幾種高油脂食品等溫吸濕規(guī)律的研究

楊 琴，范柳萍

（江南大學食品學院，江蘇無錫 214122）

幾種高油脂食品等溫吸濕規(guī)律的研究

楊 琴，范柳萍*

（江南大學食品學院，江蘇無錫 214122）

研究了真空油炸蓮子、真空油炸胡蘿卜脆片、常壓油炸胡蘿卜脆片、常壓油炸土豆脆片4種高脂食品的吸濕等溫曲線。根據(jù)常用的5種等溫吸附模型對4種物料的吸濕實驗數(shù)據(jù)進行了擬合，比較了其擬合程度（R2）。結(jié)果表明，25℃條件下，4種高脂物料最適合的等溫吸附模型都是Peleg模型，且擬合程度依次為真空油炸胡蘿卜脆片、常壓油炸胡蘿卜脆片、真空油炸蓮子、常壓油炸土豆脆片。

高脂食品，等溫吸濕，平衡含水率

Abstract：Four kinds of fatty food including vacuum fried lotus seed，vacuum fried carrot chips，carrot chips fried at atmospheric conditions and potato chips fried at atmospheric conditions were employed to investigate the isotherm adsorption.The data of 4 kinds of fatty food were tested，according to the commonly used 5 kinds of isothermal adsorption model.The result showed that the most suitable isothermal adsorption model was the Peleg model and the order of the suitability was vacuum fried carrot chips，carrot chips fried at atmospheric conditions，vacuum fried lotus seed，and potato chips fried at atmospheric conditions.

Key words：fatty foods；isothermal adsorption；equilibrium moisture content

吸濕等溫線是指在恒定的溫度下，吸濕平衡含水率與相應(yīng)水分活度之間關(guān)系的曲線。世界各國學者們對各類食品的平衡含水率和吸濕等溫線進行了大量研究，主要的研究方法是通過幾種常用的等溫吸附模型對物料在不同溫度、水分活度條件下的平衡含水率進行擬合，得出適宜描述物料吸濕特性的最佳模型，進一步確定一定溫度條件下物料在市場上進行貯藏和流通的安全含水率。邱澄宇等研究了調(diào)味烤魚片的等溫吸濕曲線，得出調(diào)味烤魚片5℃的等溫吸濕曲線呈“反S型”，且隨著溫度上升其等溫吸濕曲線接近于“指數(shù)型”[1]；陳利梅等研究了低溫真空干燥滸苔的等溫吸濕曲線，得出在0～50℃范圍內(nèi)，質(zhì)量干基含水量為24%是市場上安全貯藏和流通時的最高安全含水量[2]；A J Sandoval等研究了未發(fā)酵可可豆的等溫吸濕曲線，得出BET模型和Harkins-Jura模型是最適合描述未發(fā)酵可可豆吸濕特性的模型[3]。目前關(guān)于吸濕等溫線的研究主要集中在單一物料上，還沒有真空油炸和常壓油炸食品物料吸濕等溫線對照研究方面的數(shù)據(jù)。本文通過研究真空油炸蓮子、真空油炸胡蘿卜脆片、常壓油炸胡蘿卜脆片、常壓油炸土豆脆片4種高脂物料在不同溫度和水分活度條件下的平衡含水率，分析了物料的吸濕特性與溫度、水分活度、物料結(jié)構(gòu)、物料成分的關(guān)系，并用常用的等溫吸附模型對物料的吸濕實驗數(shù)據(jù)進行了擬合研究，為高脂食品的加工、貯藏、包裝，以及新產(chǎn)品的開發(fā)提供有效的理論參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮蓮子、土豆和胡蘿卜 購買自歐尚超市；24℃棕櫚油；氫氧化鈉、六水合氯化鎂、碳酸鉀、溴化鈉、氯化鈉、硝酸鉀 國藥集團化學試劑有限公司，分析純。

Mettler Tolledo電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；PH030電熱恒溫干燥箱 上海實驗儀器廠；SPX型智能生化培養(yǎng)箱 南京實驗儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 真空油炸蓮子：取新鮮蓮子50g，棕櫚油1.5kg，油中加入0.3g TBHQ，在溫度（90±3）℃、真空度0.090MPa的條件下油炸25min，制得樣品。

常壓油炸土豆片：取新鮮的土豆切片（2mm）50g，油料比2∶1，油中加入0.02g TBHQ，在（180±3）℃條件下油炸15min，制得樣品。

真空油炸胡蘿卜脆片：取新鮮的胡蘿卜切片（2mm）50g，棕櫚油1.5kg，油中加入0.3g TBHQ，在溫度（90±3）℃、真空度0.090MPa的條件下油炸20min，制得樣品。

常壓油炸胡蘿卜脆片：取新鮮的胡蘿卜切片（2mm）50g，油料比10∶1，油中加入0.1g TBHQ，在（120±3）℃條件下油炸10min，制得樣品。

1.2.2 物料吸濕平衡含水率的測定 4種高脂物料的吸濕平衡含水率，用靜態(tài)測試法確定。將樣品粉碎后，備用。實驗在干燥器中進行，預(yù)先恒重的稱量瓶中放入約2g的備用物料，稱重后分別開蓋放入預(yù)先置有300mL不同飽和鹽溶液的干燥器中，使其含水率達到平衡。干燥器內(nèi)的隔板上放少量浸有福爾馬林的棉球抑制霉菌生長。干燥器中的不同飽和鹽溶液用以維持不同的平衡相對濕度，見表1[4-5]。

表1 飽和溶液在不同溫度下所對應(yīng)的平衡相對濕度（%）Table 1 The equilibrium relative humidity of saturated solution in different temperature（%）

密封后將干燥器放入相應(yīng)溫度的恒溫培養(yǎng)箱中進行平衡實驗，每隔2h稱一次重量，直到2h內(nèi)樣品的重量變化小于2mg，即認為含水率達到平衡。將物料取出，測其含水率，即平衡含水率。物料的干基平衡含水率為：

式中，Gt—物料在t時刻的重量；Gg—物料的干物質(zhì)重量。

實驗過程中，物料的水分活度（aw）與平衡時空氣相對濕度（ERH）的關(guān)系可以表示為aw=ERH/100。

1.2.3 物料吸濕等溫曲線的繪制 為考察溫度和水分活度對物料的吸濕特性的影響，實驗分別測定了4種高脂物料在10、25、40℃條件下不同水分活度對應(yīng)的平衡含水率[6]。在恒定的溫度條件下，以物料的水分活度為橫坐標，平衡含水率為縱坐標作圖，即得物料的吸濕等溫線。

1.2.4 用水分等溫吸附模型擬合四種物料 應(yīng)用農(nóng)產(chǎn)品研究中常見的以下5種水分等溫吸附模型對4種高脂物料的實驗數(shù)據(jù)進行擬合研究，各模型方程見表2。

表2 各種等溫吸附模型方程Table 2 Various sorption isotherm models

利用Origin統(tǒng)計分析軟件，用5種不同的等溫吸附模型對真空油炸蓮子、常壓油炸土豆脆片、真空油炸胡蘿卜脆片、常壓油炸胡蘿卜脆片進行擬合研究。

其擬合程度用Reduced Chi-sqr（殘差均方）和R2（方程的決定系數(shù)）來評價。

1.3 物料含水率的測定

直接干燥法[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 幾種高油脂食品的基本成分

2.2 溫度、水分活度、物料種類和加工過程對物料平衡含水率的影響

物料的吸濕等溫線可以確定抑制微生物生長的水分活度、預(yù)測物料的物理及化學穩(wěn)定性與含水率的關(guān)系、掌握物料在濃縮和干燥過程中除去水分的難易程度對物料的加工和貯藏具有重要的指導(dǎo)意義。不同溫度條件下，4種高油脂物料的吸濕等溫線如圖1所示。由圖1可知，隨水分活度增長，4種物料平衡含水率的整體變化趨勢相同。物料平衡含水率隨溫度的升高而減小，隨水分活度的增加而增大；與溫度相比，水分活度的改變對平衡含水率的影響更為顯著；當水分活度aw＜0.8時，平衡含水率隨水分活度的增加，增長幅度不大；且與蓮子和土豆樣品相比，胡蘿卜樣品的等溫吸濕曲線斜率較小，說明在這個水分活度范圍內(nèi)，胡蘿卜樣品的水分吸附速率較?。划斔只疃萢w＞0.8時，曲線斜率顯著增大，說明在這個水分活度范圍內(nèi)，水分活度對物料平衡含水率的影響更加顯著[10-11]。

圖1 油炸樣品的吸濕等溫線Fig.1 Isotherm adsorption of samples

從圖1可以看出，不同溫度下，真空油炸蓮子和常壓油炸土豆片的吸濕等溫線形狀基本一致，這是因為吸濕等溫線的形狀主要與材料的種類有關(guān)，蓮子和土豆都屬于淀粉含量比較高的食品原料，所以其吸濕等溫線形狀相似。胡蘿卜經(jīng)過不同的加工方法處理，所得到的吸濕等溫線形狀基本一致；在相同的水分活度和相同的溫度條件下，常壓油炸胡蘿卜的平衡含水率大于真空油炸胡蘿卜的平衡含水率。以溫度10℃為例，當水分活度aw為0.13時，常壓油炸胡蘿卜脆片的平衡含水率為3.58%，真空油炸胡蘿卜脆片的平衡含水率為2.93%；當水分活度aw為0.34時，常壓油炸胡蘿卜脆片的平衡含水率為4.16%，真空油炸胡蘿卜脆片的平衡含水率為3.62%；當水分活度aw為0.62時，常壓油炸胡蘿卜脆片的平衡含水率為9.22%，真空油炸胡蘿卜脆片的平衡含水率為7.81%。

2.3 物料等溫吸附模型的模擬與比較

用1.2.4提到的5種等溫吸附模型對4種物料的實驗數(shù)據(jù)進行擬合研究[12]，其統(tǒng)計分析結(jié)果如表4所示。

表4 4種高脂物料的等溫吸濕平衡含水率模型比較Table 4 Adjustment of the experimental data obtained for the sorption isotherm to various sorption models

可以看出，Peleg模型用來擬合4種不同的高油脂物料的等溫吸濕過程效果最好，對于真空油炸蓮子其殘差均方為0.0727，方程決定系數(shù)為0.9986；對于常壓油炸土豆片其殘差均方為0.1413，方程決定系數(shù)為0.9970；對于常壓油炸胡蘿卜脆片其殘差均方為0.0957，方程決定系數(shù)為0.9991；對于真空油炸胡蘿卜脆片其殘差均方為0.0132，方程決定系數(shù)為0.9998。Oswin模型和Simth模型也具有較好的適應(yīng)性；GAB模型和BET模型的方程決定系數(shù)均大于0.87，殘差均方均小4.20，因此，GAB模型和BET模型也可以用來模擬4種高油脂物料的等溫吸濕過程。根據(jù)GAB模型的模擬結(jié)果，四種油炸樣品的單分子層水分含量依次為：真空油炸蓮子3.3202；常壓油炸土豆片2.4779；常壓油炸胡蘿卜脆片2.1493；真空油炸胡蘿卜脆片2.0142。

物料的等溫吸濕過程，可以用物理化學中的多分子層吸附理論來解釋，當物料所處的環(huán)境蒸汽壓高于物料水分的蒸汽壓，環(huán)境中的水蒸氣會不斷地向物料表面擴散，物料則從它的表面附近空氣中吸收水汽，在物料的表面形成單分子層吸附。水分在物料表面形成單分子層吸附后，由于水分子之間的相互吸引作用，還會形成多分子層吸附[13-15]。實驗中四種油炸物料的水分和脂肪含量不同，它們與水分的吸附作用力也不同，導(dǎo)致單分子層水分含量不同，真空油炸蓮子的脂肪含量較低，所以樣品與水分的吸附作用力較大，單分子層水分含量較大。高油脂食品結(jié)構(gòu)酥松多孔，水分吸附的表面積大，但脂肪含量較高，水分與食品之間的吸附作用減弱，所以高油脂食品的平衡含水率值一般較低。這與本研究的實驗結(jié)果一致。

3 結(jié)論

3.1 在4種高油脂食品的吸濕過程中，隨著溫度的上升，其平衡含水率下降；隨著水分活度的增加，其平衡含水率增加。

3.2 在同樣的吸濕條件下，常壓油炸胡蘿卜脆片的平衡含水率最高；物料在10、25、40℃下的吸濕等溫線相差不大。

3.3 比較了4種物料最適宜的模型，結(jié)果顯示，25℃條件下，4種物料最適宜的模型均為Peleg模型，且適應(yīng)程度依次為：真空油炸胡蘿卜脆片＞常壓油炸胡蘿卜脆片＞真空油炸蓮子＞常壓油炸土豆脆片。

[1]邱澄宇，葛玉.調(diào)味烤魚片等溫吸濕曲線的研究[J].食品科學，2006，27（12）：227-229.

[2]陳利梅，李德茂，葉乃好.低溫真空干燥滸苔等溫吸濕曲線研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38（2）：902-903.

[3]A J Sandoval，J A Barreiro.Water sorption isotherms of nonfermented cocoa beans（Theobroma cacao）[J].Journal of Food Engineering，2002，51：119-123.

[4]楊林青，牛智有.紅棗平衡含水率模型的擬合研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報，1993，9（1）：92-98.

[5]范柳萍，張慜.真空油炸胡蘿卜脆片等溫吸濕規(guī)律的研究[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2006，4（1）：24-27.

[6]張慜，王成芝，劉福義.脫水蔬菜等溫吸濕規(guī)律研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，1994，25（1）：61-65.

[7]吳稚琦.微波真空干燥固體蜂蜜的等溫吸濕規(guī)律的研究[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2007，5（3）：134-138.

[8]A H Al-Muhtaseb， W A M McMinn， T R A Magee.Water sorption isotherms of starch powders[J].Journal of Food Engineering，2004，61：297-307.

[9]GB/T 5009.3-2003，食品中水分的測定[S].北京：中國標準出版社，2003：303-312

[10]夏文水.食品工藝學[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2003：24-26.

[11]嚴維凌，任莉萍，沈菊泉，等.山梨糖醇添加量對牛肉干等溫吸濕線的影響研究[J].食品科學，2007，28（8）：82-86.

[12]林金清，肖春妹，譚平華，等.應(yīng)用origin軟件估算非線性方程的模型參數(shù)[J].計算機與應(yīng)用化學，2006，23（3）：271-274.

[13]顧中鑄，吳薇.烤煙煙葉的等溫吸濕和解濕特性[J].南京師范大學學報：工程技術(shù)版，2004，4（4）：32-34.

[14]U S Shivhare，S Arora，J Ahmed，et al.Moisture adsorption isotherms for mushroom[J].Lebensm-Wiss u-Technol，2004， 47：133-137.

[15]Sunday S Arogba.Effect of temperature on the moisture sorption isotherm of a biscuit containing processed mango（Mangifera indica） kernel flour[J].Journal of Food Engineering，2001，48：121-125.

Study on isotherm adsorption of several kinds of high-fat food

YANG Qin，F(xiàn)AN Liu-ping*
（School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

TS221

A

1002-0306（2012）16-0138-04

2012-01-11 *通訊聯(lián)系人

楊琴（1987-），女，在讀碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。

國家自然科學基金（31101361）資助項目。