E可看出，油炸150s时，外表面还尚未有空隙出现。随油炸时间延长，空隙逐渐增多，这是水分蒸发而油脂未填充所致。煮制马铃薯片的横断面有很多空隙，与外表面的观察情况不同，这可能是由于外皮壳对外表面的保护所致。

不同油炸时间的脱脂马铃薯片横断面观察分析，其电镜照片如图7所示。

图7 脱脂马铃薯片的横断面Fig.7 The cross section of degreased potato chips

由图7可知，新鲜马铃薯片的横断面上可观察到清晰的淀粉颗粒，可观察到淀粉颗粒之间有一些网状结构。煮熟的马铃薯片横断面空隙较多，且与其外表面不同，原因可能是煮制时间过长，水分蒸发而又无其他物质填充，细胞壁破裂。对脱脂马铃薯片，不同油炸时间的马铃薯片横断面上均有空隙出现。油炸30s和60s的马铃薯片脱脂后与相同处理的其他时间油炸薯片的横断面结构不同，观察不到蛋白质网状结构，原因可能是与高温油脂的接触时间短，淀粉颗粒糊化不完全；这两个处理的马铃薯片电镜扫描观察空隙最多，可能是因为此时为油炸初期，水分急速蒸发，形成了很多空隙。随着油炸时间的延长，油脂渗入，淀粉颗粒糊化充填蛋白网络结构，网状结构逐渐清晰。横断面的观察进一步表明，油炸与煮制都是将马铃薯片在高温下使其淀粉颗粒糊化的过程，不同的是油炸过程油脂填充了水分蒸发的空隙，而煮制过程水分蒸发，留下孔隙。

2.5 油炸马铃薯片货架期预测

油炸150s时，马铃薯片炸熟，其粗脂肪含量约为30%，故油脂的劣变程度很大程度上决定了其货架期。将炸制150s的马铃薯片在60℃条件下放置，定期提取薯片中的油脂进行理化指标检测，分析在此条件下马铃薯片的货架期。测定结果如图8所示。

图8 贮藏过程中马铃薯片中油脂的酸值(a)、过氧化值(b)、羰基值(c)变化Fig.8 Changes in oil acid value (a), peroxide value (b), carbonyl value (c) of potato chips during the storage period

由图8a可知，随着贮藏时间的延长，马铃薯片中所含油脂酸值逐渐升高。在0～8d的放置过程中，酸值变化缓慢，放置第9天时，酸值变化明显。这是因为放置初期，油脂中所含的杂质及水分很低，为反应的诱导期，油脂在高温条件下发生氧化、水解、聚合和热解反应的速率很慢，随着时间的延长，油脂中的杂质及极性物质也随之增多，从而促进了水解、热解反应的进行，反应加剧，酸值快速增长。油脂的过氧化值是评判食品货架期的主要指标。油脂暴露在空气中，与氧接触，必然会有不同程度的氧化，马铃薯片在贮藏过程中其油脂的过氧化值的变化如图8b所示。由图8b可知，随放置时间的延长，马铃薯片中所含油脂过氧化值逐渐升高。在0～5d的放置过程中，过氧化值变化缓慢。放置第6天时，过氧化值突变，但还未达到膨化食品卫生标准中规定的值。第8天时，过氧化值超过GB 17401—2003《膨化食品卫生标准》中规定脂肪过氧化值不高于19.7meq/kg[13]的标准。第9天时，过氧化值骤变，从23.5meq/kg突变至146.1meq/kg。这可能是由于氧化初期生成的小分子物质具有极强的氧化能力，使得油脂氧化加剧而导致的。

根据过氧化值的显著增长，可以判定，在第7天后马铃薯片中油脂已经发生了严重的劣变，已不能食用。油脂在高温油炸过程中发生一系列理化反应，在降解产物中主要是以低分子的醛、酮、酸等羰基化合物和烃类化合物等形式出现，薯片油脂羰基值变化如图8c所示。在0～8d内，马铃薯片中油脂的羰基值上升，但变化不明显。第9天时，羰基值突变，与此时过氧化值和酸值的变化有密切的关系。

综上，随着贮藏时间的延长，马铃薯片中油脂的各个指标都有明显的增长。根据货架期的预测方法，马铃薯片中的油脂的各项指标在贮藏7d后即将超标，而到了第8天，各项指标均超标，即薯片可在60℃环境下贮藏7d左右。根据Arrhenius方程的对数形式：

式中：K为速度常数；A为频率因子；E为活化能；R为气体常数；T为温度。

它定量地描述了温度与反应速度之间的关系。以lgK对1/T作图得一直线斜率为－E/2.303R，故可计算出活化能E，将直线外推至室温，就可求出室温时速度常数和贮存期[16]。通过计算Schaal实验1d相当于20℃贮藏16d[17]，由此可预测在20℃的环境下油炸马铃薯的货架期为102d。

3 结 论

通过对不同油炸时间马铃薯片的质构、水分含量、含油率等物理指标以及马铃薯片的货架期预测进行较为系统的研究，结果表明：随着油炸时间的延长，马铃薯片的水分含量降低，含油率升高，脆度变化较大，吸油率与水分的蒸发速率密切相关，都主要发生在油炸初期；在货架期预测过程中，马铃薯片中油脂的酸值、过氧化值及羰基值均随贮藏时间的延长逐渐增大，预测其在20℃时的货架期为102d。

通过扫描电镜对不同处理方式的马铃薯片的外表面和横断面进行观察。随着油炸时间的延长，马铃薯片表面逐渐形成凸起和空隙，由于外皮壳的保护作用，空隙先在横断面中出现，薯片内部空隙多于其表面；薯片与煎炸油之间以物理作用为主。

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Quality Change of Potato Chips during Frying Process and Their Shelf Life Predication

YU Xiu-zhu，SONG Li-juan，ZHANG Jian-xin，DU Shuang-kui，CHEN Xing-yu, YU Jian-quan
(College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

In order to explore quality changes of potato chips during frying process, physical parameters and microstructure of potato chips fried for different periods of time as well as their shelf life were investigated in this study. The results showed that prolonged frying time could result in reduced water content, increased oil content, and improved fragility of potato chips. Meanwhile, protrusions and pores were gradually formed on the surface of potato chips during frying process due to gelatinization of starch granules. The pores appeared on the cross section first because of the protection from crust, and more pores were observed on the cross section of fried potato chips. The interaction between potato chips and oil was physical action in large part during frying process. The acid value, peroxide value and carbonyl value of oil in fried potato chips revealed a gradual increasing trend during the extension of storage. The shelf life of potato chips was predicted to be approximately 102 days according to Arrhenius equation.

potato chips；frying；quality change；microstructure

TS207.3

A

1002-6630(2012)18-0102-06

2011-07-23

中央高校基本科研业务费专项(QN2009074)；陕西省科技攻关项目(2012K02-11)

于修烛(1974—)，男，副教授，博士，主要从事功能性油脂及其安全检测研究。E-mail：xiuzhuyu1004@hotmail.com