涂层预处理对真空油炸甘薯条含油量、微观结构及理化特性的影响

甘薯作为一种重要的粮食、饲料和能源作物,在全球100多个国家和地区广泛种植。中国每年生产的甘薯占世界总产量的一半以上[1]。甘薯的块根除含有大量碳水化合物外,还富含多种营养物质如蛋白质、纤维素、维生素、花青素和类胡萝卜素等[2]。甘薯由于其较好的保健功能在食品工业中广受关注[3]。油炸甘薯条是甘薯加工的重要产品,因其风味独特和质地酥脆备受消费者喜欢,具有较大的市场前景。但传统油炸甘薯条由于含油量高及高温下易产生有害物质,不利于薯条的保存和消费者健康。真空油炸是一种在低压和低温(80～120 ℃)条件下进行的食品加工技术。与传统油炸相比,其核心优势在于通过负压环境显著降低水的沸点,使水分在低温下快速蒸发,从而减少高温对油炸食品热敏性营养成分(如维生素、多酚类物质)的破坏。此外,真空油炸食品的含油量和有害物质比传统油炸更低。因此,开发较低含油量的真空油炸甘薯条更符合现代人对营养健康的高标准需求[4]。

目前,多种预处理技术如预干燥、涂层、超声处理和脉冲电场等,已被证实可以有效降低食物中的含油量并改善真空油炸食品的品质[5]。传统油炸食品随着油炸的过程进行,食品表面孔隙增大,这会促使更多油进入食物内部,而使用可食用涂层处理可以减少食物内部水分转移,保持表面完整,使外壳更坚固,孔隙更少[6]。已有研究表明,羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素等纤维素衍生物和结冷胶、罗勒籽、黄原胶、瓜尔胶等多糖可以显著减少油炸食品中的吸油量[7]。阿拉伯胶和黄原胶等水胶体可以提高常压油炸多层小麦粉面团的弹性,降低了水分扩散率和吸油量[8]。肌原纤维蛋白涂层通过热诱导形成致密的三维网络可有效防止炸鸡水分流失并抑制油脂吸收[9]。海藻酸钠和低甲氧基果胶均可以降低油炸甘薯淀粉的吸油量[10]。瓜尔胶涂层可以通过减少孔隙的形成来增强炸薯片对油的阻隔性能[11]。然而,关于不同涂层剂对真空油炸甘薯条油炸特性影响的研究未见报道。因此,本文研究了4种涂层剂(阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠和普鲁兰多糖)对真空油炸甘薯条含油量、含水量、硬度、色泽及微观结构等品质的影响,为多糖胶体在真空油炸甘薯条方面的应用提供了借鉴和理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甘薯,洛阳大张超市提供;棕榈油,中粮集团;石油醚、没食子酸,天津风船化学试剂科技有限公司;维生素C,上海源叶生物科技有限公司;无水乙醇,天津市德恩化学试剂有限公司;福林酚、DPPH粉末,上海蓝季科技发展有限公司;食品级阿拉伯胶,易瑞安食品配料有限公司;食品级瓜尔豆胶,北京瓜尔润科技股份有限公司;食品级海藻酸钠,青岛明月海藻集团有限公司;食品级普鲁兰多糖,山东康纳馨生物科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

GB-200真空油炸锅,诸城市国邦机械有限公司;电热恒温鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;color 15色差仪,美国爱色丽公司;NMI20-015V-I低场核磁共振成像分析仪,上海纽迈电子科技有限公司;SMS TA.XT Epress Enhanced食品物性分析仪,美国超技仪器;SPARK多功能酶标仪,帝肯奥地利有限责任公司;TM3030plus台式扫描电镜,日本日立公司;X射线微型CT扫描仪,天津三英精密仪器股份有限公司;KQ-500DE数控超声波清洗仪,昆山市超声仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 真空油炸甘薯条生产流程

将清洗好的甘薯切成8 mm×8 mm×40 mm的长条,90 ℃热烫3 min,用蒸馏水将其冷却1 min,使用吸水纸擦干表面水分,按照甘薯条与涂层液的质量比为1∶8,分别放入不同的涂层液中浸泡10 min(对照组为在蒸馏水中浸泡10 min),浸泡结束后取出放于网状架子上自然滤干,直至胶体不再下滴。根据预实验的结果,将涂层好的甘薯条放于真空油炸锅中(真空度-95 kPa,100 ℃)油炸25 min,在真空油炸结束后,置于480 r/min离心脱油10 min,加压取出冷却,置于自封袋封装保存。

1.3.2 涂层液的制备

配制1.5%(质量分数)的阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠、普鲁兰多糖胶体,将蒸馏水加入称量好的胶体粉末中,在75 ℃水浴锅中搅拌30 min至粉末完全溶解,冷却至室温,保存备用[12]。

采用GARGARI等[13]的方法,以石油醚为溶剂,采用用索氏提取法萃取油炸甘薯条的油脂,测量结果用g /100 g干样表示。

1.3.4 水分含量的测定

参考GARGARI等[13]的方法,将不同涂层处理的真空油炸甘薯条在105 ℃的电热恒温鼓风干燥箱中烘干至恒重,测量结果以g/100 g干样来表示。

1.3.5 色泽的测定

采用色差仪测定真空油炸甘薯条的色度参数,并根据SALEHI等[14]的方法计算真空油炸甘薯条的色差。

1.3.6 低场核磁测定

利用低场核磁共振分析仪测定样品的横向弛豫时间T2。测试条件参考LI等[15]的方法并稍作修改:序列类型为CPMG,主频为21 MHz。在直径15 mm的核磁管中放入一根真空油炸红薯条,进行测定。测定参数如下:谱宽200 kHz,射频延时0.08 ms,回波时间0.3 ms,等待时间2 000 ms,回波次数10 000,波峰偏移0.004 ms,累加次数16,反演迭代次数200 000。

1.3.7 质构的测定

采用LI等[15]的方法,采用物性分析仪测定不同涂层处理的真空油炸甘薯条的硬度,使用P/2探头,测定前和测定速度均为2 mm/s,测定后速度为10 mm/s,触发力为20 g。根据仪器自带软件对得到的力-位移曲线进行分析,获得硬度结果(第1次循环压缩的峰值力)。

1.3.8 多酚含量测定

真空油炸甘薯条多酚含量的测定参考SAHELI等[16]的方法,并稍作修改。采用福林酚法进行测定,称取75 mg样品放于10 mL离心管中,加入4 mL 75%(体积分数)的乙醇溶液,室温下超声波处理30 min,并在5 000 r/min下离心5 min,重复3次,合并提取液,吸取100 μL的提取液于试管中,并向其中加入1 400 μL蒸馏水、125 μL福林酚溶液、375 μL 20%(质量分数)的Na2CO3溶液,在波长765 nm下测定吸光值。配制没食子酸标准溶液,质量浓度为25、50、75、100、150 μg/mL,按照测定样品的方法测定吸光度,以没食子酸质量浓度(μg/mL)为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线y=0.071 36+0.003 39x,R2=0.999,结果用μg没食子酸/g样品表示。

1.3.9 DPPH自由基清除能力

真空油炸甘薯条DPPH自由基清除能力的测定参考根据SAHELI等[16]的方法,并稍作修改。称取6.5 mg的DPPH粉末,用无水乙醇定容至100 mL,测定其在517 nm波长下的吸光度,使其在1.0左右,取100 μL提取液和900 μL DPPH溶液混合均匀,避光反应20 min,测定反应液的吸光度。配制质量浓度为25、40、50、70、80 μg/mL的维生素C标准溶液,按照测定样品的方法测定吸光度,以维生素C质量浓度(μg/mL)为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线y=0.995 34-0.004 19x,R2=0.957,结果用μg维生素C/g样品表示。

1.3.10 扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)

采用ZHANG等[17]的方法,取真空油炸甘薯条表面部分,在待测样品表面喷金增加导电性,然后将样品固定在样品台上,于5.0 kV加速电压和100倍放大倍数下观察表面微观结构。

采用段续等[18]的方法,采用X射线微型CT扫描仪和NanoVoxelscan软件(版本2.1.702.0),将真空油炸后的甘薯条置于样品台中进行扫描。测定电压为70 kV,电流为70 μA。该X射线能量足以穿透样品,穿透率可达60%以上,像素尺寸为29.48 μm。采用VoxelStudioRecon软件(版本2.5.1.25)将扫描得到的二维图像重建为三维图像,用Dragonfly(版本2022.2.0.0)进行可视化分析和图像处理,计算样品的孔隙率参数。

1.4 数据处理

所有实验至少重复3次。结果使用SPSS 25.0统计软件进行分析。采用邓肯检验对不同处理间的差异进行方差分析,所有数据均用OriginPro 2024(Origin Lab公司,美国)绘图。

2 结果与分析

2.1 涂层预处理对真空油炸甘薯条干基含油量的影响

不同涂层预处理的真空油炸甘薯条含油量见图1。如图1所示,采用阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠、普鲁兰多糖涂层处理的真空油炸甘薯条的含油量显著低于未涂层的油炸甘薯条(P<0.05)。与未涂层的油炸甘薯条相比,阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠和普鲁兰多糖涂层的油炸甘薯条含油量分别降低了31.39%、17.47%、37.68%、28.87%。阿拉伯胶、海藻酸钠和普鲁兰多糖涂层对真空油炸甘薯条含油量降低的效果显著优于瓜尔豆胶。4种多糖涂层均可以显著降低真空油炸甘薯条含油量。油炸过程中油脂的吸收主要是通过油炸过程中油滴运动到水蒸发形成的空隙中,导致食物外壳结构弱化,促进油脂迁移。初始水分含量和食品表面特性等因素会影响油炸过程中的吸油量。可食用多糖可以使油炸食品的外壳更加致密,减少了油炸过程中食品的空隙结构,从而降低食品的含油量[19]。LI等[20]也发现海藻酸钠涂层显著降低了常压油炸薯条的水分蒸发量和吸油量。

2.2 涂层预处理对真空油炸甘薯条含水量的影响

不同多糖涂层预处理的真空油炸甘薯条含水量见图2。如图2所示,与未涂层的真空油炸甘薯条相比,不同多糖涂层的真空油炸甘薯条的干基含水量显著高于未涂层的真空油炸甘薯条(P<0.05),但不同多糖涂层的真空油炸甘薯条的含水量之间无显著性差异。与未涂层的油炸甘薯条相比,阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠和普鲁兰多糖涂层的油炸甘薯条含水量分别升高了25.34%、23.99%、42.49%、25.87%。这是由于采用多糖进行涂层预处理后甘薯条形成的坚固表面降低了水分的表面渗透率,从而减缓油炸甘薯条内部的水分迁移,减少了油炸甘薯条的水分蒸发[19, 21]。此外,多糖涂层阻碍了油炸过程中的热传递,进一步减少了水分的扩散[15]。这与ZHU等[22]采用果胶与水解果胶涂层预处理使油炸薯片含水量增加的结果一致。

2.3 涂层预处理对真空油炸甘薯条色泽的影响

食品加工过程中的颜色变化对消费者的接受度有着重要的影响。表1为涂层预处理对真空油炸甘薯条色泽参数的影响。采用亮度值(L*)、红度值(a*)、黄度值(b*) 及色差(ΔE)研究真空油炸甘薯条的色泽变化。如表1所示,阿拉伯胶、海藻酸钠及普鲁兰多糖胶体处理的甘薯条真空油炸后的L*值与对照组均无显著性差异,表明亲水胶体处理对真空油炸甘薯条色泽无不利影响[23]。除瓜尔豆胶外,其他涂层的甘薯条真空油炸后a*值显著大于对照组。所有涂层预处理后的甘薯条真空油炸后的b*值均显著大于对照组(P<0.05)。所有涂层组的真空油炸甘薯条色差值均显著小于对照组(P<0.05)。以上结果表明,涂层预处理对真空油炸过程中甘薯条的色泽有保护作用,这是由于涂层预处理形成的保护层可以减少甘薯条与热油之间的相互作用,从而减少非酶促褐变反应和油炸引起的甘薯条颜色的变化[19]。瓜尔豆胶涂层的甘薯条真空油炸后的L*值显著大于对照组,与新鲜样品无显著性差异。SALEHI等[14]发现野生鼠尾草种子黏液涂层后的油炸马铃薯条的亮度值显著高于未涂层的油炸马铃薯条。SALEHI等[24]也发现罗勒籽胶涂层和超声处理均能提高油炸马铃薯片的亮度,降低常压油炸薯片的色差。

2.4 涂层预处理对真空油炸甘薯条水分状态的影响

图3为不同涂层处理的甘薯条真空油炸后的横向弛豫时间反演图谱,每个峰的相对峰面积代表不同状态水分的比例。T2为横向弛豫时间,代表着水的自由度,水的自由度越低,T2值越小,表示水与食品成分的结合越紧密[15]。图3中的第1个峰T21(0.01～1 ms)是强结合水,第2个峰T22(1～10 ms)代表弱结合水,第3个峰T23(100～1 000 ms)代表自由水[15]。表2为涂层预处理的真空油炸甘薯条横向弛豫时间(T21、T22和T23)和相对峰面积(A21、A22和A23)。如表2所示,阿拉伯胶处理的真空油炸甘薯条T21值显著高于对照组(P<0.05),其余涂层组的T21与对照组无显著性差异。所有涂层组的T22值显著低于对照组。瓜尔豆胶处理的真空油炸甘薯条的T23值显著大于对照组(P<0.05),其余涂层的真空油炸甘薯条T23值与对照组无显著性的差异。与对照组相比,所有涂层处理的真空油炸甘薯条的A21值和A22值显著降低,所有涂层处理的真空油炸甘薯条的A23显著增加。结果表明,所有涂层处理的甘薯条真空油炸后具有更少的的强结合水、弱结合水和更多的自由水,这与不同涂层组的甘薯条真空油炸后含水量的结果一致。其中,阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠及普鲁兰多糖涂层的甘薯条真空油炸后的自由水比例分别比对照组升高了37.65%、43.90%、44.06%、18.67%,弱结合水比例分别降低了29.71%、51.81%、35.75%、24.52%,强结合水比例分别降低了56.65%、61.91%、66.09%、25.74%。这可能是因为多糖涂层影响了真空油炸过程中甘薯条淀粉与水的相互作用和淀粉的糊化,导致真空油炸甘薯条自由水的比例上升[15]。此外,亲水性多糖涂层在甘薯条表面形成致密薄膜,阻碍内部水分在油炸过程中向外扩散。真空油炸时,水分主要通过蒸发的方式脱除,涂层减缓了水分逸出的速率,同时也限制了自由水在高温下的快速流失。LI等[15]发现壳聚糖涂层后的油炸马铃薯的自由水比例增加,这与本实验的结果一致。

2.5 涂层预处理对真空油炸甘薯条质构特性的影响

不同涂层预处理对真空油炸甘薯条硬度的影响见图4。由图4可知,经过不同涂层处理的真空油炸甘薯条硬度均显著小于未涂层的真空油炸甘薯条(P<0.05)。硬度越大,真空油炸甘薯条的适口性越差[25]。与对照组相比,经过阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠和普鲁兰多糖处理的甘薯条真空油炸后的硬度分别下降了17.71%、19.35%、20.19%、22.10%,且不同涂层处理的甘薯条真空油炸后的硬度之间无显著性差异。这与马雯雯等[26]报道的油炸方便面、锅巴、麻花、薯片在贮藏过程中水分和脆性变化的相关性结果一致。由于经过涂层处理后的甘薯条具有较高比例的自由水,对甘薯的组织有一定的软化作用,从而导致甘薯条硬度降低。BOUAZIZ等[27]发现将杏仁胶和阿拉伯胶对马铃薯进行涂层处理后使油炸马铃薯片的硬度显著降低。

2.6 涂层预处理对真空油炸甘薯条多酚含量及DPPH自由基清除能力的影响

不同涂层预处理的甘薯条真空油炸后的多酚含量和DPPH自由基清除能力见表3。如表3所示,与未涂层的甘薯条真空油炸后相比,所有涂层的甘薯条真空油炸后的多酚含量和DPPH自由基清除能力显著高于对照组(P<0.05)。与未涂层的油炸甘薯条相比,阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠及普鲁兰多糖涂层的甘薯条油炸后多酚含量升高了60.68%、79.45%、130.30%及98.06%,阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠及普鲁兰多糖DPPH自由基清除能力提高了25.63%、46.91%、131.06%及88.46%。海藻酸钠涂层的甘薯条真空油炸后具有最高的多酚含量(1 197.09 μg没食子酸/g样品)和DPPH自由基清除能力(2 443.30 μg维生素C/g样品)。这是由于多糖涂层可以在甘薯条表面形成一道物理屏障,降低了氧气与甘薯条的接触面积,减少了多酚物质的降解[28]。SALEHI等[16]也发现超声波联合0.2%黄原胶、瓜尔胶和野生鼠尾草籽胶食用涂层预处理樱桃后,显著提高了红外干燥樱桃的抗氧化活性和多酚含量。

2.7 涂层预处理对真空油炸甘薯条微观结构的影响

不同涂层预处理的甘薯条真空油炸后的微观结构见图5。由图5可知,未涂层的甘薯条真空油炸后表面凹坑较多、孔洞较深。表明未涂层的真空油炸甘薯条在真空油炸过程中水和油之间进行质量传递的通道和机会较多;未涂层甘薯条较薄的孔壁使得其在油炸过程中结构容易改变,水分蒸发形成的压力可促进较多较大的孔洞结构的形成,这为油脂进入甘薯内部提供了更多的空间,使对照组的油脂含量最高。涂层的甘薯条真空油炸后其表面由尺寸不一但普遍较浅和较少的凹坑组成,这些凹坑边缘呈现不连续特征,且孔洞之间存在明显间隙。涂层处理对真空油炸甘薯条的细胞结构具有一定的保护作用,使油炸过程中水和油之间进行质量交换的通道较少,所以涂层后的真空油炸甘薯条含油量较低[29]。KHALIL等[30]发现经氯化钙和不同浓度多糖复合涂层处理的薯条常压油炸后比仅经过漂烫处理的薯条常压油炸后具有更小更浅的孔洞结构。

2.8 涂层预处理对真空油炸甘薯条内部结构及孔隙率的影响

不同涂层预处理的甘薯条真空油炸后的孔隙率见表4。由表4可知,所有涂层的甘薯条真空油炸后的孔隙率显著低于对照组(P<0.05),这与不同涂层甘薯条的真空油炸后的SEM结果一致。与对照组相比,阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠和普鲁兰多糖涂层的甘薯条真空油炸后孔隙率分别降低了11.76%、8.04%、16.56%和14.87%。海藻酸钠和普鲁兰多糖涂层的甘薯条真空油炸后孔隙率显著小于其他涂层的真空油炸甘薯条,且两者之间无显著性差异。图6为真空油炸甘薯条的CT扫描二维视图(图6-A～图6-E),代表了涂层处理对真空油炸甘薯条结构的影响。图6白色部分代表真空油炸处理后甘薯条的组织结构,黑色部分表示油炸后甘薯条的孔隙结构。如图6所示,经过涂层处理的真空油炸甘薯条边缘白色部分较厚,表明在油炸过程中,经过涂层处理的甘薯条形成了较厚的外壳结构,一定程度上阻碍了油的进入。ZHANG等[31]发现,随着油炸程度的加深,土豆片油含量逐渐增加,孔隙率也会逐渐变大,各孔隙通道之间的弯曲度降低。油脂可以更容易地通过弯曲度较低的微观通道而进入土豆片内部导致油含量增加。而甘薯条经过涂层处理之后,降低了孔隙率,进而减少了真空油炸甘薯条中水和油的质量互换,导致孔隙的弯曲度升高,从而降低了真空油炸甘薯条的含油量。

3 结论

阿拉伯胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠、普鲁兰多糖涂层处理均显著降低了真空油炸甘薯条的孔隙率和含油量,提高了真空油炸甘薯条的水分含量。经4种涂层处理的甘薯条真空油炸后的硬度和色差值显著降低。涂层处理可以减少真空油炸过程甘薯条中多酚的损失,增强其抗氧化能力。海藻酸钠涂层的甘薯条真空油炸后具有最高的多酚含量和DPPH自由基清除能力。因此,本文研究的涂层预处理方法显著提升了真空油炸甘薯条品质,能够为新型真空油炸食品的工业化应用提供理论依据。

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