于修燭，宋麗娟，張建新，杜雙奎，陳興譽，虞劍泉

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

薯片在油炸過程中品質(zhì)變化及其貨架期預(yù)測

于修燭，宋麗娟，張建新，杜雙奎，陳興譽，虞劍泉

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

為了探究薯片在油炸過程中品質(zhì)變化，以不同油炸時間馬鈴薯片為研究對象，測定馬鈴薯片的品質(zhì)變化，觀察其微觀結(jié)構(gòu)并對馬鈴薯片貨架期進行預(yù)測。結(jié)果表明：隨油炸時間的延長，馬鈴薯片的水分含量降低，含油率升高，脆度變化較大；馬鈴薯片表面淀粉顆粒糊化逐漸形成凸起和空隙，由于外皮殼的保護作用，空隙先在橫斷面中出現(xiàn)，薯片內(nèi)部空隙多于其表面；通過比較脫脂前后薯片，表明薯片與煎炸油之間以物理作用為主；隨著薯片貯藏時間的延長，薯片中油脂的酸值、過氧化值和羰基值逐漸增大，根據(jù)Arrhenius方程預(yù)測薯片在20℃的貨架期約為102d。

薯片；油炸；品質(zhì)變化；微觀結(jié)構(gòu)

油炸是馬鈴薯最為常見的一種加工方式，油炸馬鈴薯片因其松脆可口、風(fēng)味獨特、攜帶方便、價格低廉等特點而深受人們喜愛[1]。油炸過程是油脂與食品在熱量、水分、油脂等的傳遞和轉(zhuǎn)移的過程。蘇宗祧[2]、何江濤[3]等研究表明食品的結(jié)構(gòu)、質(zhì)構(gòu)和感官特性在油炸中都會發(fā)生較大的變化。楊銘鐸等[4]研究了油炸條件對油炸食品特性變化的影響。鄧云等[5-7]研究了油炸過程中食品與油脂的相互作用，并進一步研究了油炸過程產(chǎn)生的極性組分對食品品質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的影響。許多學(xué)者對油炸馬鈴薯片工藝及其質(zhì)構(gòu)、含油率變化等方面有深入研究。Pedreschi等[8-9]油炸前對薯片進行干燥處理，結(jié)果表明：油炸溫度越高，薯片中的含油量越高；樣品沒有處理，薯片含油量與溫度成反比。Kita等[10]研究表明：煎炸油的種類影響薯片質(zhì)構(gòu)和含油量。宋聚賢[11]測定不同真空度對馬鈴薯片水分和含油率的影響，并觀察真空油炸后馬鈴薯片的微觀結(jié)構(gòu)，表明薯片對脂肪吸收是從外部邊緣開始的，然后逐漸延伸到整個馬鈴薯片。本實驗采取一定的工藝，按不同油炸時間炸制馬鈴薯片，測定不同油炸程度馬鈴薯片的品質(zhì)，觀察不同油炸時間薯片的微觀結(jié)構(gòu)，通過烘箱法預(yù)測油炸馬鈴薯片的貨架期，以期為馬鈴薯油炸食品進一步開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花旗起酥油、耐煎炸油 西安嘉里油脂工業(yè)有限公司；馬鈴薯 市購；石油醚(30～60℃沸程)、乙醚等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

WY型油炸鍋(油炸最高溫度300℃) 廣州市唯利安西廚設(shè)備制造有限公司；UV-1240紫外-可見分光光度計日本島津公司；FW100高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；TA XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；ZKJ-1001循環(huán)水真空抽濾泵 上海嘉鵬科技有限公司；電熱恒溫培養(yǎng)箱(溫度范圍20～60℃) 河南省安陽市開關(guān)廠；H430掃描電鏡、JFC-1600自動精細涂布機日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 馬鈴薯片油炸工藝[12]

原料選擇→清洗、去皮、修整→切片(大小均勻，厚度為1mm)→漂洗(除去薯片表面的游離淀粉和可溶性物質(zhì))→護色(1%氯化鈉、0.5%檸檬酸溶液中浸泡3～5min)→瀝水晾干→油炸(180±5)℃→瀝油→包裝

以200g新鮮馬鈴薯片為一批，每批分別油炸30、60、90、120、150、180、210s，瀝油后包裝，儲存于4℃冰箱中備用。

煮制馬鈴薯片的制備：將新鮮馬鈴薯片，置于沸水中煮制2～3min直至透明，取出脫水干燥，儲存于4℃冰箱中備用。

真空干燥馬鈴薯片的制備：將新鮮馬鈴薯片，置于真空干燥機中在50℃、真空度78kPa條件下干燥1h，冷卻后，儲存于4℃冰箱中備用。

脫脂馬鈴薯片的制備：分別將不同油炸時間的馬鈴薯片，用濾紙包好，置于索氏抽提器中，用乙醚為溶劑，在45℃條件下抽提2h，取出揮發(fā)溶劑后，儲存于4℃冰箱中備用。

1.3.2 水分含量和含油率測定

水分含量測定：參照GB/T 5009.3—2003《食品中水分的測定》中的直接干燥法。測定3次取平均值。

含油率測定：參照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》中的索氏抽提法。測定3次取平均值。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)測定

將馬鈴薯片樣品置于質(zhì)構(gòu)儀P探頭下進行TPA測定，每種樣品測定20～25次，取其平均值。

參數(shù)設(shè)置：底座HDP/CFS；球型探頭P/0.25s；測前速度1.0mm/s；測試速度1.0mm/s；測后速度10mm/s；距離3cm；觸發(fā)力5g。

1.3.4 油炸馬鈴薯片微觀結(jié)構(gòu)觀察

掃描電鏡觀察：用刀片將各種馬鈴薯片切成4mm× 4mm的塊片置于60℃烘箱中放置1h，使樣品充分脫水干燥。然后置于自動精細涂布機樣品艙中對馬鈴薯片樣品表面噴鍍金層，于掃描電鏡下觀察室觀察并拍攝照片，觀察倍數(shù)設(shè)定為150～300倍。

1.3.5 烘箱法貨架期預(yù)測

將炸制150s的馬鈴薯片按每包(25±0.5)g包裝，放置于60℃恒溫箱中，定時取樣[13]：取馬鈴薯片樣品25g，置于250mL具塞錐形瓶中，加50mL石油醚浸泡攪拌、離心分離，取上清液減壓回收溶劑，得到油脂后，測定其酸值、過氧化值和羰基值，此3個指標(biāo)參照GB/T 5009.37—2003《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的分析方法進行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 油炸時間對馬鈴薯片水分含量的影響

圖1 油炸時間對馬鈴薯片水分含量的影響Fig.1 Effect of frying time on water content of potato chips

由圖1可知，隨著油炸時間的延長，馬鈴薯片中的水分含量逐漸降低。油炸30s時，水分含量為63.3%；油炸150s時降為7.8%，之后隨著油炸時間的延長，水分含量降低緩慢，變化較小。在此油炸過程中，水分蒸發(fā)與油脂滲入相互伴隨著同時發(fā)生，相互影響，相互制約。當(dāng)馬鈴薯片表面被加熱到水沸點溫度時，表面的水分開始蒸發(fā)，不斷脫水形成外皮殼。隨著水分含量的減少，外皮殼的溫度和厚度都不斷增加。油脂隨著水分蒸發(fā)滲入到其所形成的空隙里[4]。油炸過程中，食品內(nèi)部溫度不超過100℃，這阻礙了食品內(nèi)部水分的蒸發(fā)[14]。馬鈴薯片的脫水可以分為3個階段：迅速脫水階段(油炸30～60s)，均勻脫水階段(油炸60～150s)和水分平衡階段(油炸150～210s)，水分平衡階段水分含量基本不變，此時自由水已全部蒸發(fā)出去，馬鈴薯片中水分含量的減少是靠極少的結(jié)合水緩慢蒸發(fā)來實現(xiàn)的，均勻脫水結(jié)束時，馬鈴薯片已炸熟[11]。

2.2 油炸時間對馬鈴薯片吸油量變化的影響

油炸產(chǎn)品含油率的多少與煎炸油、油炸食品及油炸的溫度和時間都有關(guān)。馬鈴薯片吸油過程中，與其水分含量至關(guān)重要，油脂滲入是隨著水分的蒸發(fā)而進行的[11,15]。不同油炸時間馬鈴薯片的含油率變化如圖2所示。

圖2 油炸時間對馬鈴薯片含油率的影響Fig.2 Effect of frying time on oil content of potato chips

圖2表明，油炸30～120s，含油率變化較大，從10%上升到29%，這是因為油炸初期，馬鈴薯片水分含量高，大量水分迅速蒸發(fā)，油脂填補水分蒸發(fā)的空隙，造成含油率上升。120～210s的油炸過程中，含油率變化不大，原因是此時馬鈴薯片的水分含量變化不大，故含油率變化也不明顯。馬鈴薯片在油炸過程中的含油率變化與其水分含量變化是呈負相關(guān)的。吸油過程與脫水過程相對應(yīng)，也分為3個階段：迅速吸油階段(油炸30～60s)，均勻吸油階段(油炸60～150s)和緩慢吸油階段，即含油率平衡階段(油炸150～210s)，迅速吸油階段馬鈴薯片吸油量最多[11]。其中，油炸開始時，馬鈴薯片接觸到高溫油脂，其表面的水分迅速蒸發(fā)，表層形成了堅硬的外皮殼，外皮殼的形成影響了食品與油脂的熱傳遞。另外，薯片的含油率與其多孔性有關(guān)，表現(xiàn)為孔與含油率相互依賴。油炸初期，油脂黏附在薯片表面，而當(dāng)薯片從炸鍋中取出冷卻時，表面油脂由于壓力差滲入薯片內(nèi)部。

2.3 油炸時間對馬鈴薯片的質(zhì)構(gòu)特性的影響

圖3 油炸時間馬鈴薯片的斷裂力變化Fig.3 Effect of frying time on breaking force of potato chips

質(zhì)構(gòu)是指通過接觸而感覺到的食品的一組物理特性，包括力學(xué)特性、幾何特性和組成特性。斷裂力是使食品斷裂的力。由圖3可知，30～120s內(nèi)，馬鈴薯片的斷裂力都比較小，且變化不明顯。此時馬鈴薯片的水分還沒有蒸發(fā)完全，吸油也還在繼續(xù)，此時馬鈴薯片尚未炸熟。油炸150s時，斷裂力突然增大，且隨油炸時間的延長，變化不明顯。油炸150s時，馬鈴薯片已炸熟，此時馬鈴薯片的水分含量和含油率都基本達到平衡，即使過度油炸，其斷裂力也基本保持不變。斷裂力可作為判斷薯片炸熟與否的標(biāo)志之一。

2.4 不同油炸時間馬鈴薯片的掃描電鏡觀察

觀察不同油炸時間馬鈴薯片及其脫脂后馬玲薯片與新鮮馬鈴薯片、煮制馬玲薯片及真空干燥馬鈴薯片的微觀結(jié)構(gòu)差異，探究馬鈴薯片組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)隨油炸時間的變化情況。

2.4.1 油炸馬鈴薯片外表面電鏡觀察

處理方式的不同，馬鈴薯片的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化也不同。對油炸時間為30～210s與未處理以及煮熟馬鈴薯片的外表面進行電鏡掃描觀察并比較分析，其電鏡照片見圖4。

圖4 不同處理馬鈴薯片外表面的變化情況Fig.4 Change in the surface of potato chips subjected to different treatments

由圖4可知，油炸時間在30s時，馬鈴薯片表面比較平整，有少許凸起，這是因為油炸初期，馬鈴薯片的水分含量較高，接觸到高溫油脂時，水分急速蒸發(fā)，在表面形成凸起，由于接觸時間短，油脂還未滲入水分蒸發(fā)的氣孔，僅在表面黏附了一層油脂；油炸時間在60～150s時，隨著與高溫油脂接觸時間的延長，食品水分含量急劇下降，油脂逐漸滲入到水分蒸發(fā)所形成的空隙中，電鏡下能夠觀察到油脂分布于馬鈴薯片表面；油炸150s后，馬鈴薯片已炸熟，此時水分蒸發(fā)和油脂分布逐漸達到平衡；油炸210s的馬鈴薯片外表面不再平整，出現(xiàn)凸起且有氣孔形成，這是水分過度蒸發(fā)造成的。新鮮馬鈴薯片的淀粉顆粒完整分布于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，煮熟的馬鈴薯片，其淀粉顆粒在煮制過程中完全糊化，僅能觀察到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

油炸食品過程中，外表皮最先接觸高溫油脂，淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性、焦糖化反應(yīng)和美拉德反應(yīng)等形成美味可口的堅硬外皮殼。隨油炸時間的延長，外皮殼的厚度逐漸增加，從而影響了薯片對油脂進一步吸附。對不同油炸時間馬鈴薯片脫脂處理制成脫脂馬鈴薯片并與真空干燥馬鈴薯片進行觀察分析，其電鏡照片如圖5所示。

圖5 脫脂馬鈴薯片的外表面Fig.5 The outer surface of degreased potato chips

圖4、5比較，可觀察到新鮮馬鈴薯片中的有大量淀粉顆粒存在和不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布；真空干燥馬鈴薯片可見少量球形的細胞排列，可能由于淀粉顆粒開始溶脹。對油炸馬鈴薯片進行脫脂后，可觀察到明顯的蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這與煮熟和真空干燥馬鈴薯片的微觀結(jié)構(gòu)相似。這是因為油炸馬鈴薯片和煮熟馬鈴薯片都經(jīng)歷了高溫過程淀粉顆粒發(fā)生糊化所致。其中，油炸30s和60s馬鈴薯片脫脂后網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不均勻，且有較大空隙出現(xiàn)，這是由于它們與高溫油脂接觸的時間短，水分大量蒸發(fā)后，油脂還未及時進入就被停止油炸，同時淀粉顆粒還未被完全糊化，所形成蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)比較模糊。隨著油炸時間的延長，水分蒸發(fā)和油脂吸附趨于平衡，薯片淀粉糊化也趨于完全，糊化淀粉充填于蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，可觀察到均勻分布的清晰的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

比較脫脂處理前后的薯片可以看出，淀粉糊化后的細胞壁的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)比較相似，這可以說明薯片與煎炸油的相互作用是以吸附等物理作用為主。

2.4.2 油炸馬鈴薯片橫斷面電鏡觀察

油炸過程中，油脂先與馬鈴薯片的外表皮接觸，形成堅硬的外皮殼。外皮殼在一定程度上影響食品的吸油率。隨油炸時間的不同，馬鈴薯片橫斷面油脂分布情況也不同，如圖6所示。

圖6 不同處理馬鈴薯片橫斷面的變化情況Fig.6 Change in the cross section of potato chips subjected to different treatments

由圖6可以看出，新鮮馬鈴薯片的橫斷面淀粉顆粒清晰可見。不同油炸時間的馬鈴薯片中，淀粉顆粒糊化而消失，被油脂包裹。油炸150s開始，橫斷面上逐漸有空隙出現(xiàn)，由圖6E可看出，油炸150s時，外表面還尚未有空隙出現(xiàn)。隨油炸時間延長，空隙逐漸增多，這是水分蒸發(fā)而油脂未填充所致。煮制馬鈴薯片的橫斷面有很多空隙，與外表面的觀察情況不同，這可能是由于外皮殼對外表面的保護所致。

不同油炸時間的脫脂馬鈴薯片橫斷面觀察分析，其電鏡照片如圖7所示。

圖7 脫脂馬鈴薯片的橫斷面Fig.7 The cross section of degreased potato chips

由圖7可知，新鮮馬鈴薯片的橫斷面上可觀察到清晰的淀粉顆粒，可觀察到淀粉顆粒之間有一些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。煮熟的馬鈴薯片橫斷面空隙較多，且與其外表面不同，原因可能是煮制時間過長，水分蒸發(fā)而又無其他物質(zhì)填充，細胞壁破裂。對脫脂馬鈴薯片，不同油炸時間的馬鈴薯片橫斷面上均有空隙出現(xiàn)。油炸30s和60s的馬鈴薯片脫脂后與相同處理的其他時間油炸薯片的橫斷面結(jié)構(gòu)不同，觀察不到蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原因可能是與高溫油脂的接觸時間短，淀粉顆粒糊化不完全；這兩個處理的馬鈴薯片電鏡掃描觀察空隙最多，可能是因為此時為油炸初期，水分急速蒸發(fā)，形成了很多空隙。隨著油炸時間的延長，油脂滲入，淀粉顆粒糊化充填蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐漸清晰。橫斷面的觀察進一步表明，油炸與煮制都是將馬鈴薯片在高溫下使其淀粉顆粒糊化的過程，不同的是油炸過程油脂填充了水分蒸發(fā)的空隙，而煮制過程水分蒸發(fā)，留下孔隙。

2.5 油炸馬鈴薯片貨架期預(yù)測

油炸150s時，馬鈴薯片炸熟，其粗脂肪含量約為30%，故油脂的劣變程度很大程度上決定了其貨架期。將炸制150s的馬鈴薯片在60℃條件下放置，定期提取薯片中的油脂進行理化指標(biāo)檢測，分析在此條件下馬鈴薯片的貨架期。測定結(jié)果如圖8所示。

圖8 貯藏過程中馬鈴薯片中油脂的酸值(a)、過氧化值(b)、羰基值(c)變化Fig.8 Changes in oil acid value (a), peroxide value (b), carbonyl value (c) of potato chips during the storage period

由圖8a可知，隨著貯藏時間的延長，馬鈴薯片中所含油脂酸值逐漸升高。在0～8d的放置過程中，酸值變化緩慢，放置第9天時，酸值變化明顯。這是因為放置初期，油脂中所含的雜質(zhì)及水分很低，為反應(yīng)的誘導(dǎo)期，油脂在高溫條件下發(fā)生氧化、水解、聚合和熱解反應(yīng)的速率很慢，隨著時間的延長，油脂中的雜質(zhì)及極性物質(zhì)也隨之增多，從而促進了水解、熱解反應(yīng)的進行，反應(yīng)加劇，酸值快速增長。油脂的過氧化值是評判食品貨架期的主要指標(biāo)。油脂暴露在空氣中，與氧接觸，必然會有不同程度的氧化，馬鈴薯片在貯藏過程中其油脂的過氧化值的變化如圖8b所示。由圖8b可知，隨放置時間的延長，馬鈴薯片中所含油脂過氧化值逐漸升高。在0～5d的放置過程中，過氧化值變化緩慢。放置第6天時，過氧化值突變，但還未達到膨化食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的值。第8天時，過氧化值超過GB 17401—2003《膨化食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定脂肪過氧化值不高于19.7meq/kg[13]的標(biāo)準(zhǔn)。第9天時，過氧化值驟變，從23.5meq/kg突變至146.1meq/kg。這可能是由于氧化初期生成的小分子物質(zhì)具有極強的氧化能力，使得油脂氧化加劇而導(dǎo)致的。

根據(jù)過氧化值的顯著增長，可以判定，在第7天后馬鈴薯片中油脂已經(jīng)發(fā)生了嚴重的劣變，已不能食用。油脂在高溫油炸過程中發(fā)生一系列理化反應(yīng)，在降解產(chǎn)物中主要是以低分子的醛、酮、酸等羰基化合物和烴類化合物等形式出現(xiàn)，薯片油脂羰基值變化如圖8c所示。在0～8d內(nèi)，馬鈴薯片中油脂的羰基值上升，但變化不明顯。第9天時，羰基值突變，與此時過氧化值和酸值的變化有密切的關(guān)系。

綜上，隨著貯藏時間的延長，馬鈴薯片中油脂的各個指標(biāo)都有明顯的增長。根據(jù)貨架期的預(yù)測方法，馬鈴薯片中的油脂的各項指標(biāo)在貯藏7d后即將超標(biāo)，而到了第8天，各項指標(biāo)均超標(biāo)，即薯片可在60℃環(huán)境下貯藏7d左右。根據(jù)Arrhenius方程的對數(shù)形式：

式中：K為速度常數(shù)；A為頻率因子；E為活化能；R為氣體常數(shù)；T為溫度。

它定量地描述了溫度與反應(yīng)速度之間的關(guān)系。以lgK對1/T作圖得一直線斜率為－E/2.303R，故可計算出活化能E，將直線外推至室溫，就可求出室溫時速度常數(shù)和貯存期[16]。通過計算Schaal實驗1d相當(dāng)于20℃貯藏16d[17]，由此可預(yù)測在20℃的環(huán)境下油炸馬鈴薯的貨架期為102d。

3 結(jié) 論

通過對不同油炸時間馬鈴薯片的質(zhì)構(gòu)、水分含量、含油率等物理指標(biāo)以及馬鈴薯片的貨架期預(yù)測進行較為系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明：隨著油炸時間的延長，馬鈴薯片的水分含量降低，含油率升高，脆度變化較大，吸油率與水分的蒸發(fā)速率密切相關(guān)，都主要發(fā)生在油炸初期；在貨架期預(yù)測過程中，馬鈴薯片中油脂的酸值、過氧化值及羰基值均隨貯藏時間的延長逐漸增大，預(yù)測其在20℃時的貨架期為102d。

通過掃描電鏡對不同處理方式的馬鈴薯片的外表面和橫斷面進行觀察。隨著油炸時間的延長，馬鈴薯片表面逐漸形成凸起和空隙，由于外皮殼的保護作用，空隙先在橫斷面中出現(xiàn)，薯片內(nèi)部空隙多于其表面；薯片與煎炸油之間以物理作用為主。

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Quality Change of Potato Chips during Frying Process and Their Shelf Life Predication

YU Xiu-zhu，SONG Li-juan，ZHANG Jian-xin，DU Shuang-kui，CHEN Xing-yu, YU Jian-quan
(College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

In order to explore quality changes of potato chips during frying process, physical parameters and microstructure of potato chips fried for different periods of time as well as their shelf life were investigated in this study. The results showed that prolonged frying time could result in reduced water content, increased oil content, and improved fragility of potato chips. Meanwhile, protrusions and pores were gradually formed on the surface of potato chips during frying process due to gelatinization of starch granules. The pores appeared on the cross section first because of the protection from crust, and more pores were observed on the cross section of fried potato chips. The interaction between potato chips and oil was physical action in large part during frying process. The acid value, peroxide value and carbonyl value of oil in fried potato chips revealed a gradual increasing trend during the extension of storage. The shelf life of potato chips was predicted to be approximately 102 days according to Arrhenius equation.

potato chips；frying；quality change；microstructure

TS207.3

A

1002-6630(2012)18-0102-06

2011-07-23

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項(QN2009074)；陜西省科技攻關(guān)項目(2012K02-11)

于修燭(1974—)，男，副教授，博士，主要從事功能性油脂及其安全檢測研究。E-mail：xiuzhuyu1004@hotmail.com