亲水胶体对真空油炸马铃薯脆片品质的影响

陈中爱,吕 都,刘 辉,王 梅,李 俊,刘 嘉,董 楠,王 辉

(贵州省农科院生物技术研究所,贵州省农科院食品加工研究所,贵州贵阳 550025)

油炸是一个脱水的过程,涉及到热量和质量的传递。此外,油炸过程中会发生不同的化学变化,如淀粉糊化和蛋白质变性、表面褐变、水分快速蒸发和油脂的吸收[1]。真空油炸通常发生在负压、90～120 ℃的温度下,真空油炸技术能较好保存马铃薯脆片风味和营养成分,产品膨化度高,口感酥脆,但仍然有大量的脂肪被吸收,油脂含量可能占到食物总重量的50%[2]。而高油脂食品具有导致心脑血管疾病、高血压和血脂紊乱等疾病的潜在风险。因此,开发低脂高品质油炸制品的需求日益迫切。研究者已在真空油炸鹰嘴豆[3],薯条[4-5]、鸡块[6]、胡萝卜片[7]、谷物类制品等[8]方面开展了一些降低油脂吸收的研究工作。

亲水胶体在食品加工中被广泛用作多功能添加剂,以提高稳定性,改善质地和控制水分含量[9]。此外,亲水胶体具有形成良好的隔绝氧、二氧化碳和防止脂质氧化的可食用薄膜的能力,这使得它们能减少油炸产品对油脂的吸收。常见的用作食用薄膜的胶体包括瓜尔豆胶、黄原胶、纤维素衍生物(如甲基纤维素、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素)以及其他多糖和蛋白质。Balasubramaniam等[10]报道,在油炸肉类产品上使用含有蛋白质和多糖(羟丙基甲基纤维素)的面糊和面包糠可减少33.7%的油脂吸收。Singthong等[11]报道,使用不同的多糖(海藻酸盐、羧甲基纤维素和果胶)降低油炸香蕉片的吸油率在2%～17%之间,这说明亲水胶体在提高油炸产品品质方面具有较大应用价值。

因此,本文将系统地研究羧甲基纤维素钠(CMC)和海藻酸钠(SA)、瓜尔豆胶(GU)三种亲水胶体对真空油炸马铃薯脆片水分含量、脂肪含量、硬度、色泽、感官品质的影响，为亲水胶体在真空油炸马铃薯脆片方面提供技术参考和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯 品种为大西洋,贵州省马铃薯研究所提供;棕榈油 益海嘉里粮油工业有限公司;海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、瓜尔豆胶 加福得食品(北京)有限公司。

TMS-Pro质构仪 北京盈盛恒泰科技有限公司;VF-80C型真空油炸机 中山市维嘉真空机械厂;S-3400N扫描电子显微镜 苏州佐藤精密仪器有限公司;GZX-9070MBE鼓风干燥箱 上海博迅实业;SOX500脂肪测定仪 北京晨曦勇创科技有限公司;3nH色差计 深圳市三恩驰科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 亲水胶体溶液的制备 分别称取一定量的海藻酸钠(SA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、瓜尔豆胶(GU),每种亲水胶体均以蒸馏水配制成质量浓度为0.50%、0.75%、1.00%的涂膜液,加热至70～80 ℃,搅拌使其完全溶解,4 ℃冰箱内静置12 h,备用。

1.2.2 马铃薯脆片真空油炸工艺 原料→筛选→清洗→去皮→切片→漂烫→浸渍→沥水→预冻→真空油炸→脱油→包装→成品。

操作要点:挑选表皮光滑,芽眼小的马铃薯洗净去皮切成约2 mm厚的薄片,将0.3% CaCl2溶液加热至90 ℃,以溶液与样品的质量比为5∶1,烫漂薯片3 min捞出,过凉水沥干。使不同浓度的亲水胶体溶液与样品的质量比为15∶1,随机将20片薯片分别浸入各涂膜液中浸泡10 min,捞出自然滤干2 min,除去薯片表面多余的胶体,放入-20 ℃冰箱中预冻4 h后,放入真空油炸机(90 ℃)中炸制8 min。以经烫漂处理,未经涂膜处理的样品为对照组。

1.2.3 马铃薯脆片水分含量的测定 水分含量的测定按照GB/T 5009.6-2016进行测定。油炸后将脆片切碎,均匀取样,每个样品做3次平行,取平均值。

1.2.4 脂肪含量测定 采用索氏抽提法,参照GB/T 5009.6-2016。薯片油炸后切碎,烘干至恒重,均匀称取5 g于滤纸筒内,溶剂选用石油醚,回流萃取6～8 h,再用烘箱加热去除剩余石油醚,并换算样品中粗脂肪含量,对照组为真空油炸马铃薯脆片。

抑油率(%)=(1-A2/A1)×100

式中:A2为亲水胶体处理样的脂肪含量,A1为空白样的脂肪含量。

1.2.5 质构的测定 采用质构仪对油炸薯片样品进行质构测定,室温下设定测定前、后探头速度5.00 mm/s,测定时探头速度2.00 mm/s,压缩比50%,探头两次测定间隔时间5.00 s,P/36R圆柱形探头,触发力0.15 N,自动触发,测定硬度值[12]。

1.2.6 色泽的测定 利用全自动色差仪对油炸后薯片的色泽进行测定,随机取三个样品,每个样品平行测定6次取平均值。色泽采用CIE-L*a*b*色空间表示方法,得L*、a*和b*三个参数。其中L*代表亮度,L*越大表示亮度越高;a*代表红色—绿色之间的变化,+a*为红色方向,-a*为绿色方向;b*代表黄色—蓝色之间的变化,+b*为黄色方向,-b*为蓝色方向,见参考文献[13]。

1.2.7 感官评价 样品按照一定条件油炸后冷却10 min,以备感官实验用。评定人员为12人,均为相关专业人员,男女各半。根据真空油炸马铃薯脆片的感官指标评分表,对油炸样品的外观、色泽,香气、味道、脆性作出评价[14]。评价过程如表1,先观察样品的外观结构和色泽,再通过闻、咀嚼、品尝鉴定脆片的香气、味道、油腻感、脆性等,并结合咀嚼的滋味,给出质量评价,以平均分计。

表1 马铃薯脆片感官评定标准(分)

1.2.8 扫描电镜 将感官评分最高的马铃薯脆片研碎,过100目筛,取各样品粉末适量,撒于贴有双面胶的样品台,使其分布均匀,置离子溅射仪高效镀膜平台喷金,备用。将制备的各样品置扫描电镜不同的放大倍数条件下(500×、100×)进行观察。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2016软件对实验数据进行分析及制图,数据以平均值±标准偏差表示,并采用 SPSS 19.0对数据进行统计分析,显著水平(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 亲水胶体对马铃薯脆片水分含量的影响

亲水胶体对马铃薯脆片水分含量的影响如图1所示,对照组含水率最低(7.55%),CMC-0.75%处理组含水率最高(9.75%),相比对照组,CMC-0.75%组含水量提高了29.14%;SA和GU处理组中,含水率最低的是SA-1%(8.17%)和GU-1%(8.25%),相对对照组,含水量分别提高了8.21%、9.27%。分析可能是由于三种胶体的阻隔性能和凝胶形成能力不同,导致了油炸产品的保水能力不一致,这与胶体的结构及它的官能团有关[15]。相比对照组,涂浸亲水胶体均能显著提高马铃薯脆片水分含量(p<0.05),其中CMC组含水率较SA组和GU组都高,推测CMC在高温下形成薄膜,阻止外部油脂进入薯片内部及薯片内部水分的外渗,从而使部分水分保留在脆片内部,提高了薯片油炸时的持水能力[16]。

图1 亲水胶体对真空油炸薯片水分含量的影响

2.2 亲水胶体对真空油炸马铃薯脆片脂肪含量的影响

由图2可以看出,与对照组相比,三种亲水胶体处理组均能显著降低马铃薯脆片的脂肪含量(p<0.05)。对照组脂肪含量36.11%,三种胶体处理组脂肪含量最低的分别是SA-1%(29.89%)、CMC-0.75%(21.65%)、GU-1%(26.22%),相对对照组,脂肪含量分别降低了17.22%、40.04%、27.39%,这与Holownia等[17]的研究结果相似。CMC-0.75%处理组,脂肪含量在所有处理组中最低;SA处理组随着亲水胶体添加量增加,脂肪含量略有下降。GU处理组间差异不显著(p>0.05),脂肪含量均在27%左右。CMC组三个处理水平的脂肪含量显著低于对照组、SA处理组、GU处理组(p<0.05),说明CMC具有良好的阻油效果。分析原因可能是CMC具有较高的黏度[18],导致附着在薯片表面的CMC比SA和GU更多,CMC可以帮助填充或覆盖薯片表面,从而防止油脂进入薯片中。Angor[19]研究表明添加1%的CMC,在不影响感官品质的情况下,可以有效地降低21.2%的油脂吸收。Ayustaningwarno等[20]报道,CMC在温度高于60 ℃时会形成一层凝胶保护层,可防止油脂被果片吸收。SA、CMC、GU三种亲水胶体均能形成薄膜锁住薯片内部的水分,但是SA及GU自身溶胀性较强,成膜能力不及CMC[21]。SA及GU可以填充到薯片中,减少毛细孔和裂缝的形成,因此能减少油脂的渗透[22]。SA与漂烫过程中的CaCl2形成了凝胶交联剂,构成良好的网状结构,在油炸过程也可以防止油脂转移到薯片组织中[23]。

图2 亲水胶体对真空油炸薯片脂肪含量的影响

2.3 亲水胶体对马铃薯脆片硬度及色泽的影响

品质良好的薯片要求硬度适中。由表2可知,三种处理组的硬度值均比对照组小,硬度值越大,薯片适口性较差。脆性是大多数油炸食品良好品质一个重要因素,而硬度与脆性之间呈负相关[5],因此,可以用硬度间接地表征薯片的脆性,也就是说亲水胶体处理组能降低马铃薯脆片的硬度,提高它的脆度。这是由于油炸过程中马铃薯脆片中细胞结构破裂和果胶物质的降解削弱了细胞壁的结构,细胞间的黏附性丧失,使细胞的结构变得脆弱,从而使它硬度值降低,脆性提高。而对照组硬度较大可能是随着油炸过程的进行,样品内部的温度超过水的沸点,内部的水蒸汽形成正向压力,水蒸汽向外逸出,水分含量低,硬度大,脆性差[24]。Sothornvit等[25]研究表明,与仅经过漂烫处理的对照样品相比,海藻酸盐,羧甲基纤维素和果胶涂膜处理后油炸香蕉的脆度较低,与本文研究结果有差异,分析原因可能是与香蕉的组织结构有关。

表2 亲水胶体对真空油炸马铃薯脆片硬度及色泽的影响

一般来说,食品的颜色变化可作为一种有效的方法来确定其在加工过程中发生的变化以及对消费者的接受度起决定性作用。采用亮度值(L*)、红度值(a*)、黄度值(b*)研究油炸过程中马铃薯脆片的颜色变化。三种胶体处理组均比对照组的L*值大,除了CMC-0.5%和CMC-1.0%差异显著外(p<0.05),其余均不显著,说明亲水胶体处理对马铃薯脆片色泽无不利影响。其中,CMC处理组L*值较SA、GU处理组要高,说明其色泽较其余组要亮一点。与对照组相比,CMC、SA、GU处理组L*、b*值大部分差异不显著(p>0.05),部分a*值差异显著(p<0.05),其中对薯片色泽产生影响的主要是L*值,这说明添加亲水胶体对马铃薯脆片的色泽影响不大,这与Kurek等[22]的结果相一致。

2.4 感官评价

由表3可知,三种亲水胶体对马铃薯脆片色泽、外观、脆性、味道、气味的总体接受程度影响组间差异大部分不显著(p>0.05);对照组与亲水胶体处理组的总体接受度有显著性差异(p<0.05),亲水胶体处理组的总体接受程度高于对照组,CMC-0.75%组的总体接受度得分最高(6.86分)。添加量为1%的三个处理组均显著(p<0.05)降低了味道评分,亲水胶体的添加量过大时会对产品产生一定的胶味,说明亲水胶体添加量不宜超过1%。Garmakhany等[26]研究结果表明,与对照组相比,经羧甲基纤维素钠、瓜尔豆胶、黄原胶涂膜处理组的样品在感官评价方面得分均较高。Kurek等[22]报道果胶、海藻酸盐、羧甲基纤维素等亲水胶体是无色透明,对油炸食品的感官特性没有负面影响。

表3 薯片的感官评分(分)

2.5 扫描电镜

由图3 A1可知,对照组凹坑较多、呈规则形状,边缘钝圆,孔洞较深较大,具有一致性。其内部具有多而密集的圆孔,说明该体系在油炸过程中水分可逸出的通道较多,油脂进入样品内部的通道和机会较多;较薄的孔壁使得样品在油炸过程中结构较易改变,水分逸出形成的压力可促进较多较大的孔洞结构的形成,推测这为吸入油脂提供了空间,使对照组的油脂含量最高。相对对照组,CMC组(B1)表面由少量大小不等的凹坑组成,凹坑较浅、有缺口。孔洞与孔洞之间有一定的间隙。凹坑尺寸相对减小,内部孔洞也较少,说明CMC对马铃薯脆片的细胞结构具有一定的保护作用,该体系经油炸时水分可逸出的通道较少,水分将有选择地从有缺陷的出口逸出,所以该体系的油脂含量较少。Khalil等[27]扫描电镜结果表明,经0.5% CaCl2和5%果胶涂层处理的样品相对仅经过漂烫处理的样品的细胞膜略有收缩,孔洞尺寸稍小,孔洞较浅,这与本论文的研究结果一致。

图3 对照组和CMC-0.75%组扫描电镜图

3 结论

海藻酸钠(SA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、瓜尔豆胶(GU)三种亲水胶体均能显著提高马铃薯脆片水分含量,SA-1%,CMC-0.75%和GU-1%处理组分别提高了8.21%、29.14%、9.27%;三种亲水胶体能显著降低马铃薯脆片的脂肪含量(p<0.05),SA-1%、CMC-0.75%、GU-1%处理组分别降低了17.22%、40.04%、27.39%,其中羧甲基纤维素钠降低脂肪含量效果较好。与对照组相比,三种处理组降低了马铃薯脆片的硬度值,对L*、b*值大部分影响差异不显著(p>0.05),部分a*值差异显著(p<0.05),其中对薯片色泽产生影响的主要是L*值,这说明添加亲水胶体对马铃薯脆片的色泽影响不大。经亲水胶体涂膜处理的样品感官评价得分均较高,CMC-0.75%处理组得分最高(6.86分)。扫描电镜结果显示,CMC-0.75%处理组脆片内部孔洞减少,说明CMC对马铃薯脆片的细胞结构具有一定的保护作用,该体系经油炸时水分与油脂交换的通道较少,扫描电镜结果为亲水胶体降低马铃薯脆片对油脂吸收机理的研究提供参考。推测亲水胶体在降低真空油炸食品的脂肪含量,提高食用品质方面具有良好的应用前景。