真空油炸過程中干燥特性和產(chǎn)品品質(zhì)變化的研究

范柳萍，張 慜

(江南大學食品學院，江蘇無錫214122)

真空油炸過程中干燥特性和產(chǎn)品品質(zhì)變化的研究

范柳萍，張 慜

(江南大學食品學院，江蘇無錫214122)

研究了胡蘿卜脆片真空油炸過程中干燥特性和產(chǎn)品品質(zhì)的變化，結果表明:真空油炸過程屬于傳統(tǒng)的降速干燥過程，其水分和脂肪的變化符合一級反應動力學規(guī)律，利用非線性回歸法求解得到了胡蘿卜脆片水分和脂肪含量、干燥速率隨油炸時間變化的方程;隨著油炸時間的延長，胡蘿卜脆片直徑不斷減小，厚度不斷增加，油炸20min后，其直徑和厚度皺縮度分別達到6%和4.5%;真空油炸胡蘿卜脆片氣孔數(shù)量不斷增加，細胞結構變形程度增強。真空油炸過程中胡蘿卜脆片脂肪主要分布于脆片的表面，冷卻過程中脂肪逐漸向中心滲透，中心脂肪含量可達到60%。

真空油炸，基本特性，胡蘿卜脆片

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

雁脖胡蘿卜(Daucus carota L.var.sativa D.C.)購于無錫青山市場;金龍魚大豆色拉油。

真空油炸設備 無錫南豐輕化設備有限公司;干燥箱 上海進醫(yī)療器械廠;SZC－B型脂肪測定儀上海纖檢儀器有限公司;CPD－030型臨界點干燥儀、SCD－005型離子濺射儀 BAL－TEC公司; QUANTA－200型掃描電子顯微鏡 FEI公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 真空油炸過程中胡蘿卜片厚度和直徑的變化

研究真空油炸過程中胡蘿卜片直徑及厚度隨時間的變化，其中油炸溫度為100℃，真空度0.090MPa，油炸0、1、2、3、4、5、8、10、15、20、25、30min，分別取樣研究其厚度與直徑的變化。采用胡蘿卜片直徑的皺縮度或厚度的膨化度分別用Si來表示其變化趨勢。

其中，d0為胡蘿卜片初始厚度或直徑(mm)，dt為油炸時間為t時刻胡蘿卜片的厚度或直徑(mm)。

1.2.2 真空油炸過程中胡蘿卜片水分含量、干燥速率和中心溫度的變化 實驗方法同1.2.1。真空油炸過程中胡蘿卜片水分含量按照GB5009.3－85進行測定。干燥速率根據(jù)每分鐘物料的降水率 ΔW/Δt (min－1)來表示，其中，W為物料水分含量，t為油炸時間。中心溫度的測定采用把熱電偶探頭小心插入胡蘿卜片中心，封閉油炸鍋，當溫度與真空度均達到要求時，把胡蘿卜片放入油中，開始記錄不同時間的溫度變化。

1.2.3 真空油炸過程中胡蘿卜片表面與中心脂肪含量的變化 胡蘿卜片表面與中心的脂肪含量測定按照Moreira提供的方法［13］。

1.2.4 動學力模型的建立及系數(shù)的求解 按照Olivier Vitrac等學者的理論以及對實驗數(shù)據(jù)的分析［14－15］，水分含量(W)、干燥速率(dW/dt)以及脂肪含量(F)隨時間的變化規(guī)律符合一級動學力方程，即:

a3＜0對于F

上述模型同樣適合于分析干燥速率隨水分含量的變化規(guī)律:

式中，W為物料水分含量，F(xiàn)為其脂肪含量，ai、bi均為方程系數(shù)，t為油炸時間。采用SAS計算機程序中非線性回歸(馬柯特迭代)法進行參數(shù)(ai，bi，ci)i=1…4的求解。并根據(jù)決定系數(shù)(R2)值來判斷方程的回歸效果。

2 結果與分析

2.1 真空油炸時間對胡蘿卜脆片直徑和厚度的影響

真空油炸過程中，胡蘿卜片直徑的皺縮度和厚度的膨化度(Si)的變化如圖1所示。從圖1中可以看出，隨著油炸時間的延長，胡蘿卜片的直徑不斷減小，直徑皺縮度不斷增加，油炸前5min內(nèi)，水分大量蒸發(fā)，其直徑減小較快，油炸20min后，其直徑皺縮度達到6%，之后逐漸趨于穩(wěn)定。油炸10min后，由于真空的膨化作用，以及表面脆殼的不斷形成，胡蘿卜的厚度開始緩慢增加，油炸20min后，其厚度膨化度達到4.5%，之后趨于穩(wěn)定。

2.2 真空油炸時間對胡蘿卜脆片水分含量、干燥速率的影響

真空油炸過程中，胡蘿卜片的水分含量急劇變化，油炸30min內(nèi)胡蘿卜的水分含量變化如圖2所示。從圖2可以看出，當油炸15min時，胡蘿卜片的水分含量已經(jīng)下降為初始水分的5%。真空油炸過程水分含量的變化曲線沒有明顯的直線段，即沒有清晰的恒速干燥段，胡蘿卜片的水分變化規(guī)律符合干燥一級動力學方程(R2=0.9983)。由SAS的非線性回歸程序求解其回歸方程如下:

圖1 胡蘿卜片直徑的皺縮度和厚度的膨化度隨油炸時間的變化Fig.1 Degree of shrinkage/puffing(diameter and thickness) of carrot chips as function of frying time

圖2 真空油炸過程中胡蘿卜片中水分含量隨油炸時間的變化Fig.2 Moisture content of carrot chips as function of frying time during vacuum frying

真空油炸過程中胡蘿卜片的干燥速率呈不斷下降趨勢(圖3)，在油炸15min內(nèi)，干燥速率由最初的0.50kg·kg－1·min－1迅速降低到 0.005kg·kg－1· min－1。隨著油炸過程的繼續(xù)，其干燥速率幾乎恒定，水分含量也達到平衡，速率回歸方程如下:

胡蘿卜片的中心溫度隨油炸時間的變化趨勢如圖3所示，其過程可以分為以下兩個階段。第一階段包括最初的快速升溫以及隨后的近似恒溫階段(水分蒸發(fā)溫度)。時間大約持續(xù)10min，其水分含量降到0.1kg·kg－1左右。在第二階段，胡蘿卜片中心溫度迅速從蒸發(fā)溫度提高到油溫，該階段具有較低的干燥速率。

2.3 真空油炸時間對胡蘿卜脆片脂肪含量的影響

在油炸過程中，脂肪的吸收是一個復雜的過程，其含量和分布與預處理技術以及油炸工藝參數(shù)有關［16］。Ufheil等人研究土豆油炸過程中脂肪的吸收規(guī)律表明，脂肪首先吸附在其表面，最終的脂肪含量決定于冷卻過程中粘附和瀝除的平衡作用［17］。隨著真空油炸時間的延長，胡蘿卜脆片的脂肪含量逐漸上升，當油炸時間超過15min后，其上升趨勢逐漸變緩(見圖4)。經(jīng)SAS非線性回歸程序擬合求解，胡蘿卜片脂肪變化規(guī)律符合一級反應動力學方程(R2=0.9979)，其回歸方程如下:

圖3 胡蘿卜片干燥速率以及中心溫度隨油炸時間的變化Fig.3 Drying rate and center temperature of carrot chips as function of frying time

胡蘿卜片在真空油炸及冷卻過程中脂肪含量的變化見圖5。從圖5中可以看出，胡蘿卜片的脂肪含量隨著油炸時間的延長而逐漸提高。油炸5min內(nèi)，胡蘿卜片表面具有較高的脂肪含量(約占全部脂肪含量的75%左右)，隨著油炸時間的延長，其內(nèi)部水分含量逐漸減少，而中心脂肪含量逐漸提高。當油炸30min時，其內(nèi)部脂肪含量占到全部脂肪含量的38%左右。在隨后的冷卻階段中，表面脂肪含量逐漸減少，內(nèi)部脂肪含量逐漸增加，在冷卻30min時，其內(nèi)部脂肪含量達到60%左右。在胡蘿卜片的脂肪吸收過程中，其脂肪含量與水分含量具有極顯著的負相關性。真空油炸過程中，當樣品置于炸用油中時，由于對流傳熱作用，其表面溫度迅速升高，水分開始蒸發(fā)，隨著油炸過程的繼續(xù)，樣品表面逐漸變干，一方面增加了其疏水性，另一方面水分的蒸發(fā)留下許多大的氣孔(圖6)，從而使脂肪可以進入其空隙中去。當樣品中含有較高的水分時，其較高的蒸氣壓能夠阻止脂肪的吸收，因此，油炸開始階段，內(nèi)部脂肪含量較低。油炸結束后以及隨后的冷卻階段中，樣品氣孔中的蒸氣開始冷凝，樣品內(nèi)外蒸氣壓差使更多表面粘附的脂肪進入其內(nèi)部，使其內(nèi)部含有較高的脂肪。

圖4 真空油炸過程中胡蘿卜片中總脂肪含量隨油炸時間的變化Fig.4 Fat content of carrot chips as function of frying time during vacuum frying

2.4 真空油炸時間對胡蘿卜脆片微觀結構的影響

圖6顯示了胡蘿卜脆片在真空油炸過程中不同油炸時間的掃描電鏡圖。從圖6中可以看出，油炸5min時，水分蒸發(fā)速率較快，小氣孔開始形成，但數(shù)目較少且呈隨機分布。油炸10min時，出現(xiàn)大量的圓形小氣孔以及少數(shù)橢圓形的大氣孔，此時，胡蘿卜片的邊緣地區(qū)開始形成脆殼。油炸20min時，水分蒸發(fā)速率較低，此時，隨著細胞壁的塌陷，橢圓形的氣孔也開始變大，同時，由于脆殼的不斷增加，出現(xiàn)了大量的小氣孔，且分布比較均勻，組織狀態(tài)最好。油炸30min時，氣孔變大，數(shù)目增加，分布極不規(guī)則。油炸過程中正是由于水分蒸發(fā)而出現(xiàn)的大量氣孔導致了樣品中脂肪的進一步吸收。電鏡圖中也可以看到其明暗對比越來越明顯，凸凹不平程度增大，表明其細胞結構隨油炸時間的延長變形程度增強。

圖5 胡蘿卜片在真空油炸及冷卻過程中脂肪的分布Fig.5 Fat distribution of carrot chips during vacuum frying and cooling

圖6 真空油炸不同時間胡蘿卜脆片的掃描電鏡圖(160×)Fig.6 SEM vacuum frying carrot chips at different frying time

3 結論

真空油炸過程中，隨著油炸時間的延長，胡蘿卜片直徑的皺縮度不斷增加，油炸前5min內(nèi)，直徑減少較快，油炸20min后，其變化趨于穩(wěn)定。油炸10min后，其厚度開始緩慢增加，膨化度達到4.5%，油炸20min后趨于穩(wěn)定。

真空油炸過程屬于傳統(tǒng)的降速干燥過程，符合一級動力學降解規(guī)律。胡蘿卜脆片水分、脂肪含量、干燥速率與油炸時間的方程分別為:

真空油炸過程中胡蘿卜片脂肪主要分布于脆片的表面，冷卻過程中脂肪逐漸向中心滲透，中心脂肪含量可達到60%。

隨著油炸時間的延長，真空油炸胡蘿卜脆片氣孔數(shù)量不斷增加且氣孔的周長、面積均逐漸增大，細胞結構變形程度增強。

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Study on the drying characteristics and products quality changes during vacuum frying

FAN Liu－ping，ZHANG Min
(School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

The drying characteristics and products qulities of carrot chips during vacuum frying were studied.The results showed that vacuum frying pocess belonged to traditional falling rate drying and corresponds with the first order reaction kinetics.The equations of moisture content，fat content，drying ratio of vacuum fried carrot chips as function of frying time were established.The value of diameter decreased and the thickness increased with the increasing in the frying time.The shrinkage of diameter and thickness reached 6%and 4.5%respectively，after frying for 20min.With the increasing in frying time，the number and size of pore increased gradually and the degree of cell deformation reinforced.During vacuum frying，the fat mostly distributed the surface of carrot chips and during the cooling process，fat gradually filtered to center and the center fat content could reached to 60%.

vacuum frying;basic characteristic;carrot chips

TS201.2

A

1002－0306(2012)08－0194－04

真空油炸是一個同時伴隨有熱、質(zhì)傳遞現(xiàn)象的復雜干燥方法。油炸過程中，熱量首先通過對流方式從油炸介質(zhì)傳遞到物料表面，然后通過傳導方式從物料表面?zhèn)鬟f到中心。隨著油炸過程的延續(xù)，水分蒸發(fā)界面逐漸向中心遷移，表面脆殼開始形成，并逐漸向中心遷移，脂肪逐漸被物料吸收;隨著油炸時間的延長，油炸產(chǎn)品的直徑、厚度、中心溫度、水分和脂肪含量以及干燥速率等基本特性將會發(fā)生顯著變化。但目前，國外研究主要集中在常壓深層油炸領域［1－8］，國內(nèi)主要集中在真空油炸工藝優(yōu)化和改進方面［9－12］，缺乏對真空油炸過程中干燥特性和產(chǎn)品品質(zhì)變化的系統(tǒng)研究。本論文主要以胡蘿卜片為對象，深入研究真空油炸過程中，胡蘿卜脆片直徑、厚度、中心溫度、水分和脂肪含量、干燥速率以及微觀結構等基本特性的變化。

2011－08－02

范柳萍(1972－)，女，博士，研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程。