降低可微波预油炸食品含水量及含油量的研究进展

崔亚鹏，张国治*，张康逸，王立伟，李长根

（1.河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001；2.河南省农业科学院农副产品加工研究中心，郑州 450002；3.河南省三健乐食品有限公司，河南 温县454850）

近年来，消费者对方便食品以及速冻食品的需求呈现与日俱增的趋势，市场上可微波复热的食品以及微波加工食品迎来了发展的新浪潮[1]。将食品原材料采用合适的组合以及科学的配比，调配加工成适合微波炉复热或加工的食品，以达到便于食用目的的食品称为微波加工食品[2]。微波加工食品简单快捷，与现代人们推崇休闲多样化，追求方便快捷健康生活理念与饮食多样化的要求相契合。

1 预油炸食品的现状及前景

微波加热在食品领域内应用广泛，基于独特的加热方式，它具有加热速度快，加热效率高，能对食品内外同时加热，不仅安全卫生，同时兼具杀菌的功效[3]。因此在冷冻食品的解冻方面，微波加热与传统加热相比具有得天独厚的优势。但冷冻预油炸食品微波加热时，水分外逸现象会使被加热食品出现表面“浸湿”，降低了预油炸食品外壳的松脆口感，从而影响食用体验。

用油炸的方式熟制食品在我国历史早有记载，被定义为加热多量食用油，以油脂为介质进行热交换，使食品原料完成淀粉糊化，蛋白质变性的过程，食品内部的水分以蒸汽的形式逸出体系，赋予食品酥脆的口感，金黄的色泽以及油炸特有的香气，能最大限度地将营养成分保持在食品中，在生活中很常见且受到大众的喜爱，但油炸过程中会产生丙烯酰胺等致癌物质，经常食用油炸制品则对人体健康产生不利影响[4]。因此，要提高可微波预油炸食品在群众中的认可度，应着力改善复热过程中“浸湿”的现象，同时降低食品含油量。

2 预油炸过程中食品结构的变化

2.1 油炸食品的分类

食品油炸的方法可以分为多类，按油炸过程中压力的不同可以分为常压油炸、减压油炸和高压油炸；按被油炸材料的炸制程度可以分为浅层油炸和深层油炸；按油炸工艺和炸制品风味口感可分为清炸、干炸、软炸及脆炸等[5]。食品材料在加热的过程中与油分发生了复杂的物理变化和化学变化，产生油炸特有的风味和质构。从传质和传热的角度来看，油炸过程是食材吸收热量、内部的水分被蒸发；炸油从食品表面间隙渗入食品内部，同时使食品表面的脂溶性物质溶入炸油[6-7]。

油炸制品的质量主要受温度影响，温度不仅影响食品炸制成熟的速度，色泽外观，也对煎炸用油自身品质的劣变起重要作用。实验表明，油炸温度在160～180℃范围内最适宜，若油温过高，则会加快煎炸用油的劣变速度，同时也会使发泡现象产生的时间提前，造成油的粘度升高，影响油炸过程中传热过程，从而对油炸制品的质量产生不利影响。

2.2 油炸过程中吸油现象的原因

油脂自身的自由基在高温环境下易与氧发生聚合反应，生成二聚合多甘油以及二聚合多聚酸，使油脂的粘度升高，附着在食品表面使含油量升高。油炸食品的油分有两种分布方式，组织结构油和表面吸附油[8]。油炸过程中食品的吸油在所难免，当食用含油量较高的食品时，易促成肥胖的不良健康体质而加大了各种心血管病的发病率，降低产品的食用品质并且增加了企业生产成本。因此，控制油炸食品含油量对消费者和生产者都有较大的现实意义。

食品油炸过程中之所以产生吸油现象，究其原因是因为食品内部含有自由水和结合水，放入热油之后会使食品表面的水分迅速蒸发，最外层失去水分形成外皮壳，内部的水分受热后以蒸汽的形式逸出体系在食品外皮形成通道，此时油分可以从此通道渗入体系，当食品炸制完成之后进入冷却过程时，内部的压力降低，使得吸油率增加，其含油量最多可以达到总重量的30%以上[9-10]。此外，表皮的水分含量也受储藏期间内芯水分迁移现象的影响，内芯水分向表面迁移，同时表皮吸收储藏环境的水分，产生了表皮水分含量升高的结果[11]。

2.3 降低预油炸过程中吸油量的措施

吸油率受多方面的影响，在相同的炸制时间内，失水率随着外部温度的升高呈现增大的趋势，因此油分更多地进入食品内部，造成吸油率增高的后果。若要达到降低吸油率的目的，可采用以下几种方式：优化样品预干燥方式；降低油炸后的压力条件；适当转速离心脱油；选用不同的油炸用油；调整面托的组成配方及比例。

2.3.1 优化样品预干燥方式

原料经过预干燥后，基质内部的水分被去除，原料中的初始水分含量下降。内部的结构更加致密，以达到减少水分蒸发的目的，从而减小内外压力差，最终减少吸油量。常用的干燥方法有：微波预干燥、真空微波预干燥、烘箱预干燥等[12]。

2.3.2 真空沥油

油炸食品的沥油阶段也是油分增加的重要过程，主要由于内外压力不平衡所引起，在真空条件下沥油与常压沥油相比可降低约38%的吸油量，食品比表面积与体积的比值越大，沥出的油越多[13]。但真空沥油的方法受设备和食品自身性质影响，从而限制了在生产生活中的应用。

2.3.3 选择适当的脱油方法

常用的物理脱油方法有过热蒸汽脱油和离心脱油。过热蒸汽脱油利用油脂受热后粘度变小，提高流动性的特性，从而达到去油的效果；离心脱油主要通过离心作用降低食品表面的含油量，但转速过高会导致食品结构破碎，转速过慢则达不到离心脱油的目的[14]。

2.3.4 选用不同的油炸用油

油炸过程中油也会发生物理及化学变化，油脂的劣变程度及吸油量增加则会导致生产成本间接提高。由于植物油的组成成分及脂肪酸含量有差异，所以煎炸食品的稳定性及感官特性也不同。此外，油脂中饱和脂肪酸含量高时，煎炸稳定性好，但人体摄入饱和脂肪酸过多时会对健康产生危害；不饱和脂肪酸含量高的油脂，虽然煎炸食品更营养健康，但油炸过程中易产生劣变，因此要根据油脂的性质挑选合适的煎炸用油。

常用的油炸用油主要有：大豆油、棕榈油、棉籽油、花生油、菜籽油等。其中棕榈油是从热带木本植物提炼的油脂，主要成分为：50%饱和脂肪酸，40%单不饱和脂肪酸，10%多不饱和脂肪酸，并含有维生素E和类胡萝卜素，所炸制的食品稳定性较好。棕榈油在高温的情况下不会产生过度的化学变化，油炸过程中的氧化值，极性值的上升速率小于其它油脂，也是其作为煎炸用油的重要因素[15]。此外，棉籽油的油炸制品起酥性好，并且制品的货架寿命更长。

可以通过适当修改油炸用油的比例来改善油脂粘度。冯承等发现棉籽油的饱和脂肪酸含量高，具有较好的热稳定性，当大豆油中调和25%的棉籽油、10%的玉米油、5%的棕榈油时，油炸制品的含油量小于纯大豆油油炸制品的含油量[16]。油炸用油的使用时间较长时，也会增加油炸制品的含油量，应及时更换油炸用油。

3 预油炸之后快速冷冻过程中食品的结构变化

油炸后的食品在冻藏时主要会经历预冷冻阶段、冷冻阶段、降温到储藏温度阶段三个过程[17]。预冷冻过程主要是食品从初始温度逐渐降低到结冰点这一过程，冷冻阶段主要涉及到内部水分转化成冰晶的过程，降温到储藏阶段是食品中的大部分水转化成冰并且达到最终冷冻温度的阶段。产品的质量很大程度上受冷冻速率的影响。冻结过程的最理想状态是尽量减少在最大冰晶生成区的停留时间。

由于缓慢冻结产生的冰晶体积大并且会集中在几个局部的区域，对局部组织的破坏较大，使细胞脱水而导致产品质量下降。而快速冷冻时通过最大冰晶生成区的速度快，食品内部产生的冰晶细小而均匀，对细胞的组织破坏作用较小，因此能最大程度地保持食品最初的特性[18]。此外，储藏过程中内部的水分会参与脂肪水解，此过程也是引起油炸食品储藏过程中水分分布变化的原因[19-20]。

冷冻之后的冻藏温度会影响食品中水分的冻结程度，从而影响食品的质构特性。潘薇娜[20]在探寻冻藏温度对脆性的影响实验中发现，在 -10℃、-25℃、-40℃的冷冻温度条件下，随着冷冻最终温度的逐渐降低，水分转化成冰晶的冻结率高，内部残留的液体很少，有效预防了冻藏中冰晶的成长。陈卫、范大明等[21]对预油炸面拖的降温方式的研究发现，在 -25℃的条件下，与正常降温相比，强制通风的冷冻速率更快，产品的脆性评分也得到了更高的分数。并且在冷冻之后的冻藏实验中，脆性主要受冻藏时间和冻藏温度的影响。实验所得的结论为，产品在冻藏过程中的0～10 d水分含量呈现上升的趋势，冻藏10 d后的水分变化比较平缓。快速冷冻与-18℃冻藏相结合，可以有效阻止淀粉回生，使米饭的质构特性保持更长时间[22]。

4 预油炸冻藏之后微波加热过程中的结构变化

微波加热具有穿透性，可以深入食品内部使物料吸收微波转化成热能，可以达到内外同时加热的效果。水分子的极性结构比较特殊，在微波加热的情况下，食品材料的升温主要受水分子影响，所以水分含量是影响微波加热的速度及引起食品复热时表层浸湿的主要因素。

食品复热过程中，其表面的水分受热不断挥发，表面的水分含量降低而减少对微波的吸收作用，表皮温度难以达到预期效果，其脆性也会大打折扣。其次，加热过程中内部温度高于表层温度，形成了由内而外的温度梯度。加热过程中水分具有向表面迁移的趋势，但微波炉内部的冷空气抑制了表层水分的蒸发，食品表面聚集水分产生复热过程中的浸湿现象。结合国内外研究发现主要有以下几种方法解决复热失脆问题。

4.1 利用可食用的涂层材料制作阻水材料

解决微波失脆的最主要方法是对表面进行涂布涂层。理想的涂层材料应具有成膜性好，阻水性强等特点。其发挥作用的主要通过两种方式，一方面可在食品表面形成膜衣、另一方面可与面糊体系中的其他成分共同作用形成空间网状体系，二者协同可以起到减少油炸过程中水分的渗入以及复热过程中水分向外迁移[23]。于彩凤、孔保华等[24]在改善预油炸食品表面脆性的实验中发现2%的羟丙基甲基纤维素（HPMC）可以在鱼糜表面形成凝胶屏障来抑制复热过程中水分从内部向表面的水分迁移，提高微波复热鱼糜制品的脆性。研究表明，1%的羧甲基纤维素（CMC）或1%的HPMC具有改善油炸鱼块的面糊的保水性并降低含油量的功效[25-26]。

4.2 利用添加剂抑制食品内部水分的外逸

食品内芯的水分在预油炸过程及微波复热过程都会发生迁移现象导致表皮失脆。在肉制品中添加多种磷酸盐混合物（三磷酸钠、六磷酸钠、焦磷酸钠）可改善其质构，但磷酸盐添加较多时会导致组织结构呈现粗糙的趋势并产生不良风味[27-28]。

4.3 添加食用胶类

添加以卡拉胶、变性淀粉、柠檬酸钠复配的无磷保水剂时，微波复热时失水率显著降低且肉制品在冻藏期间仍保持良好的持水能力。此外，有研究表明甲基纤维素添加在食品内部时也可提高阻水性，减少复热时内部的水分散失量，在微波复热肉制品时可提高肉的嫩度。

4.4 添加改性淀粉

可微波预油炸食品的表层主要由淀粉构成，微波可使表层淀粉失水并形成淀粉膜，淀粉膜的主要性质受其直链淀粉与支链淀粉含量的比例所影响，当直链淀粉的含量越高时，表层的阻油阻水性得到提升，也改善了产品的脆性[29]。

变性淀粉的分子结构通过阻碍淀粉分子内部氢键的形成，不容易发生重排和缔合而在冻融状态下具有良好的稳定性[30]。变性淀粉在食品中的应用广泛，主要有预糊化淀粉，氧化淀粉以及高直链淀粉等。氧化淀粉的糊化温度较低，油炸过程可以较容易进行并且热稳定性好。直链淀粉可以结合基质表面的自由水，在高温油炸时会增强两者之间的粘结性，保留基质内部的水分，从而产生鲜嫩的口感[31]。

4.5 添加蛋白质

蛋白质具有增加粘度，改善外观和质地，结合水分和脂肪的优点。可在食品中当作脂肪的替代品，以达到减少食品热量，补充氨基酸的作用。将其用于可食性涂膜的材料可以达到减少水分和脂质迁移的目的，提高食品微波复热的脆性，使产品的食用品质得到提升。丁阳月、郑环宇[32]在改善微波复热油炸鸡米花的实验中采用大豆分离蛋白（SPI），超高压均质处理改性大豆分离蛋白（USPI）和超高压均质-酶解处理复合改性大豆分离蛋白的实验中，发现添加SPI以及改性SPI的预油炸食品中，复热后的含水量及含油量均低于空白组。究其原因，是因为蛋白质在微波加热的作用下，其分子结构充分伸展使表面的疏水性得到提升。在观察复热鸡米花的微观形态时，发现UESPI的添加量为20%时，产品的表面结构非常紧密，在内芯与外壳之间形成了稳定的油水乳化体系，保证油炸食品脆性的同时减少了水分和油分的外溢。

4.6 用可吸收微波的材料当作微波食品的包装

微波吸收材料又名微波（感受）包装材料。通常与常规包装材料结合使用，改善食品表皮的升温特性，控制内部水分向表皮迁移。常用的涂层方法是在塑料薄膜表面喷镀适当厚度的金属离子，再与牛皮纸压合在一起，例如氧化锡涂布玻璃技术；蒸镀铝层，涂层可吸收微波能量，在微波场中迅速加热，可作为第二热源[33]。使可微波食品的表皮与内部温差降低，理想状态为表皮升温比内部升温速度更快，形成由外而内温度逐渐减小的正向温差，阻止水分向外迁移以改善表层失脆的现象。

4.7 辅助加热手段

此外，还可采用其他加热方法辅助微波加热。N.Seyhun[34]在红外辅助微波加热马铃薯泥的实验中发现，卤素灯提供的红外加热在经过适当的开关循环时，可以达到改善加热效果，降低内部温度分布不均匀的情况。在其实验中发现30%的微波水平和10%的红外辅助水平加热时，被加热的马铃薯泥内部温度分布最均匀。其它辅助加热方法有待开发。

5 微波实际应用所遇到的问题

微波腔体中电磁场分布不均匀是限制微波实际应用的一个原因，所以在加热食品时有必要了解它的介电特性和导热性能等信息。由于介电特性是食品与电磁场相互作用的数据指标，所以它是衡量微波加热和射频加热过程的重要因素。主要包括介电常数和介电损耗因子两个数据。介电常数描述的是材料储存电能的能力；介电损耗因子决定了材料将电能转化成热能的性质[35-36]。其次，导热性能也是影响传热的重要参数。在加热和静置过程中，热导率会影响材料内部热能从热点向冷点的传递速度；在微波加热期间，比热容影响材料的加热速率。特别是冷冻食品，其复热过程中与水分的相变有关的潜热是影响解热过程的主要因素[37-39]。

国内关于解冻过程中各类食品介电特性与导热性能鲜有研究，有必要研究其变化以掌握微波解冻的规律。Waraporn Klinbun[40]在冷冻盒装大米过程中介电特性变化的研究中发现样品在冻融状态下的渗透深度变化会影响加热的均匀性，可能会导致加热失控，是因为在较高的温度下渗透深度较低，产生边缘加热比较严重的情况。在热导率变化的研究中得出在冷冻温度范围内，由于结晶冰不断转化成水分，冰质量分数的降低，热导率也随温度的升高而降低；在解冻范围内，热导率没有显著变化的结论[41]。

在微波加热过程中，食品内部冷冻组分和解冻组分之间的热导率差异会影响温度分布。冻结状态下的介电性能较低，加热速度也较低，究其原因是因为冷冻材料的水分子流动性低，偶极旋转受到阻碍，材料吸收微波能量并转化为热量的能力降低。Swittra Bai-Ngew,Nantawan Therdthai等[42]在微波干燥榴莲片的实验中发现由于冰吸收微波的效率小于水吸收微波的效率，冷冻显著增加了微波的穿透深度，与此结论一致。

随着冷冻食品逐渐解冻，产生了较高的介电损耗因子，使局部加热速率得到增加。解冻层的低热导率产生延迟热量传递的结果，导致加热过程中出现热点而出现更大范围的不均匀加热[41]。

6 前景及展望

微波加热冷冻食品时，加热不均匀性也是影响食品质量和安全的重要问题。可建立微波加热中传热模型分析原因。电磁功率密度和温度梯度引起的热点与冷点之间的传导是影响食品中一个位置加热速率的主要因素，因此加热均匀性受电磁功率的分布影响较大[43]。热点和冷点的相对预测模型在解决食品加热设计中有指导作用[44]，在实际的微波食品开发中，没有必要精确食品的精确空间温度。

国外对微波加热过程中的介电特性和导热性能有较多研究，而国内的微波食品产业起步较晚，对可微波预油炸食品的物理特性研究较少。各种微波复热食品在确定最佳加热条件时大多采用试错法，不仅繁琐并且费时费力，而传质传热的模型可改善复热过程中受热不均匀的情况。在辅助微波加热方面的研究也较少。因此，开发出新型微波辅助加热模式，深度剖析微波加热的特性及加热过程中各种物理特性的变化，对开拓微波食品在速食产业的市场有积极作用。