降低可微波預油炸食品含水量及含油量的研究進展

崔亞鵬，張國治*，張康逸，王立偉，李長根

（1.河南工業(yè)大學糧油食品學院，鄭州 450001；2.河南省農業(yè)科學院農副產(chǎn)品加工研究中心，鄭州 450002；3.河南省三健樂食品有限公司，河南 溫縣454850）

近年來，消費者對方便食品以及速凍食品的需求呈現(xiàn)與日俱增的趨勢，市場上可微波復熱的食品以及微波加工食品迎來了發(fā)展的新浪潮[1]。將食品原材料采用合適的組合以及科學的配比，調配加工成適合微波爐復熱或加工的食品，以達到便于食用目的的食品稱為微波加工食品[2]。微波加工食品簡單快捷，與現(xiàn)代人們推崇休閑多樣化，追求方便快捷健康生活理念與飲食多樣化的要求相契合。

1 預油炸食品的現(xiàn)狀及前景

微波加熱在食品領域內應用廣泛，基于獨特的加熱方式，它具有加熱速度快，加熱效率高，能對食品內外同時加熱，不僅安全衛(wèi)生，同時兼具殺菌的功效[3]。因此在冷凍食品的解凍方面，微波加熱與傳統(tǒng)加熱相比具有得天獨厚的優(yōu)勢。但冷凍預油炸食品微波加熱時，水分外逸現(xiàn)象會使被加熱食品出現(xiàn)表面“浸濕”，降低了預油炸食品外殼的松脆口感，從而影響食用體驗。

用油炸的方式熟制食品在我國歷史早有記載，被定義為加熱多量食用油，以油脂為介質進行熱交換，使食品原料完成淀粉糊化，蛋白質變性的過程，食品內部的水分以蒸汽的形式逸出體系，賦予食品酥脆的口感，金黃的色澤以及油炸特有的香氣，能最大限度地將營養(yǎng)成分保持在食品中，在生活中很常見且受到大眾的喜愛，但油炸過程中會產(chǎn)生丙烯酰胺等致癌物質，經(jīng)常食用油炸制品則對人體健康產(chǎn)生不利影響[4]。因此，要提高可微波預油炸食品在群眾中的認可度，應著力改善復熱過程中“浸濕”的現(xiàn)象，同時降低食品含油量。

2 預油炸過程中食品結構的變化

2.1 油炸食品的分類

食品油炸的方法可以分為多類，按油炸過程中壓力的不同可以分為常壓油炸、減壓油炸和高壓油炸；按被油炸材料的炸制程度可以分為淺層油炸和深層油炸；按油炸工藝和炸制品風味口感可分為清炸、干炸、軟炸及脆炸等[5]。食品材料在加熱的過程中與油分發(fā)生了復雜的物理變化和化學變化，產(chǎn)生油炸特有的風味和質構。從傳質和傳熱的角度來看，油炸過程是食材吸收熱量、內部的水分被蒸發(fā)；炸油從食品表面間隙滲入食品內部，同時使食品表面的脂溶性物質溶入炸油[6-7]。

油炸制品的質量主要受溫度影響，溫度不僅影響食品炸制成熟的速度，色澤外觀，也對煎炸用油自身品質的劣變起重要作用。實驗表明，油炸溫度在160～180℃范圍內最適宜，若油溫過高，則會加快煎炸用油的劣變速度，同時也會使發(fā)泡現(xiàn)象產(chǎn)生的時間提前，造成油的粘度升高，影響油炸過程中傳熱過程，從而對油炸制品的質量產(chǎn)生不利影響。

2.2 油炸過程中吸油現(xiàn)象的原因

油脂自身的自由基在高溫環(huán)境下易與氧發(fā)生聚合反應，生成二聚合多甘油以及二聚合多聚酸，使油脂的粘度升高，附著在食品表面使含油量升高。油炸食品的油分有兩種分布方式，組織結構油和表面吸附油[8]。油炸過程中食品的吸油在所難免，當食用含油量較高的食品時，易促成肥胖的不良健康體質而加大了各種心血管病的發(fā)病率，降低產(chǎn)品的食用品質并且增加了企業(yè)生產(chǎn)成本。因此，控制油炸食品含油量對消費者和生產(chǎn)者都有較大的現(xiàn)實意義。

食品油炸過程中之所以產(chǎn)生吸油現(xiàn)象，究其原因是因為食品內部含有自由水和結合水，放入熱油之后會使食品表面的水分迅速蒸發(fā)，最外層失去水分形成外皮殼，內部的水分受熱后以蒸汽的形式逸出體系在食品外皮形成通道，此時油分可以從此通道滲入體系，當食品炸制完成之后進入冷卻過程時，內部的壓力降低，使得吸油率增加，其含油量最多可以達到總重量的30%以上[9-10]。此外，表皮的水分含量也受儲藏期間內芯水分遷移現(xiàn)象的影響，內芯水分向表面遷移，同時表皮吸收儲藏環(huán)境的水分，產(chǎn)生了表皮水分含量升高的結果[11]。

2.3 降低預油炸過程中吸油量的措施

吸油率受多方面的影響，在相同的炸制時間內，失水率隨著外部溫度的升高呈現(xiàn)增大的趨勢，因此油分更多地進入食品內部，造成吸油率增高的后果。若要達到降低吸油率的目的，可采用以下幾種方式：優(yōu)化樣品預干燥方式；降低油炸后的壓力條件；適當轉速離心脫油；選用不同的油炸用油；調整面托的組成配方及比例。

2.3.1 優(yōu)化樣品預干燥方式

原料經(jīng)過預干燥后，基質內部的水分被去除，原料中的初始水分含量下降。內部的結構更加致密，以達到減少水分蒸發(fā)的目的，從而減小內外壓力差，最終減少吸油量。常用的干燥方法有：微波預干燥、真空微波預干燥、烘箱預干燥等[12]。

2.3.2 真空瀝油

油炸食品的瀝油階段也是油分增加的重要過程，主要由于內外壓力不平衡所引起，在真空條件下瀝油與常壓瀝油相比可降低約38%的吸油量，食品比表面積與體積的比值越大，瀝出的油越多[13]。但真空瀝油的方法受設備和食品自身性質影響，從而限制了在生產(chǎn)生活中的應用。

2.3.3 選擇適當?shù)拿撚头椒?/p>

常用的物理脫油方法有過熱蒸汽脫油和離心脫油。過熱蒸汽脫油利用油脂受熱后粘度變小，提高流動性的特性，從而達到去油的效果；離心脫油主要通過離心作用降低食品表面的含油量，但轉速過高會導致食品結構破碎，轉速過慢則達不到離心脫油的目的[14]。

2.3.4 選用不同的油炸用油

油炸過程中油也會發(fā)生物理及化學變化，油脂的劣變程度及吸油量增加則會導致生產(chǎn)成本間接提高。由于植物油的組成成分及脂肪酸含量有差異，所以煎炸食品的穩(wěn)定性及感官特性也不同。此外，油脂中飽和脂肪酸含量高時，煎炸穩(wěn)定性好，但人體攝入飽和脂肪酸過多時會對健康產(chǎn)生危害；不飽和脂肪酸含量高的油脂，雖然煎炸食品更營養(yǎng)健康，但油炸過程中易產(chǎn)生劣變，因此要根據(jù)油脂的性質挑選合適的煎炸用油。

常用的油炸用油主要有：大豆油、棕櫚油、棉籽油、花生油、菜籽油等。其中棕櫚油是從熱帶木本植物提煉的油脂，主要成分為：50%飽和脂肪酸，40%單不飽和脂肪酸，10%多不飽和脂肪酸，并含有維生素E和類胡蘿卜素，所炸制的食品穩(wěn)定性較好。棕櫚油在高溫的情況下不會產(chǎn)生過度的化學變化，油炸過程中的氧化值，極性值的上升速率小于其它油脂，也是其作為煎炸用油的重要因素[15]。此外，棉籽油的油炸制品起酥性好，并且制品的貨架壽命更長。

可以通過適當修改油炸用油的比例來改善油脂粘度。馮承等發(fā)現(xiàn)棉籽油的飽和脂肪酸含量高，具有較好的熱穩(wěn)定性，當大豆油中調和25%的棉籽油、10%的玉米油、5%的棕櫚油時，油炸制品的含油量小于純大豆油油炸制品的含油量[16]。油炸用油的使用時間較長時，也會增加油炸制品的含油量，應及時更換油炸用油。

3 預油炸之后快速冷凍過程中食品的結構變化

油炸后的食品在凍藏時主要會經(jīng)歷預冷凍階段、冷凍階段、降溫到儲藏溫度階段三個過程[17]。預冷凍過程主要是食品從初始溫度逐漸降低到結冰點這一過程，冷凍階段主要涉及到內部水分轉化成冰晶的過程，降溫到儲藏階段是食品中的大部分水轉化成冰并且達到最終冷凍溫度的階段。產(chǎn)品的質量很大程度上受冷凍速率的影響。凍結過程的最理想狀態(tài)是盡量減少在最大冰晶生成區(qū)的停留時間。

由于緩慢凍結產(chǎn)生的冰晶體積大并且會集中在幾個局部的區(qū)域，對局部組織的破壞較大，使細胞脫水而導致產(chǎn)品質量下降。而快速冷凍時通過最大冰晶生成區(qū)的速度快，食品內部產(chǎn)生的冰晶細小而均勻，對細胞的組織破壞作用較小，因此能最大程度地保持食品最初的特性[18]。此外，儲藏過程中內部的水分會參與脂肪水解，此過程也是引起油炸食品儲藏過程中水分分布變化的原因[19-20]。

冷凍之后的凍藏溫度會影響食品中水分的凍結程度，從而影響食品的質構特性。潘薇娜[20]在探尋凍藏溫度對脆性的影響實驗中發(fā)現(xiàn)，在 -10℃、-25℃、-40℃的冷凍溫度條件下，隨著冷凍最終溫度的逐漸降低，水分轉化成冰晶的凍結率高，內部殘留的液體很少，有效預防了凍藏中冰晶的成長。陳衛(wèi)、范大明等[21]對預油炸面拖的降溫方式的研究發(fā)現(xiàn)，在 -25℃的條件下，與正常降溫相比，強制通風的冷凍速率更快，產(chǎn)品的脆性評分也得到了更高的分數(shù)。并且在冷凍之后的凍藏實驗中，脆性主要受凍藏時間和凍藏溫度的影響。實驗所得的結論為，產(chǎn)品在凍藏過程中的0～10 d水分含量呈現(xiàn)上升的趨勢，凍藏10 d后的水分變化比較平緩?？焖倮鋬雠c-18℃凍藏相結合，可以有效阻止淀粉回生，使米飯的質構特性保持更長時間[22]。

4 預油炸凍藏之后微波加熱過程中的結構變化

微波加熱具有穿透性，可以深入食品內部使物料吸收微波轉化成熱能，可以達到內外同時加熱的效果。水分子的極性結構比較特殊，在微波加熱的情況下，食品材料的升溫主要受水分子影響，所以水分含量是影響微波加熱的速度及引起食品復熱時表層浸濕的主要因素。

食品復熱過程中，其表面的水分受熱不斷揮發(fā)，表面的水分含量降低而減少對微波的吸收作用，表皮溫度難以達到預期效果，其脆性也會大打折扣。其次，加熱過程中內部溫度高于表層溫度，形成了由內而外的溫度梯度。加熱過程中水分具有向表面遷移的趨勢，但微波爐內部的冷空氣抑制了表層水分的蒸發(fā)，食品表面聚集水分產(chǎn)生復熱過程中的浸濕現(xiàn)象。結合國內外研究發(fā)現(xiàn)主要有以下幾種方法解決復熱失脆問題。

4.1 利用可食用的涂層材料制作阻水材料

解決微波失脆的最主要方法是對表面進行涂布涂層。理想的涂層材料應具有成膜性好，阻水性強等特點。其發(fā)揮作用的主要通過兩種方式，一方面可在食品表面形成膜衣、另一方面可與面糊體系中的其他成分共同作用形成空間網(wǎng)狀體系，二者協(xié)同可以起到減少油炸過程中水分的滲入以及復熱過程中水分向外遷移[23]。于彩鳳、孔保華等[24]在改善預油炸食品表面脆性的實驗中發(fā)現(xiàn)2%的羥丙基甲基纖維素（HPMC）可以在魚糜表面形成凝膠屏障來抑制復熱過程中水分從內部向表面的水分遷移，提高微波復熱魚糜制品的脆性。研究表明，1%的羧甲基纖維素（CMC）或1%的HPMC具有改善油炸魚塊的面糊的保水性并降低含油量的功效[25-26]。

4.2 利用添加劑抑制食品內部水分的外逸

食品內芯的水分在預油炸過程及微波復熱過程都會發(fā)生遷移現(xiàn)象導致表皮失脆。在肉制品中添加多種磷酸鹽混合物（三磷酸鈉、六磷酸鈉、焦磷酸鈉）可改善其質構，但磷酸鹽添加較多時會導致組織結構呈現(xiàn)粗糙的趨勢并產(chǎn)生不良風味[27-28]。

4.3 添加食用膠類

添加以卡拉膠、變性淀粉、檸檬酸鈉復配的無磷保水劑時，微波復熱時失水率顯著降低且肉制品在凍藏期間仍保持良好的持水能力。此外，有研究表明甲基纖維素添加在食品內部時也可提高阻水性，減少復熱時內部的水分散失量，在微波復熱肉制品時可提高肉的嫩度。

4.4 添加改性淀粉

可微波預油炸食品的表層主要由淀粉構成，微波可使表層淀粉失水并形成淀粉膜，淀粉膜的主要性質受其直鏈淀粉與支鏈淀粉含量的比例所影響，當直鏈淀粉的含量越高時，表層的阻油阻水性得到提升，也改善了產(chǎn)品的脆性[29]。

變性淀粉的分子結構通過阻礙淀粉分子內部氫鍵的形成，不容易發(fā)生重排和締合而在凍融狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性[30]。變性淀粉在食品中的應用廣泛，主要有預糊化淀粉，氧化淀粉以及高直鏈淀粉等。氧化淀粉的糊化溫度較低，油炸過程可以較容易進行并且熱穩(wěn)定性好。直鏈淀粉可以結合基質表面的自由水，在高溫油炸時會增強兩者之間的粘結性，保留基質內部的水分，從而產(chǎn)生鮮嫩的口感[31]。

4.5 添加蛋白質

蛋白質具有增加粘度，改善外觀和質地，結合水分和脂肪的優(yōu)點?？稍谑称分挟斪髦镜奶娲?，以達到減少食品熱量，補充氨基酸的作用。將其用于可食性涂膜的材料可以達到減少水分和脂質遷移的目的，提高食品微波復熱的脆性，使產(chǎn)品的食用品質得到提升。丁陽月、鄭環(huán)宇[32]在改善微波復熱油炸雞米花的實驗中采用大豆分離蛋白（SPI），超高壓均質處理改性大豆分離蛋白（USPI）和超高壓均質-酶解處理復合改性大豆分離蛋白的實驗中，發(fā)現(xiàn)添加SPI以及改性SPI的預油炸食品中，復熱后的含水量及含油量均低于空白組。究其原因，是因為蛋白質在微波加熱的作用下，其分子結構充分伸展使表面的疏水性得到提升。在觀察復熱雞米花的微觀形態(tài)時，發(fā)現(xiàn)UESPI的添加量為20%時，產(chǎn)品的表面結構非常緊密，在內芯與外殼之間形成了穩(wěn)定的油水乳化體系，保證油炸食品脆性的同時減少了水分和油分的外溢。

4.6 用可吸收微波的材料當作微波食品的包裝

微波吸收材料又名微波（感受）包裝材料。通常與常規(guī)包裝材料結合使用，改善食品表皮的升溫特性，控制內部水分向表皮遷移。常用的涂層方法是在塑料薄膜表面噴鍍適當厚度的金屬離子，再與牛皮紙壓合在一起，例如氧化錫涂布玻璃技術；蒸鍍鋁層，涂層可吸收微波能量，在微波場中迅速加熱，可作為第二熱源[33]。使可微波食品的表皮與內部溫差降低，理想狀態(tài)為表皮升溫比內部升溫速度更快，形成由外而內溫度逐漸減小的正向溫差，阻止水分向外遷移以改善表層失脆的現(xiàn)象。

4.7 輔助加熱手段

此外，還可采用其他加熱方法輔助微波加熱。N.Seyhun[34]在紅外輔助微波加熱馬鈴薯泥的實驗中發(fā)現(xiàn)，鹵素燈提供的紅外加熱在經(jīng)過適當?shù)拈_關循環(huán)時，可以達到改善加熱效果，降低內部溫度分布不均勻的情況。在其實驗中發(fā)現(xiàn)30%的微波水平和10%的紅外輔助水平加熱時，被加熱的馬鈴薯泥內部溫度分布最均勻。其它輔助加熱方法有待開發(fā)。

5 微波實際應用所遇到的問題

微波腔體中電磁場分布不均勻是限制微波實際應用的一個原因，所以在加熱食品時有必要了解它的介電特性和導熱性能等信息。由于介電特性是食品與電磁場相互作用的數(shù)據(jù)指標，所以它是衡量微波加熱和射頻加熱過程的重要因素。主要包括介電常數(shù)和介電損耗因子兩個數(shù)據(jù)。介電常數(shù)描述的是材料儲存電能的能力；介電損耗因子決定了材料將電能轉化成熱能的性質[35-36]。其次，導熱性能也是影響傳熱的重要參數(shù)。在加熱和靜置過程中，熱導率會影響材料內部熱能從熱點向冷點的傳遞速度；在微波加熱期間，比熱容影響材料的加熱速率。特別是冷凍食品，其復熱過程中與水分的相變有關的潛熱是影響解熱過程的主要因素[37-39]。

國內關于解凍過程中各類食品介電特性與導熱性能鮮有研究，有必要研究其變化以掌握微波解凍的規(guī)律。Waraporn Klinbun[40]在冷凍盒裝大米過程中介電特性變化的研究中發(fā)現(xiàn)樣品在凍融狀態(tài)下的滲透深度變化會影響加熱的均勻性，可能會導致加熱失控，是因為在較高的溫度下滲透深度較低，產(chǎn)生邊緣加熱比較嚴重的情況。在熱導率變化的研究中得出在冷凍溫度范圍內，由于結晶冰不斷轉化成水分，冰質量分數(shù)的降低，熱導率也隨溫度的升高而降低；在解凍范圍內，熱導率沒有顯著變化的結論[41]。

在微波加熱過程中，食品內部冷凍組分和解凍組分之間的熱導率差異會影響溫度分布。凍結狀態(tài)下的介電性能較低，加熱速度也較低，究其原因是因為冷凍材料的水分子流動性低，偶極旋轉受到阻礙，材料吸收微波能量并轉化為熱量的能力降低。Swittra Bai-Ngew,Nantawan Therdthai等[42]在微波干燥榴蓮片的實驗中發(fā)現(xiàn)由于冰吸收微波的效率小于水吸收微波的效率，冷凍顯著增加了微波的穿透深度，與此結論一致。

隨著冷凍食品逐漸解凍，產(chǎn)生了較高的介電損耗因子，使局部加熱速率得到增加。解凍層的低熱導率產(chǎn)生延遲熱量傳遞的結果，導致加熱過程中出現(xiàn)熱點而出現(xiàn)更大范圍的不均勻加熱[41]。

6 前景及展望

微波加熱冷凍食品時，加熱不均勻性也是影響食品質量和安全的重要問題?？山⑽⒉訜嶂袀鳠崮Ｐ头治鲈?。電磁功率密度和溫度梯度引起的熱點與冷點之間的傳導是影響食品中一個位置加熱速率的主要因素，因此加熱均勻性受電磁功率的分布影響較大[43]。熱點和冷點的相對預測模型在解決食品加熱設計中有指導作用[44]，在實際的微波食品開發(fā)中，沒有必要精確食品的精確空間溫度。

國外對微波加熱過程中的介電特性和導熱性能有較多研究，而國內的微波食品產(chǎn)業(yè)起步較晚，對可微波預油炸食品的物理特性研究較少。各種微波復熱食品在確定最佳加熱條件時大多采用試錯法，不僅繁瑣并且費時費力，而傳質傳熱的模型可改善復熱過程中受熱不均勻的情況。在輔助微波加熱方面的研究也較少。因此，開發(fā)出新型微波輔助加熱模式，深度剖析微波加熱的特性及加熱過程中各種物理特性的變化，對開拓微波食品在速食產(chǎn)業(yè)的市場有積極作用。