精炼淀粉在油炸过程中的含水量、含油量及水分活性之间的相关性研究

陆建锋，程裕东*，金银哲*

（上海海洋大学 食品学院，上海201306）

近年来，油炸食品因其独特的质构和香脆的口感深受广大人民群众的喜爱。但随着人们生活水平的日益提高，单纯的油炸食品，特别是油炸肉类食品会出现肉的老化现象，且油炸过程中油的过分吸收也对人类身体健康产生了很大的危害。

油炸过程中影响样品吸油量的因素有：油炸过程中使用的油的质量[1]；样品的质构[2]；油炸温度、时间以及样品的形状[3]；初始含水量；初始界面张力[4]；样品的疏松度以及油炸后外壳的形成[5]。而这些性质的改变主要受油炸过程中水分损失的影响[4]。油炸是一个热传递和质量转移同时进行的过程。热传递是从油传递到食品，同时伴随水分蒸发以及食品的吸油[6]。在产品油炸过程中，内部水分蒸发导致形成了一个压力梯度，表面干燥使油依附在结构破坏的表面。大部分油是先吸附着于样品上面，之后将刚刚经过油炸的样品拿出的时候由于温度的下降而是样品气孔中的水分急速冷却而在样品内部产生真空，后将吸附于表面的油吸入样品内部[7]。为解决这一现象，研究人员致力于开发一系列既能保持样品的含水量，又能减少样品吸油量的方法。

Myers[8]等人发明了一项技术，即缩短油炸时间以保持样品的高含水量，然后通过烘烤以达到熟化食品的目的，同时减少了将近 30%的吸油量。曾敏[9]等人通过微波干燥的方法减少了油炸马铃薯时的含油量。周韵[10]等人，用热风、微波联合干燥的方法增加了初始固形物的含量从而减少了样品的吸油量。赵勇[11]等人通过添加物及涂膜处理的实验方法减少了油炸食品中的油含量。但这些方法，既耗时耗力，又不能满足油炸食品本身带给人们的口感。

本实验研究了经预干燥处理的精炼淀粉油炸后的水分损失、吸油量以及水分活性的相关关系，为在减少油炸过程中样品的水分损失、吸油量的同时，保持样品香脆的口感提供了一种可行性方案。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

精炼淀粉 食品级，上海风筝面粉有限公司；金龙鱼大豆油 食品级，上海嘉里食品工业有限公司。

电加热油炸锅 意大利德龙股份有限公司F885V型；SLV-12C恒温恒湿箱 东京株式会社五十铃制作所；DHG-9245A电热鼓风干燥箱 上海慧泰仪器制造有限公司； BS224S赛多利斯分析天平 德国Sartorious公司；电子显微镜；THERMIC MODEL2100A热电偶测温仪 ETO DENKI公司；甲醇 分析纯，国药集团。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备

精炼淀粉与去离子水以质量比100:40混合，制成面团，常温下醒面12h。将面团制成长宽高分别为50 ×50×2mm的长方体样品。

1.2.2 预干燥处理

将制成的长方体面团放于温度65℃、湿度15%的恒温恒湿箱中预干燥，时间分布为10、15、20、25和30min。每种预干燥时间使用10个样品，其中5个样品做水分含量实验，另外5个样品做油含量实验，平均3次实验。

1.2.3 样品的油炸及处理

将样品分别置于电加热油炸锅中，温度设定为175℃，以热电偶控制温度。油炸时间分别为10、20、30、45、60和90s。油炸后置于网状托盘上滤油30min。取5组样品置于鼓风干燥箱中105℃干燥12h后，置于称量瓶中，并放置于干燥器中冷却至室温，测量样品放置于称量瓶中测量前后的重量，差值即为水分损失。油的测定遵照GBT 14772-2008粗脂肪含量的测定中的索氏提取。以电子显微镜观察样品结构的变化。

2 结果与讨论

不同预干燥时间对油炸过程中的含水量与含油量影响较大，随着预干燥时间的增加，相应的含水量降低并伴随油炸初始吸油量的减少，如图1所示，其中x轴代表连续对多个样品进行预干燥以及油炸所消耗的单个样品预干燥和油炸的时间以及多个样品预干燥和油炸的时间总和。将预干燥所消耗的时间与油炸过程所用时间结合，可以看出样品的初始水分含量对油炸过程中的水分损失影响较大，如图1(a)所示。初始水分含量由预干燥时间的长短决定，随着预干燥时间的增加而减少，但是油炸食品最终的水分含量与初始水分含量没有较为明显的关系，其最终含水量几乎相同。然而，随着预干燥时间的不同，其油炸后的含油量变化较大，如图1(b)所示，随着预干燥时间的不同，其油炸相同时间下的含油量区别较大，预干燥30min的样品的含油量比未经预干燥的样品少了近3倍。由此可知，预干燥对油炸过程中水分含量的影响不是很明显，对油炸后的油含量的影响较大，这与 Rosen[12]等人的研究结果类似。导致这种现象发生的可能原因是预干燥时间较长，样品结构更加致密。

图1 油炸食品在预干燥与油炸过程中含水量和含油量的变化Fig.1 Moisture and oil content during drying and frying procedures in frying food.

2.1 结构的观察

为证明上述观点，本实验通过电子显微镜，观察了不同预干燥时间的样品，油炸后的结构示意图，如图2所示。图2，a、b、c为选取的不同预干燥时间分别为10、20、30min下，175℃油炸60s后的样品结构示意图。由图可知，预干燥使油炸后的精炼淀粉结构趋于紧密，而结构的紧密使得样品中水分的损失速率减慢，并伴随着吸油量的减少，这与上述的研究结果一致。而图c结构过于紧密，甚至出现裂痕，这是过分干燥的结果，而这种现象会很大程度影响油炸食品香脆的口感。因此，预干燥时间不宜过长，在20min内较为合适。

图2 不同预干燥时间处理的精炼淀粉在油炸60s时的扫描电镜图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 含水量与含油量的关系

图3为不同预干燥时间处理的精炼淀粉在油炸过程中的水分损失以及吸油量的关系图。随着预干燥时间的增加，样品油炸至终点时，水分含量由0.2351g下降到0.1941g，水分变化不是很明显，而此时油含量由0.3239g下降到0.0875g，变化较大。当油炸至60s时，样品中水分含量以及油含量几乎不变，由此可知，预干燥过程对油炸精炼淀粉后的油含量影响较大。为更显著的表示精炼淀粉在油炸过程中的水分损失以及吸油量，本实验采用 Krokida[13]等人对油炸过程中水分损失及吸油量的表示方法，即失水速率和吸油速率来表示油炸精炼淀粉过程中的水分及油含量的变化。

公式中m、o分别代表水分以及油，t为时间，Km和Ko为失水速率以及吸油速率，其中（3）（4）由方程式（1）（2）计算得出。采用公式（3）和（4），通过计算可求其失水速率以及吸油速率，结果如图4所示，图中a和b的斜率分别表示其失水速率以及吸油速率。由图可知，随着预干燥时间的增加其吸油速率和失水速率均下降。此时，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，吸油速率下降很明显，而失水速率变化不大，此结果进一步证明了预干燥能够较好的降低油炸过程中的吸油量。

同时，以油炸精炼淀粉过程中水分含量与油含量的关系图进一步直观的确认预干燥对减少油含量与降低水分损失的有效性，并证明了吸油量的增加是由于水分损失引起的，关系如图5所示。图5为油炸温度为175℃下的精炼淀粉在预干燥时间不同的条件下分别油炸10、20、30、45、60、90s后，水分含量与油含量的关系。由图可知，不同预干燥时间处理后精炼淀粉的水分含量与油含量呈现良好的相关性，随着水分含量的减少，油含量逐渐增加。这一结果与Komasula[13-14]等人的研究结果类似。

图3 不同预干燥时间处理的样品在油炸过程中水分含量和含油量的变化（T=175℃）Fig.3 Effect of pre-frying drying time on moisture and oil content of refined starch (T=175℃).

图4 不同预干燥时间处理下的样品在油炸过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℃).

图5 油炸过程中水分含量与含油量的关系（T=175℃）Fig.5 Variation of oil content against moisture content during frying of pre-frying dried Refined starch（T=175℃）.

2.3 含水量与水分活性的关系

图6 水分含量与水分活性的关系Fig.6 Relationship between the moisture content and the water activity.

水分含量与水分活度的关系表示样品储藏时间的长短，大多数细菌在水分活性为 0.91以下时停止生长，大多数霉菌在0.8以下停止生长，到达0.7-0.75时微生物则停止生长，而到达此水分活性的样品其本身已经过分干燥，不适合人类本身的口感。由图6可知，水分活性低于0.8的曲线为预干燥时间分别为20min、25min以及30min时的油炸面团，而低于0.75水分活性的为25min和30min时的样品，由此可知，20min的预干燥较为适合。

2.4 含油量与水分活性的关系

图7为水分活性与含油量之间的关系图。由图可知，随着油含量的增加，其水分活性逐渐变小，且随着预干燥时间的增加，两者以递减的方式逐渐减小，这也进一步说明了预干燥在延长样品的储藏能力的同时，又能减少样品中的油含量。

图7 含油量与水分活性的关系Fig.7 Relationship between the oil content and the water activity.

3 结论

预干燥的处理手段能够较好的保持油炸食品中的水分，且能有效的减少油炸食品中的油含量，同时还能适当提高油炸食品的储藏时间。油炸过程中，失水量与吸油量呈现非线性的递增关系，随着油炸时间的增加，水分含量逐渐减少，油含量逐渐增加，这是因为油炸使样品中的水分迅速蒸发，使内部形成压力梯度，所以油炸时间不宜过长，最佳油炸时间为 60s。而预干燥的处理手段能够有效抑制这种现象的发生，因为预干燥改变了预油炸食品的结构，使结构更加致密。但是，过度的预干燥会使样品过分干燥，从而使油炸食品产生龟裂现象，这会严重影响样品的质感。从水分含量与水分活性的关系可以得到最佳预干燥时间，从而在保持样品口感的同时还能延长保质时间。然后建立油含量与水分活性的关系，进一步确定了最佳预干燥时间为20min。本研究结果为微波加工技术在油炸调理食品中的应用提供了基础数据和理论依据。

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