醋酸预处理对马铃薯炸片含油率的影响

石冰艳，董 楠，王 梅，吕 都，娄佳沁，刘 嘉,,,*

（1.贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省农业科学院贵州省农业生物技术重点实验室，贵州 贵阳 550025；3.贵州省农业科学院食品加工研究所，贵州 贵阳 550025；4.贵州长顺八妹农副产品开发有限公司，贵州 长顺 550700）

薯片作为一种休闲小吃，因质地酥脆得到消费者的青睐。但随着人们健康意识增强，油炸食品因含有大量油脂而被归为垃圾食品。于是，研究者通过不同的预处理方法，以降低马铃薯片炸后含油率。预处理手段包括红外、超声、脉冲电场、微波和冷冻等[1-7]。Wu Bengang等[1]探究了远红外处理马铃薯炸片，使其含油率降低了18%。Zhang Jin等[2-3]研究表明超声预处理后的马铃薯炸片含油率降低了27%，且能保持其品质特性。Zhang Cheng等[4-5]采用脉冲电场对马铃薯炸片进行炸前处理，炸片含油率降低了21%，孔隙率的增大导致的含油率降低也表明了脉冲电场预处理主要是通过改变马铃薯炸片结构从而影响油脂的摄入。Su Ya等[6-7]利用微波预处理协同真空油炸，使炸片含油率降低了约20%～30%，而冷冻预处理却提升了马铃薯炸片的含油率。预处理多为物理处理，通过改变马铃薯细胞的结构特性，降低其油脂含量。但物理处理在生产中，会增加生产成本及加工难度。因此，探寻处理简易及低成本的低脂马铃薯炸片技术十分重要。

Reis等[8]利用抗坏血酸溶液作为烫漂液处理薯条，含油率从53.5%降低到36.7%。这种预处理方式操作简易，使炸片含油率显著降低，但其中机制不得而知。前期研究发现马铃薯片在弱酸浸泡中会发生酸诱导的原位果胶胶凝化（导致细胞壁间连接增强），在加热后也能维持其细胞结构完整，使马铃薯片脆度得到显著提升[9-10]。弱酸浸泡处理也使得鲜切马铃薯片的短期贮藏特性及体外模拟消化特性得到改善[11]。此外，弱酸处理可显著降低马铃薯鲜切片中的糖类生物碱含量，进一步降低炸片的生物碱和丙烯酰胺含量[12]。本研究以不同醋酸浸泡处理时间的鲜切马铃薯片为研究对象，进行油炸加工、油脂含量检测及品质测定。通过对油炸马铃薯片前后油脂与水分含量的差异分析、微观结构及质构分析，进一步解析醋酸处理对炸片油脂含量影响的可能机制，以期为低脂薯片加工提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯均来自贵州省农业科学院试验田收获的当季鲜马铃薯，品种为黔芋8号，收获后置于4 ℃冷库储藏，选取大小均匀、无病虫害的马铃薯进行实验；菜籽油贵州长顺八妹农副产品开发有限公司。

苏丹红B（分析纯）上海麦克林生化科技有限公司；醋酸（食品级）河南凯帝食品工业有限公司；石油醚（沸程30～60 ℃，分析纯）、无水乙醇（分析纯）天津市富宇精细化工有限公司；高温淀粉酶（40000 U/g）、纤维素酶（3000 U/g）北京索莱宝科技有限公司；柠檬酸（分析纯）、柠檬酸钠（分析纯）上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

数显油炸锅 广东志高空调有限公司；L5S型紫外-可见分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司；BS-223S型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；HWS-28型电热恒温水浴锅、DHG-9140型电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；MS-H280型磁力搅拌器 大龙兴创实验仪器有限公司；SCINTZ-10YD/A型冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司；康塔Pore Master 33压汞仪 美国康塔仪器公司；TMS-PRO型食品物性分析仪 北京盈盛恒泰科技有限责任公司；NR110型色差仪 深圳市三恩时科技有限公司；NMI20-040H-I型低场核磁共振分析仪 苏州纽迈电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

1.3.11 马铃薯片的预处理

马铃薯清洗去皮，用切片器切片（厚度5 mm），再用模具切分成直径为3.5 cm圆片。去离子水冲洗除去表面淀粉。分组处理，第1组：未经任何处理的鲜切马铃薯片；第2组：以1∶10的料液比，将马铃薯片放入沸水里烫漂5 min，捞出后擦干水分室温自然冷却备用；第3组：用体积分数1.0%的冰醋酸（pH 2.8），按1∶5的料液比混合，分别浸泡处理1、2、4 h和8 h，去离子水洗涤后擦干表面水分备用。

1.3.12 马铃薯片的菜籽油炸制

炸锅中加入4 L菜籽油，待升温至180 ℃，稳定至少5 min后。每次放入3 片同一组别的马铃薯片。用配套的沥油篮固定使切片完全浸没在油中，5 min后捞出，于通风处冷却至室温。

1.3.13 马铃薯片的染色油炸制

苏丹红B是耐热和脂溶性的染料，用来测定表面渗透油的含量[13]。将配制好的染色油（1 g/L）提前预热至180 ℃，并在炸制过程结束前20 s，将炸片捞出。转移至染色油中炸制20 s然后捞出，室温下冷却，待用。

1.3.2 炸制前后马铃薯切片水分含量测定

参考GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》[14]。

1.3.3 炸制前马铃薯切片水分分布的测定

将1 片马铃薯切片放入直径为40 mm的玻璃管中，然后放入低场核磁设备中测定[15]。该设备的磁场强度为0.5 T，共振频率为23 MHz，检测温度为32 ℃。检测条件设定：采样带宽为200 kHz、谱仪频率为20 MHz、射频延时为0.08 ms、模拟增益为20 db、90°脉宽为6.00 μs、数字增益为3、时间点数据为400026、前置放大器增益为2、重复采样等待时间为4000 ms、180°脉宽为14 μs、回波时间为0.20 ms、采样次数为8、回波个数为10000。采用核磁共振分析软件CPMG序列分析样品横向弛豫时间（T2）和相对峰面积（A2）。

1.3.4 炸制前马铃薯切片果胶含量的测定

马铃薯洗净，加去离子水用榨汁机粉碎后，2 层纱布过滤自来水冲洗表面淀粉，将得到的渣烘干。以1∶30的料液比，加入20 g/L高温淀粉酶溶液，在95 ℃作用45 min除去淀粉。再次烘干后用80%乙醇溶液除可溶性糖，料液比为1∶15，75 ℃水浴20 min后抽滤，烘干后提取果胶。果胶提取液为pH 4.8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，加入干渣质量0.05%的纤维素酶，料液比1∶30，在50 ℃水浴24 h提取果胶。混合物先用砂芯漏斗滤纸过滤1 次，然后用G2漏斗过滤，测量滤液体积，加入4 倍体积无水乙醇后4 ℃醇沉24 h，5090×g离心10 min，沉淀复溶于去离子水后冻干即得果胶并计算出其含量。

1.3.5 马铃薯炸片总油（total oil，TO）及不同组分油脂含量的测定

1.3.51 TO含量的测定

马铃薯炸片经冷冻干燥后，利用石油醚在50 ℃索氏抽提8 h。以前后质量差计算TO含量（g/g）[13]。

1.3.52 不同组分油含量的测定

马铃薯炸片中的油脂可以分为3 个组分[13]：表面油脂（surface oil，SO），即附着在炸片表面的油脂；表面渗透油脂（penetrated surface oil，PSO），即炸片冷却过程中，内部水蒸气冷凝导致压力降低，压力差使表面的油脂被吸入进炸片内，吸入油脂即为PSO；结构油脂（structural oil，STO），即在油炸过程中进入炸片的油脂。TO质量等于这3 个组分的质量之和。

SO含量的测定[13]：在铝制称量皿中加入50 mL石油醚后，放入1 片马铃薯炸片，浸泡1 s后捞出。然后转移至烘箱，105 ℃烘干至恒质量，2 次恒质量差即为SO含量（g/g）。

PSO和STO含量的测定[13]：将除去SO的炸片转移至滤纸筒，索氏抽提8 h，提取出其剩余的油脂，蒸干石油醚后计算其质量。然后用石油醚稀释后，在509.6 nm波长处测定其吸光度（若吸光度过大可再进一步稀释），将得到的吸光度带入标准曲线得出索氏提取油脂的染色浓度，用下式计算出PSO质量：

式中：mPSO为PSO质量/g；m索为索氏抽提油脂质量/g；ρ索为索氏抽提油脂染色质量浓度/（g/L）；ρ煎为煎炸油染色质量浓度/（g/L）。

索氏抽提油脂质量减去PSO质量即为STO质量（g）。根据SO、STO、PSO质量各占薯片干基质量计算出不同组分油脂质量分数（%）。

1.3.6 马铃薯炸片的水油分布的测定

将炸片放入仪器配套的玻璃管，然后置于核磁共振仪进行分析[16]。测试参数设定：第1频道为21 MHz，重复时间为500 ms，扫描层厚为1 mm，扫描层数为8，累加次数为8，分辨率为256，相位为192。

1.3.7 马铃薯炸片微观结构的观察

用扫描电镜观察不同预处理马铃薯炸片表面微观形态[17]。将脱水去油的样品固定在样品台上，然后喷射1 层薄金膜。将样品台放入仪器腔体内部，抽真空后在3.0 kV低电压下观察。

1.3.8 马铃薯炸片微观孔径的测定

测量马铃薯炸片的孔隙率和孔径分布用压汞法[18]。将脱水去油的干样品（1.000 g）称质量至样品管中，并在低压站的真空（0～30 psi）下向腔室中填充汞。再把样品管移入到高压站。压力从大气压上升到32000 psi，然后以相同的速率回落到大气压。

1.3.9 马铃薯炸片硬度的测定

使用质构仪对炸片的硬度进行测定[6]。选取P5探头对马铃薯炸片中心位置进行测定，质构仪参数：探头到零点的距离为20 mm，且压缩比例为50%，2 次压缩间隔为5 s，测试速度为1.00 mm/s。

1.3.10 马铃薯炸片色泽的测定

使用色差仪对不同处理后的样品进行色差测试[6]。先用标准黑白板对色差仪进行校准，然后将色差仪对准炸片，读数并记录L*、a*、b*值。炸片表面选取6 个位置进行测试。

1.3.11 马铃薯炸片感官评价

对不同预处理的马铃薯炸片的感官评价由10 名经过训练的感官评定人员进行，分别对马铃薯炸片的色泽、风味、适口性、油腻程度等方面进行评估，具体方法参照GB/T 10220—2012《感官分析 方法学 总论》[19]中的标度和类别检验法。具体的评分标准见表1。

表1 马铃薯炸片感官评定标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of potato chips

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 醋酸处理对马铃薯炸片含油率及含水率的影响

如图1所示，未处理的马铃薯炸片中含油率高达38%，烫漂护色后的马铃薯炸片含油率为36%。这表明油炸前烫漂并不会影响马铃薯片在油炸过程中的吸油行为。而醋酸处理1 h就能显著降低马铃薯炸片的含油率。当醋酸处理时间达到4 h，含油率降低到17%。继续延长醋酸处理时间，马铃薯炸片的含油率不再降低。由图1可以看出，烫漂后水分和鲜切片含水率差别不显著。醋酸浸泡处理后，马铃薯片的含水率由于渗透压作用，逐渐由79%降低至75%。原马铃薯片在油炸后损失近30%的水分，吸入了38%的油脂。醋酸处理1～8 h的马铃薯炸片损失42%～51%的水分，却只吸入25%～17%的油脂。原马铃薯片的质量在7.5 g左右，扣除水分后的质量在1.5～1.8 g。通过计算得出，不处理和烫漂处理的炸片中水油质量分别为3.75 g和3.10 g。而醋酸处理1～8 h炸片的质量，分别为2.51、1.76、1.67 g和1.38 g。醋酸处理的炸片，不仅含油率降低，含水率也显著降低。

图1 不同预处理对马铃薯炸片含油率及含水率的影响Fig.1 Effects of different pretreatments on oil and water contents of potato chips

2.2 醋酸处理对马铃薯切片水分分布的影响

如图2所示，未经任何处理的鲜切片的反演图谱上有4 个峰，分别对应4 种水分状态以及3 类水分[20]：T21和A21（0.1～1 ms）主要代表结合水，结合能最高，流动性最低，主要指细胞壁中的水。T22、T23和A22、A23（1～50 ms）为机械结合水，其结合能较低，迁移率较高，一般为细胞质与细胞外的水分。T24和A24（50～1000 ms）代表自由水，结合能最低，且流动性最高，通常是液泡水。从图2可以看到，结合水和自由水的弛豫时间显著朝向短时变化，且自由水峰高随着醋酸处理时间的延长而降低。推测这是因为酸处理诱导了细胞壁果胶发生胶凝反应，部分自由水分参与了果胶胶凝化，转化为结合水，也证明大量细胞内的自由水迁移到细胞外及细胞壁间。这可能是由于在醋酸浸泡预处理时，酸进入马铃薯细胞，使得细胞通透性增加[21]，水分由液泡内转移到了细胞间；酸溶液与马铃薯片接触后，在细胞壁外形成了内外浓度差，导致细胞内水分朝着细胞外流动。而迁移到细胞外的水分在高温炸制过程中直接溢出使得水分损失较大。

图2 不同预处理马铃薯切片的低场核磁共振弛豫特性曲线Fig.2 LF-NMR relaxation characteristics of potato slices under different pretreatments

2.3 醋酸处理对马铃薯炸片油脂分布的影响

从油脂组成比例（图3）来看，酸处理后的马铃薯炸片，PSO比例显著降低（P＜0.05），STO所占比例降低，SO比例无显著差异。这表明酸处理后，TO降低主要是由于冷却后渗入马铃薯炸片的油脂占比降低所引起。将TO含量与比例结合，推算出每个组分的真实含油值。在醋酸处理4 h，马铃薯炸片的SO、STO和PSO分别下降了49%、39%和87%。醋酸处理使得炸片中不同组分的油脂含量都有所降低，但含油质量下降最为显著的是PSO组分。

图3 不同预处理对马铃薯炸片油脂组成的影响Fig.3 Effects of different pretreatments on oil composition of potato chips

如图4所示，通过核磁共振成像（nuclear magnetic resonance imaging，NMRI）技术获得不同处理炸片内部的油脂分布情况。根据NMRI伪彩图中不同颜色的分布可以判断出炸片中不同部位含油率的高低，颜色由红到蓝代表氢质子含量由高到低。样品和烫漂护色后的马铃薯炸片，其外壳和内部均有大量的油脂和水分分布，油炸样品的边缘质子浓度最高，这可能是由于油炸过程中外壳首先失水形成孔隙及通道，结构损坏严重，油脂吸收量多[22]。内部油脂分布的增加是在表面外壳形成之后，在油炸过程中或者从油炸介质中捞出后渗入的部分油脂。酸处理不同时长后样品均有较少的水油分布，这与索氏抽提法测得的结果一致。但是酸处理后样品的NMRI伪彩图与其他样品最大的区别在于其中心位置和外壳之间形成了一个圆环状的条带，且这一部分质子含量较低。针对这一现象，将用于实验的马铃薯切片分为内核和外环两部分（图4），对不同部位的果胶含量与含水率进行了测定。结果表明，内核部分含水率为87.4%，外环含水率为82.7%。内核初始含水率高，煎炸过程中水分溢出多，为油脂提供更多的渗入位点。不仅如此，这2 个部位的果胶含量也有显著差异，外环部分果胶提取率为8.6%，内核仅为3.1%。酸诱导果胶胶凝化可形成凝胶网状结构，增强马铃薯细胞结构的稳定性[9]。这可能是较高的果胶含量在酸处理时会形成更为强度大的胶凝化连接，阻碍孔隙生成以及表面附着油分的渗入行为，可有效抵挡油脂的吸入，所以酸处理后这两部分的油脂分布差异较大。

图4 不同预处理的马铃薯炸片的水油分布Fig.4 Moisture and oil distribution in potato chips under different pretreatments

2.4 醋酸处理对马铃薯炸片微观结构及孔径分布的影响

如图5所示，没有经过醋酸处理的炸片表面有细胞坍塌，且马铃薯炸片表面形态破坏严重。这是由于在高温下水分剧烈挥发逸出，同时形成不可逆的气孔和狭缝通道，导致细胞结构破坏严重[23]，产生显著的收缩凹陷和卷曲。这些狭缝以及孔道也是油进入食品的重要通道[24]。而醋酸处理后的炸片表面较为完整，且组织并未出现大面积塌陷，仅有少量的空洞。这可能是依赖于果胶胶凝化后对细胞结构的维持，阻碍了炸制后PSO的吸入。

图5 不同预处理的马铃薯炸片微观结构变化Fig.5 Surface morphology changes of potato chips under different pretreatments

图6为不同处理的炸片孔隙大小（0.02～250 μm）和孔径分布变化情况。未经处理马铃薯炸片的孔隙直径主要分布在10～300 μm之间，1～10 μm的孔隙占比非常小，其中最大的孔直径为79.3 μm。马铃薯鲜切片的孔直径一般分布在2～20 μm，油炸后由于水汽逃逸形成孔道，炸制过程后期还伴随着孔的破裂和合并，主要形成较大的孔隙，原本的小孔由于淀粉溶胀糊化作用而减少[25]。醋酸处理2 h后，马铃薯炸片孔隙直径也主要分布在10～300 μm之间。与对照相比，醋酸处理后的炸片在10 μm附近的孔径峰增强。酸处理8 h，这一现象更加明显，出现了2 个明显的小峰（范围大概为7.72～11.43 μm和11.69～19.88 μm处），证实马铃薯炸片在10～300 μm范围内的大孔比例减少，而1～20 μm范围内的小孔比例增加。同时发现醋酸处理后炸片的孔隙率从42.72%（总孔体积为0.5787 mL/g）降低到39.59%（总孔体积为0.5534 mL/g）这可能是因为胶凝化果胶增强了细胞间连接，束缚了细胞坍塌合并形成大的孔径[26]。大孔隙的减少，使得油脂进入马铃薯炸片的通道减少，从而导致含油率降低。

图6 不同预处理马铃薯炸片的孔径分布变化Fig.6 Changes of pore size distribution of potato chips under different pretreatments

2.5 醋酸处理对马铃薯炸片品质的影响

油炸过程中高温所导致的物理及化学变化，及其所伴随的热量和质量传递等因素共同影响着马铃薯炸片的质构特性[26]。而炸片最终质构的形成，经历了初始受热组织软化和水分蒸发结皮硬化2 个阶段[26]。如图7所示，未处理炸片和烫漂处理炸片的硬度比醋酸处理后的炸片低，且随着醋酸处理时间的延长，炸片的硬度逐渐提升。一方面，这可能与炸片中油脂含量相关，过多的油脂（＞40%）会导致炸片脆性降低[27]。另一方面，酸诱导的果胶胶凝化，有助于细胞间连接强度的增强和细胞结构的稳定，继而提升炸片的硬度。醋酸处理后的炸片由于水分和油脂含量的降低，导致整个炸片柔性填充减少，这也可能导致炸片硬度提升的原因之一。

图7 不同预处理对马铃薯炸片硬度的影响Fig.7 Influence of acetic acid pretreatments on the hardness of potato chips

马铃薯炸片色泽的变化主要是由褐变引起[12]，其中包括：由多酚氧化酶催化马铃薯内源性的酚类及酚类衍生物发生酶促褐变，形成黑色物质；由马铃薯中的还原糖与氨基酸发生非酶促褐变，产生黑色素。如表2所示，与未处理的马铃薯炸片相比，烫漂后的马铃薯炸片L*值显著增大（P＜0.05），a*值减小，b*值无显著差异。这是因为在高温条件下多酚氧化酶的活性会受到抑制，延缓酶促褐变[1]。

随着醋酸处理时间的延长，L*值升高，a*值和b*值显著降低（P＜0.05）。炸片色泽特性得到显著改善。这可能是由于pH值较低不利于酶的催化反应，从而抑制了酶促褐变。Severini等[28]用乳酸协同烫漂处理鲜切马铃薯也得到相似的结果。而b*值的过低使得炸片失去金黄色泽，说明醋酸处理时间过长会对马铃炸片最终色泽产生不良影响。

适口性一般是指被测对象的黏性、弹性、软硬度等[29]，风味通常是指在食用食物时品尝到的味道、气味和食物在口腔中给人的触觉感知的一种综合评价[30]。由表3可知，在同样的油炸工艺条件下，未经处理的马铃薯炸片含油率高，薯香味淡，甚至有些许焦糊味，质构软塌。酸处理后的马铃薯炸片各项指标得分均在6 分以上，整体接受度较好。其中，油炸前酸浸泡2 h的样品各项得分及整体接受度最高，随着酸处理时间的延长，马铃薯炸片含油差异减小，基本没有油腻口感；油炸前酸处理4 h及8 h，炸片的香气会变淡，酥脆性也会稍差，但是其感官得分仍高于对照组。综上可知，对比烫漂，酸处理更能有效提升炸片的感官品质。

表3 不同预处理马铃薯炸片感官评分结果Table 3 Sensory evaluation of potato chips with different acetic acid pretreatments

3 结论

针对醋酸预处理对马铃薯炸片品质的影响进行了全面分析。发现随着醋酸预处理时间的延长，马铃薯炸片不仅含油率逐渐下降，其硬度和色泽也逐渐得到改善。由于含水率及含油率的下降，醋酸处理后的炸片质量更轻。结合炸前对马铃薯片水分分布分析，推断细胞内水分从向外渗出，并参与了细胞间果胶原位胶凝化。在油炸过程中，相对于细胞内的水分，细胞间参与果胶胶凝化的水分，更易外逃，导致醋酸处理后的炸片水分更少。虽然醋酸预处理后，炸片的总孔体积和孔隙率有所下降，但其差异并不足以支撑含油率显著降低的效果。通过观察微观结构发现，醋酸预处理后炸片的细胞结构完整且开孔较少，继而阻碍了SO的进入及附着。醋酸处理作为一种低成本、操作性强的预处理手段，可显著改善马铃薯炸片的品质，有望成为一种低脂薯片开发的可靠技术。