（食品科学专业论文）低温真空油炸生产马铃薯脆片的过程研究及其品质控制.pdf

山东轻工业学院硕士学位论文 摘要 近年来，真空油炸技术由于具有许多独到之处和对加工原料的广泛适应性而 倍受关注。真空油炸果蔬脆片更以其自然的色泽、松脆的口感和天然的成份，得 到了迅速的发展。然而，由于真空油炸机理复杂，其技术的开发仍主要依赖于反 复的实践摸索，油炸果蔬脆片还存在脂肪含量较高和产品品质低等不足。本论文 以新鲜的马铃薯为试验原料，系统地研究了真空油炸过程中水分的干燥规律、品质 的变化规律以及控制途径，并对其贮藏稳定性、等温吸湿规律进行了深入研究。 为改善其品质和提高干燥速度，本论文在确定最佳护色液成分的基础上，研 究了漂烫、浸渍、冷冻预处理方法对油炸薯片品质的影响，结果表明：干燥速率 和薯片品质与预处理方式、网络结构及气孔的大小和分布相关。 为研究油炸和脱油参数对产品脂肪含量和品质的影响，在单因素试验的基础 上，以油炸温度、真空度和油炸时间为自变量，以水分含量、脂肪含量和破碎力 为因变量，通过三因素五水平的响应面分析研究了油炸参数之间的内在联系和相 互影响，确定薯片的最佳油炸工艺为：温度9 5 ，真空度0 0 9 0 m p a ，时间9 m i i l ； 最佳的离心脱油条件为真空度0 0 9 0 m p a ，脱油转速4 0 0 r m i n ，时间7 m i n ，且脱脂 率与油炸时间相关。 针对果蔬脆片生产技术中存在脂肪含量较高的问题，将真空油炸和糖液渗透 ，脱水法相结合，运用非稳态f i c k 第二定律分析了马铃薯片渗透过程的水分扩散模 型，并根据近似的a r r h e n i u s 关系式确定了水分有效扩散系数随渗透浓度和渗透温 度变化的方程，得出不同渗透液浓度、温度条件下马铃薯片含水率随渗透时间的 变化规律，并确定了其水分与脂肪含量的模型系数。 本文分析了6 个月内油炸薯片在不同贮藏温度条件下品质( 包括水分含量、 脂肪含量、维生素c ) 的变化。根据食品研究中常用的六种等温吸湿模型，对三个 温度条件下油炸薯片的吸湿试验点进行了模拟比较，并以g a b 模型为基础进一步 研究油炸薯片的吸湿特性，确定了其单分子层水分含量常数以及h c 和h k 值。 关键词：真空低温油炸；马铃薯片；预处理；渗透；贮藏 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，p e o p l eh a v ed r a w nm o r ea t t e n t i o nt ot h ev a c u u mf r y i n gt e c h n o l o g y f e a t u r e dt h ee x c e l l e n tq u a l i t i e sa n de x t e n s i v ea d a p t a b i l i t yt om a t e r i a l t h ec h i p sm a d eo f v a c u u mf r i e dv e g e t a b l e sa n df r u i t sw e r ed e v e l o p e dr a p i d l yb e c a u s eo ft h e i rn a t u r a l c o l o r ，c r i s p n e s sa n dc r u d ec o m p o n e n t s h o w e v e r ， b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t ya t v a c u u mf r y i n gm e c h a n i s m ，i t sd e v e l o p m e n t sm a i n l yr e l yo np r a c t i c et i m ea f t e rt i m e ， t h u st h e r ea r es o m ed e f e c t si nh i g h e rf a tc o n t e n ta n dp o o r e rq u a l i t i e s t h eo b j e c t i v eo f t h i sp a p e rw a st os t u d yt h er o l eo fw a t e rd r y n e s s ，c h a r a c t e r i s t i c se f f e c ta n dq u a l i t y c h a n g e ，i n v e s t i g a t ei t ss t o r a g es t a b i l i t ya n d i s o t h e r m a lm o i s t u r ea b s o r p t i o nl a w i no r d e rt oi m p r o v ei t sq u a l i t ya n dt h ed r y i n gr a t e ，t h ee f f e c t so fp r e - t r e a t m e n t m e t h o d ss u c ha l sb l a n c h i n g ，s o a k i n g ，f r e e z i n go nq u a l i t yw e r es t u d i e db a s e do nt h e d e t e r m i n a t i o no ft h eo p t i m u ms o l u t i o n t h er e s u l ts h o wt h a tt h ed r y i n gr a t ea n dq u a l i t y o fs w e e tp o t a t oh a v er e l a t i o nt op r e - t r e a t m e n tm e t h o d s ，t h en e t w o r ks t r u c t u r e ，t h es i z e a n dd i s t r i b u t i o no f v o i dl e f tb ym o i s t u r ee v a p o r a t i o n t oe f f e c t so fp a r a m e t e r so ff r y i n ga n dd e f a t t n go nf a tc o n t e n ta n dq u a l i t yo fs w e e t p o t a t o w e r es t u d i e di nt h i s p a p e r at h r e e - - f a c t o r f i v e - l e v e l r e s p o n s es u r f a c e m e t h o d o l o g y ( r s m ) b a s e do nt h es i n g l e - f a c t o re x p e r i m e n t ，w a sc h o s e nt oe v a l u a t e i n d e p e n d e n tv a r i a b l e sa f f e c t i n gt h em o i s t u r e ，f a tc o n t e n ta n db r e a k i n gf o r c e t h e i n d e p e n d e n tv a r i a b l e ss e l e c t e df o rt h i ss t u d yw e r ef r y i n gt e m p e r a t u r e ，v a c u u md e g r e e a n df r y i n gt i m e t h er e s u l t ss h o w e dt h eo p t i m u mf r y i n gc o n d i t i o n sw e r e ：v a c u u mf r y i n g t e m p e r a t u r eo f9 5 。c ，v a c u u md e g r e eo fo 0 9 0 m p a , a n df r y i n gt i m eo f9 m i n ；w h e r e a s t h eo p t i m u md e f a t t i n gc o n d i t i o n sw e r e ：v a c u u md e g r e eo fo 0 9 0 m p a , r o t a t i o ns p e e do f 4 0 0 r m i n ，d e f a t t i n gt i m eo f7 m i n , a n ds k i mt h ed e f a t t i n gr a t ew a s r e l a t e dt ot h ef r y i n g t i m e a i ma tt or e s o l v et h ep r o c r e a t i v et e c h n i c a lp r o b l e mo fh i g hf a tc o n t e n to ff r u i t sa n d v e g e t a b l e sc r i s p s a th o m ea n da b r o a d ，i nt h i sp a p e r , w a t e rm a s st r a n s f e rw a s q u a n t i t a t i v e l yi n v e s t i g a t e dd u r i n gd e h y d r a t i o no fp o t a t oo v e rar a n g eo fc o n c e n t r a t i o n a n dt e m p e r a t eo fo s m o t i cs o l u t i o n e f f e c t i v ed i f f u s i o nc o e f f i c i e n t so fw a t e rw e r e e s t i m a t e du s i n gt h es o l u t i o no f f i c ku n s t a b l es t a t es e c o n dl a w t h ed i f f u s i o nc o e f f i c i e n t so f w a t e rh a sb e e nc o r r e l a t e dw i t l lt h ec o n c e n t r a t i o na n dt e m p e r a t u r eo ft h eo s m o t i c s o l u t i o ni na d d i t i o nt oap a r a m e t e r i n d i c a t i n gt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h e s et w o v a r i a b l e sb ya ne q u a t i o ns i m i l a rt ot h a to fa _ r r h e n i u sr e l a t i o n a le x p r e s s i o n ，舔w e l la st h e 山东轻工业学院硕士学位论文 m o d e l so f w a t e ra n d 埘c o n t e n t t h ec h a n g e so fp o t a t oc h i p sq u a l i t ya td i f f e r e n ts t o r a g ec o n d i t i o n sd u r i n g6 m o n t h s w e r ei n v e s t i g a t e d ，a n di n c l u d e dw a t e rc o n t e n t , f a tc o n t e n t , t e x t u r ev a l u e ， v i t a m i nc c o m p a r i s o nw i t hs i xm o d e l sc o m m o n l yu s e da b o u ta b s o r p t i o ni s o t h e r m , t h e d a t ao fw a t e rs o r p t i o ni s o t h e r ma tt h r e et e m p e r a t u r e sw e r es t u d i e d s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i c sb a s e do nt h eg a bm o d e lw e r ea n a l y z e da n dt h em o n o l a y e rm o i s t u r e c o n t e n t , a i - i ca n d h kw e r ed e t e r m i n e d k e yw o r d s ：l o w - t e m p e r a t u r ev a c u u mf r y i n g ；p o t a t oc h i p s ；p r e - t r e a t m e n t ；o s m o t i c d e h y d r a t i o no fs u g a r ；s t o r a g e i 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人己用于其他学位申请的论文或 成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 论文作者签名：毯盔砬猛 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名：幺盔盘查塾 导师签名：董墨盈一 日期：础即年月l 日期：蛳年石月l o 日 山东轻工业学院硕士学位论文 第l 章绪论 1 1 真空油炸技术的发展概况 油炸技术通常可以分为常压油炸、减压油炸和高压油炸三大类。常压油炸作 为食品加工手段可追溯到大约公元前1 6 0 0 年和古埃及时代。在同一时期，罐和锅 等的首次使用也有了记载【l 】。把油炸真正作为食品加工手段的时间虽没有明确记 载，但油炸一词“f r y m g 来源于拉丁语和希腊语的单词“炙烤( r o a s t i n g ) ，这表 明油炸可能由炙烤技术发展而来。历史也记载了罗马人所用的当时称为“在油里 煮沸( b o i l i n gi no i l ) 的烹调工艺，也就是我们通常所说的油炸。1 9 世纪末，以油 炸土豆条为代表的休闲食品使油炸技术第一次产生真正的技术革新连续性生 产油炸锅的问世 2 1 。1 9 2 9 年，j d f e r r y 公司最先使用了连续生产的炸锅，真空 油炸产品的产量和品质都得到了很大的提高。 十九世纪六十年代末和七十年代初，真空油炸逐渐发展成为一项新的食品加 工技术，具有许多独到之处和对加工原料的广泛适应性。因此在七十年代和八十 年代，该技术在美国和日本有了很大的发展，国际上已经出售的真空油炸食品有 水果类的苹果、哈密瓜、猕猴桃、柿子、草莓、葡萄、香蕉、枣等；蔬菜类的胡 萝卜、南瓜、西红柿、四季豆、甘薯、子芋、马铃薯、大蒜、青椒、洋葱、竹笋 等，肉食水产类的牛肉干、鱼片、虾、鲮鱼等【3 - 1 4 1 。 近几年来，我国对真空油炸技术的研究开发异常活跃，先后开发了多种真空 油炸蔬菜水果制品。我国果蔬脆片生产企业和研究部门很多，居世界首位，这为 果蔬脆片生产技术的发展提供了坚实的基础。目前，我国生产果蔬脆片的企业有 半数是引进合资企业，分布在北京、河北、河南、山东、江苏、湖北、四川、福 建、广东、广西等省市。其中，不少企业在消化吸收引进技术中成绩显著，其产 品在色泽、脆度、外形口感、含油量、保质期和包装等综合质量指标上已接近国 外产品，产品出口逐渐增加，经济效益逐步提高。但从国内果蔬脆片生产和技术 的发展情况来看，仍存在许多问题。如有的厂家生产成本太高，对引进技术消化、 吸收不够，产品质量达不到出口标准，有的企业由于外销渠道不畅，产品找不到 市场，生产上不去等诸多原因，甚至造成企业倒闭、艰难维持的情况。 1 2 真空油炸设备的发展概况 关于真空油炸专利文献最早的报道可以追溯到1 9 7 2 年的美国专利 ( u s 3 6 3 5 7 2 2 ) ，该文献提出了原始的封闭式油炸模式。1 9 7 7 年，日本专利 ( n o 2 8 8 6 5 ) 提出油炸香蕉设备及工艺，但是油炸产品的脂肪含量太高，产品品 质较差。1 9 8 3 年和1 9 8 5 年，日本专利( n o 1 8 3 0 4 8 1 9 8 3 和9 2 7 1 8 1 9 8 5 ) 介绍的真 第1 章绪论 空油炸设备在技术上作了较大的改进，原料在真空条件下油炸，并且在真空状态 下脱油。原先真空油炸技术中仍存在的一些缺陷，例如：产品易变形、皱缩，油 炸温度低、时间长，1 9 8 9 年美国专利u s 4 8 2 8 8 5 9 提出了使用预处理技术的真空油 炸果蔬产品的方法和设备，从而对该技术进行了改进。1 9 9 3 年，美国专利 u s 5 1 8 2 9 8 2 设计出了连续型真空油炸设备，从而简化了进料、出料工序，防止了 产品在油炸锅内的沉积，提高了生产效率，改进了产品质量。 日本和我国台湾省在此项技术上发展较快，其技术与设备出现在东南亚地区， 并逐渐向世界各个地区推进。在引进的基础上，我国的食品科研开发机构对低温 真空油炸技术进行了多方位的吸收与创新。1 9 9 1 年，台湾果蔬脆片投资商相继在 内地设厂，1 9 9 3 年列为国家级星火计划开发项目，迅速发展起来。山东同庆商务 有限公司食品工程部在国际同类设备的基础上，经过不懈努力，改进研制的低温 真空油炸设备被评为国家级新产品。1 9 9 5 年，陈淑梅【1 5 】等在“真空油炸脱油设计 一文中提出了对于各种果蔬脆片在真空状态下进行油炸脱油的设备，并论述了该 设备的工作原理、结构特点及设计要求。该设备具有真空油炸与脱油一体完成的 特点。同年，我国成功研制出y z g 5 型低温真空加压浸渍油炸机械，它使我国果 蔬脆片的生产向着连续化、自动化、密闭式、脂肪含量自动监控等方面发展。1 9 9 6 年，北京星印机械有限公司提出了新型真空油炸机的发明专利( c n 2 2 2 3 5 5 y 8 ) ， 该设备提高了单机生产率，缩短了生产周期，成品能最大程度保持原料原有色泽、 风味和营养，极大提高了产品及质量。 1 9 9 9 年，郑晓【1 6 】等在“回油式真空油炸脱油机设计 中介绍了回油式真空油 炸脱油机及系统的结构、工作原理并对主要设计参数进行了分析和计算。该设备 实现了同罐油炸和脱油，主要特征是油炸后，炸罐内热油放出至贮油罐，再进行 离心脱油。2 0 0 0 年，天津商学院夏德昭【1 7 】等在“双锅交替式真空油炸机的设计 中详细阐述了双锅交替式真空油炸机的设计思路、原理。该装置采用双锅，特殊 的快速装卸盛料网篮和可以双向过滤的油过滤器设计，性能优越。另外，还配有 单片机作为控制核心，p c 机作为集中监控，其自动控制技术先进。2 0 0 1 年关逾申 请了一项实用油炸设备专利( c n 2 4 1 9 8 3 y 4 ) 。该装置反应罐中加装了添料器，达 到低温真空油炸操作和脱油处理一次性完成。 1 3 果蔬脆片加工的研究进展 一 果蔬脆片是以新鲜、优质的纯天然水果、蔬菜为原料，。以食用植物油为加热 媒介，在低温真空状态下加热脱水所获得的含水量很低的脆片。果蔬脆片以自然 的色泽，松脆的口感，天然的成分，融合纯天然、高营养、低热量、高纤维、低 脂肪、富含维生素和矿物质的优点，以健康食品或绿色食品的形象，引起了人们 广泛的关注【l 睨。果蔬脆片生产技术开始于8 0 年代初期的台湾，其母体技术是真 2 山东轻工业学院硕士学位论文 空干燥技术。8 0 年代中期，台湾从事果蔬脆片研究的公司开始形成了独特的果蔬 脆片生产技术一真空低温油炸技术。随后，果蔬脆片迅速产业化，为果蔬脆片生 产技术的发展奠定了基础。 8 0 年代末和9 0 年代初，果蔬脆片生产技术在台湾、日本、美国发展很快。国 内外果蔬脆片的工艺流程有以下两种1 2 1 ：1 ) 第一种工艺流程：原料_ 清洗、去皮 _ 杀青_ 浸渍一沥干、冷冻一油炸一脱油_ 冷却_ 筛选_ 包装_ 成品；2 ) 第二种 工艺流程：原料一清洗、去皮叶杀青、浸渍_ 沥干叶油炸、脱油_ 冷却_ 筛选、 包装叶成品。 由于客观经济因素和技术、商业上保密等原因，国外很少有关于真空油炸技 术的理论研究报道，而是主要侧重于常压深层油炸技术【2 2 - 2 6 1 。其中，主要包括以 下几方面的研究：降低产品的脂肪含量，改善产品的品质方面；研究油炸过程中 传热传质规律，建立油炸过程中水分蒸发和脂肪吸收的模型，从而为油炸产品的 生产提供科学的理论预测体系【2 7 税】。国内果蔬脆片j n - r 的研究主要集中在单一的 工艺研究，其生产技术还存在脂肪含量高，产品品质差异大等缺点。 1 4 果蔬脆片的预处理研究进展 果蔬脆片的预处理可以使油炸物料的酶充分失活，保持果蔬原色原味；提高 固形物含量，增加组织强度，防止油炸后果片变形；改善油炸果蔬的某些不良品 味；提高脱水速率；降低产品含油率以及保护油的质量等等。刘勤生【3 5 】等通过正 交试验法对果蔬脆片工艺的冷冻处理及油炸条件对成品的感官指标、水分含量和 水分活度等进行了分析，结果表明，冷冻温度是影响脆片质量的主要因素，优化 了的工艺组合是：冷冻温度。2 2 。c 、时间1 2 h 、油炸温度1 l o 、时间2 5 r a i n 。许牡 丹1 3 6 j 等通过感官评价研究了不同护色液对土豆脆片品质的影响，确定了最佳的条 件。s h y u 3 7 】等研究了果糖浸渍以及冷冻处理对苹果脆片微观结构的影响，确定了 最佳的预处理技术及果糖浓度。 1 5 降低产品脂肪含量和提高产品品质的研究 目前，低能量食品特别是低脂肪食品的发展极为迅速，公众对膳食营养最为 关注的影响因素就是食品中脂肪含量，减少脂肪的摄入被推荐作为提高自身健康 的重要途径之一。因此，许多专家学者致力于降低油炸产品的脂肪含量以及脂肪 吸收机理的研究，对常压深层油炸脂肪的吸收与油炸参数、油的品质以及预处理 技术等条件因素进行了研究( 见表1 1 ) ， 目前，国外在常压深层油炸过程中， 但是许多产品还具有较高的脂肪含量。 降低产品脂肪含量的研究主要有以下几 个方面：第一，改良油炸技术，包括优化油炸参数与离心脱油工艺，或采用预干 燥等技术口8 】；第二，应用各种涂膜技术。由于食品的表面特性可以影响脂肪的吸 3 第1 章绪论 收，许多学者致力于研究各种可食性涂膜材料主要包括：多糖，如改性淀粉、c m c 、 明胶、果胶、葡聚糖等，出现了很多相应的文献与专利资料h 8 】；第三，通过改良 油炸介质。油炸介质质量的改变与脂肪的吸收有关，它的粘度等特性可以影响脂 肪的含量【3 8 , 4 9 】。 表1 1 影响脂肪含量的因素分析表 因素参考 油的品质【j 引d o b a r g a n e s ，m a r q u e z r u i z ，v e l a s c o ( 2 0 0 0 ) 表面活性剂，氧化作用【2 2 。2 3 】 s t i e r ；b l u m e n t h a l ( 1 9 9 1 ，1 9 9 6 ) 重复油炸，减少油和食品p i n t h u s ，s a g u y ( 1 9 9 4 ，1 9 9 5 ) 之间的张力【3 9 4 1 l 产品表面粗糙1 4 2 】 增加表面积【4 3 1 降低油炸温度【3 8 】 多孔性【4 0 1 组成成分畔4 6 1 较高的温度【2 8 1 较小的厚度【2 8 】 预干燥【4 7 】 r u b n o v ，s a g u y ( 1 9 9 7 ) k e l l e r ，e s c h e r ，s o l m s ( 1 9 9 0 ) d o b a r g a n e se ta l ( 2 0 0 0 ) p i n t h u s ，w e i n b e r g ，s a g u y ( 1 9 9 5 ) a n g ( 1 9 8 9 ) ；m a r t i n ，d a v i s ( 1 9 8 6 ) ：m c h t ae ta l ( 2 0 0 1 ) k r o k i d ae ta l ( 2 0 0 0 ) k r o k i d ae ta l ( 2 0 0 0 ) k r o k i d ae ta l ( 2 0 0 1 ) 国内罗庆丰【5 0 】等从真空油炸工艺与设备结构两方面阐述了影响果蔬脆片含油 率的主要因素，并提出了控制含油率的合理参数，指出连续式真空油炸机械是发 展方向。 1 6 果蔬真空油炸过程中传热传质的研究进展 在各种研究课题中，传热传质过程最重要的部分。目前研究比较多的是常压 深层油炸，例如常压深层油炸土_ 豆1 2 7 , 5 1 - 5 2 、玉米粉圆饼圈及香蕉【5 4 】等的传热传质 研究。f a r k a s 等人【”。5 6 】认为油炸过程中的对流传热系数是恒定的两个值，一个值为 水分蒸发之前，一个值为开始出现水分蒸发之后。常压油炸温度为1 7 0 1 9 0 时， 据报道第一个值的范围为2 5 0 3 0 0w m 。2 k - 1 ，第二个值可以提高到1 0 0 0w m - 2 k - 1 。 关于传质模型，a s k e n a z i t 5 7 】等人认为，在常压油炸法式薯条过程中，水分含量 与油炸时间的平方根成正比。g a m b l e t 5 8 】等人也使用同样的模型来描述常压深层油 炸土豆片中传质现象。k o k e m p e l t 5 9 】等学者使用f i c k 第二定律来描述常压深层油炸 过程中水分的损失，并使用零级动力学规律来预测脂肪的吸收。国外许多模型分 析建立在深层油炸的基础上，而国内很多研究都集中在不同产品的油炸工艺方面。 1 9 9 3 年，北京马承佃发明酥脆果蔬片的制备方法及果蔬片的专利，该发明涉及酥 脆果蔬片的制备方法，以及用该方法制得的酥脆果蔬片的品质测定。2 0 0 0 年贵阳 人李东涛发明一项“低温真空油炸薯条的生产方法的专利( n c l 2 6 7 4 7 9 a ) ，该 发明公开了一种低温真空油炸薯条的生产方法。2 0 0 2 年，张炳文【9 j 在“利用低温 4 山东轻工业学院硕士学位论文 真空油炸研发酥脆枣产品”中介绍了真空低温油炸深加工产品酥脆枣子的工艺技 术、操作要点和产品的质量指标。另外，还有真空油炸苹果【6 1 1 、哈密瓜【1 0 1 、子芋 【l l 】、鲮鱼 8 1 、甘薯1 4 1 、土豆【1 3 ，3 q 等类似方法的果蔬脆片工艺的研究报道。 1 7 果蔬脆片贮藏的研究进展 水分是食品的基本成分，油脂的氧化，微生物的生长，风味物质的产生和消 失，质构的改变均和水分有很大的关系。关于食品的稳定性与水分关系的物理量 有水分含量、溶液浓度、平衡相对湿度以及水分活度等，其中可以反映一定温度 条件下，食品物料中水分含量与水分活度的吸附等温理论成为大家研究的热点。 食品在真空脱水油炸过程中，其组织结构发生了很大的变化，如皱缩、塌陷、 相互联结的多孔结构的形成、脂肪的吸入等。这些变化会影响其吸附特性，从而 改变其吸湿行为。物料吸湿过程中的平衡含水率在一定的温度和湿度条件下，表 现在物理化学上的气体向固体表面吸附问题，世界各国学者对吸附理论进行了大 量研究，提出了许多吸附理论和经验模型，来解释水分含量与水分活度的关系【6 2 西卅 ( 见表1 2 ) 。其中，水分活度a w 是建立在食品体系处在一个真正意义的平衡态基 础上的概念。经过食品科学家几十年的努力，已经摸索出水分活度a w 与引起食品 腐败变质的各种相对反应速率之间的关系，其中最经典的是l a b r z a 食品安全图。 水分活度a w 早已成为许多国家的评估食品安全贮藏的国家强制标准。 表1 2 几种常用的等温吸湿平衡含水率模型总汇 模型名称表达公式 b e t 模型( 1 9 3 8 ) 【6 5 】 h e n d e r s o n 模型( a s a e ，1 9 9 1 ) 【6 2 】 m 。= 面瓦丽m o c 雨a w 面西 蜘( 等等) 吾 c h u n ga n dp f o s t 模型( 1 9 6 7 ) 【6 7 删m 。= a + b t n ( 一h 1 口。) h a l s e y 模型( 1 9 4 8 ) 1 6 1 s m i t h 模型( 1 9 4 7 ) 畔】 g a b 模型( 1 9 8 4 ) 1 6 5 p e l e g 模型( 1 9 9 3 ) 1 6 3 】 m e _ ( 盖) 丢 m e = 口+ b l n ( 1 一口。) m 。= 而瓦函m 再o c k 石a w 丽 m 。= k 1 口：l + k 2 口。r 2 5 第1 章绪论 随着食品聚合物理论的提出和发展，用水分活度a w 作为评估食品安全贮藏的 标准是否恰当引起许多学者的重视。s l a d e 和l e v i n e 7 0 。翻认为水分活度a w 不能评估 中等湿度( 0 6 5 a w o 9 5 ) 和低湿度( a w o 6 5 ) 的食品体系，l a b r z a 食品安全图 是将食品腐败变质的动力学过程与水分活度平衡参数牵强地联系起来，具有一定 的局限性，食品腐败还应该和玻璃态温度有着密切的关系。石小琼【l l j 等在子芋真 空油炸最佳工艺的研究中发现，真空油炸子芋的保存期比常压油炸延长到6 个月。 1 8 课题的提出及意义 干燥( 脱水) 是产品生产过程中的重要工序之一，广泛应用于化工、医药、 食品及农副产品加工等诸多领域的单元操作。近年来，随着科学技术的发展，干 燥已不仅仅是对产品实施单元操作的一项技术，它已被作为一种探索新产品、提 高产品质量的新方法。在最近的2 0 年时间里，与干燥技术相关的基础理论研究有 了较大的发展，尤其在改善效率、提高经济方面取得了较大的进展。同时，基于 各学科的相互渗透及人们对社会发展的认识，出现了一些新的加热与干燥技术。 如：真空低温油炸技术、对撞流干燥技术，过热蒸汽干燥技术、脉动燃烧干燥技 术、气体射流干燥技术等。 国际著名干燥专家m u j u m d a r 教授【7 3 】预测干燥技术未来发展趋势仍将沿着实 现：有效利用能源、提高产品质量，减少环境污染，具有操作安全、易于控制等 方向发展【7 4 j 。油炸，作为最古老的烹饪方法之一，是一种使食物从表面到内部的 热脱水和煮制相结合的过程。它具有效率高、受热均匀、节约能源、能给予食品 以特殊的质构和香气、食品的消化吸收率高等特点r 7 5 】。在油炸工艺中，以油脂作 为传热介质，热传递首先通过对流传热将热量传到物料表面，然后以传导方式将 热量传到物料中心，同时还伴随有水分的蒸发以及油脂的吸收，油脂和食品间的 传热传质都是一个复杂的动态平衡过程【5 7 】。 而真空油炸技术是将油炸和脱水作用有机地结合在一起，使样品处于负压状 态下，其绝对压力低于大气压，在这种相对缺氧的情况下进行食品加工，一方面 可以减轻甚至避免氧化作用( 例如脂肪酸败、酶促褐变和其他氧化变质等) 1 1 , 3 6 所带来的危害；另一方面使食品中水分汽化温度降低，能在短时间内迅速脱水， 实现在低温条件下对食品油炸。 热油脂作为食品脱水供热的介质，还能起到改善食品风味的重要作用。真空 油炸技术是采用低温加工，故能保持天然果蔬原有的色泽、风味和营养，顺应了 人类科学膳食之潮流，所以被食品界、营养界誉之为“2 1 世纪的食品 。 真空油炸与传统油炸相比，有以下优势【7 6 8 1 】： 真空可以实现低温干燥。水在汽化过程中压力与温度成正比关系。因此，低 压下可以实现低温干燥，可以保留原果蔬中绝大部分营养成分，而且油炸锅内的 6 山东轻工业学院硕士学位论文 氧气浓度大幅度减少，油炸食品不易褪色、变色、褐变，可以保持原料本身的颜 色。这对于热敏性食品和农副产品的脱水油炸是非常有利的。 真空油炸可消除常压油炸情况下容易产生的产品表面硬化现象。常压油炸， 在被干燥物料表面形成流体边界层，受热汽化的水蒸汽通过流体边界层向空气中 扩散，干燥物内部水分要向表面移动。如果其移动速度赶不上边界面的蒸发速度， 边界层水膜就会破断，被干燥物表面就会出现局部干裂现象，然后扩大到整个外 表面，形成表面硬化。真空油炸物料内和表面之间压差较大，在压力梯度作用下， 水分很快移向表面，不会出现表面硬化。 采用真空油炸，原料在密封状态下被加热。原料中的呈味成分大多数为水溶 性，在油脂中并不溶出，并且随着原料的脱水，这些呈味成分进一步得到浓缩。 因此采用真空油炸技术可以很好地保存原料本身具有的香味。降低油脂劣变程度， 炸用油的劣化包括氧化、聚合、热分解，而以水或水蒸汽与油接触产生水解为主。 在真空油炸过程中，油处于负压状态下，溶于油脂中的气体很快大量逸出，产生 的水蒸汽压力较小，而且油炸温度低，因此，油脂的劣化程度大大降低。 但普通真空油炸脱水技术还存在以下几个问题【擘删： ( 1 ) 产品含油率偏高目前市场上的果蔬脆片存在的主要质量问题是产品含油 率过高。而过高的含油率会带来以下不良后果：增加了脂肪含量，对消费者来 说，高脂肪、高热量无疑不利于身体的健康。增加了产品氧化的可能性，缩短 了货价期。增加了成本，加重了消费者的经济负担。因此，应将产品的含油率 严格控制在一定的范围内，这也是目前亟待解决的大问题。 ( 2 ) 真空油炸技术应用缺乏有关基础性研究的指导。真空油炸技术应用的发展 领先于其基础理论的研究，真空油炸技术应用缺乏基础性研究的指导，因而缺乏 创新和后劲，还停留在传统的加工模式上，大大影响了其健康发展。因此，对真 空油炸技术的基础理论研究，是解决真空油炸工程应用的前提。 ( 3 ) 缺乏真空油炸与其它干燥相联合技术的机理和工艺研究。目前就油炸和渗 透或热风联合干燥问题有不少争议，有人认为渗透或热风预干燥不利于物料的后 期干燥，但渗透或热风预干燥又能减少产品的脂肪含量。因此，总结联合油炸脱 水的机理，确定合理的联合油炸脱水工艺是十分必要的。 ( 4 ) 缺乏对油炸产品进行深入系统的贮藏稳定性研究真空油炸具有膨化作用， 其产品组织呈现多孔结构，因而产品具有较强的吸湿性。而松脆的口感是真空油 炸产品的生命，要保持产品的松脆状态，其水分含量应控制在2 以内。真空油炸 产品具有多孔结构，在孔隙的表面吸附了一层油脂，在产品的贮存过程中，如果 油脂和氧接触则要发生油脂的氧化反应。因此对油炸产品进行深入系统的贮藏规 律与稳定性研究是非常重要的。 马铃薯( p o r t o ，s o l a n u mt u b e r o s u m ) ，茄科茄属一年生草本植物，在世界蔬 7 第1 章绪论 菜中的地位极为重要，主要分布在欧洲、中国、美国，其中我国马铃薯种植面积 居世界第二位。马铃薯块茎水分多、脂肪少、单位体积的热量相当低，营养成分 非常全面，营养结构也较合理，马铃薯所含的维生素c 是苹果的1 0 倍，b 族维生 素是苹果的4 倍，各种矿物质是苹果的几倍至几十倍不等，富有“地下苹果 、“第 二面包”的美称【9 0 - 9 2 。马铃薯食品已成为目前的一种消费时尚。真空油炸薯片最 大限度保持了马铃薯原有色泽，松脆酥香、鲜美可口、营养丰富、老少皆宜，风 靡全球，成为最受欢迎的休闲食品之一。 1 9 本论文的主要内容 基于以上存在的问题，深入研究真空油炸以及真空油炸与渗透脱水联合干燥 基础理论以及其贮藏稳定性是十分重要。本论文以马铃薯为试验原料，通过对真 空油炸脱水技术进行深入的理论分析和试验研究，探讨其水分蒸发与脂肪吸收机 理机制。研究和分析的结果对于指导真空油炸工艺，改进现有油炸产品品质，提 高能源利用率具有重要的指导意义和参考价值。 本文主要进行以下几个方面的工作： 1 、为改善薯片品质，本论文采用正交实验优化最佳护色液，并通过感官品评、 光学显微镜等方法，分析漂烫、浸渍、冷冻预处理对油炸薯片品质的影响。 2 、由于油炸和脱油参数均会影响产品的脂肪含量和其品质，国内外学者提出 了许多不同的见解。为此，本论文对马铃薯进行真空油炸结合真空脱油实验研究。 探讨影响真空油炸产品品质的影响因素及优化真空油炸的工艺参数。将各种因素 综合考虑，考察油炸后物料各个指标的变化，以求得各因素水平与油炸指标之间 的关系及最佳的油炸工艺参数。 3 、针对目前国内外两种主体果蔬脆片生产技术中存在脂肪含量较高的问题， 本文系统研究了马铃薯真空油炸结合渗透脱水技术降低脂肪的方法，并建立马铃 薯联合油炸脱水的数学模型。 4 、探讨真空油炸薯片在不同贮藏条件下的贮藏稳定性，并对其等温吸湿规律 进行了研究。 8 山东轻工业学院硕士学位论文 第2 章预处理对原料以及真空油炸脆片品质的影响 随着经济和科技的发展，人们更加注重产品的品质。而真空油炸产品的品质 不仅取决于真空油炸脱水工艺本身，而且极大程度上受到油炸脱水前各种预处理 技术的影响凹】。为了提高脱水速度，保证或改善油炸产品的品质，满足产品形状 和大小方面的特殊要求，在果蔬真空油炸脱水前，对原料进行预处理是非常必要 的。 本章以新鲜的马铃薯为原料，研究不同预处理技术对马铃薯原料以及薯片品 质的影响，并对其机理进行分析和探讨。 2 1 材料与仪器 2 1 1 试验材料 马铃薯，购于长清农贸市场；精制棕榈油u n i v e r - 1 0 0 e ，不二制油( 张家港) 有限公司；d 异抗坏血酸钠，郑州市拓洋实业有限公司；标准维生素c ，天津市 化学试剂三厂；氯化钠、麦芽糖、糊精、盐酸、氢氧化钠、无水乙醚、乙醇、福 尔马林、冰醋酸、二甲苯、戊二醛、n a 2 h p 0 4 、n a h 2 p 0 4 、四氧化锷、醋酸异戊酯 均为分析纯。 2 1 2 试验仪器 塑料薄膜封口机f r 2 0 0 型 精制棕榈油u n e r 1 0 0 e 海皇牌精炼棕榈液油 真空低温油浴脱水设备x s d f m 6 0 一i 杀青锅x s d s q 切片机x s d q 清洗槽x s d q x s z c - b 脂肪测定仪 t a x t 2 i 质构仪 分析天平 电热恒温鼓风干燥箱 b x 5 1 偏光显微镜 7 2 1 系列紫外可见分光光度计 精密p h 计p b l 0 a d f m v 3 0 0 型气调包装机 9 瑞安市天马包装机械制造有限公司 不二制油( 张家港) 有限公司 新加坡郭兄弟粮油私人有限公司 济南新斯达机械有限公司 济南新斯达机械有限公司 济南新斯达机械有限公司 济南新斯达机械有限公司 上海纤检仪器有限公司 英国s t a b l em i c r os y s t e m 公司 北京赛多利斯仪器系统有限公司 上海精宏试验设备有限公司 o i 肿u s 公司 天津市拓普仪器有限公司 北京赛多利斯仪器系统有限公司 张家港恒忠包装机械厂 第2 章预处理对原料以及真空油炸薯片品质的影响 2 2 试验指标的测定 2 2 1 维生素c 含量的测定【9 5 母6 j 1 、标准曲线的制作：准确称量抗坏血酸1 0 m g ，加2 m l l 0 盐酸，加蒸馏水 定容至1 0 0 m l ，混匀。取带塞刻度试管1 0 支分别加入标准抗坏血酸0 1 - 1 0 m l ， 加蒸馏水至1 0 m l 。以蒸馏水为空白，在2 4 3 n m 处测定标准系列抗坏血酸溶液的消 光值，以抗坏血酸的含量为横坐标，以相应的消光值为纵坐标作标准曲线。 2 、样品的测定：将果蔬样品切碎、混匀。称取5 0 0 9 于砚钵中，加入2 5m l l 盐酸，均浆，转移到2 5 m l 容量瓶中，稀释到刻度。取0 1 0 2 m l 提取液，放入盛 有0 4m l l 0 盐酸的1 0 m l 容量瓶中，用蒸馏水稀释到刻度后摇晕。以蒸馏水为空 白，在2 4 3 n m 处测定其消光值。取0 1 0 2 m l 提取液、2 m l 蒸馏水和0 8 m l l m o l l 氢氧化钠溶液依次放入1 0 m l 容量瓶中，混匀，1 5 m i n 后加入o 8 m l l 0 盐酸，混 匀，并定容至刻度。以蒸馏水为空白，在2 4 3 n m 处测定其消光值。由待测样品和 待测碱处理样品的消光值之差差标准曲线，即可计算出样品中维生素c 的含量。 v c 的含量( 鹇g ) = 黑1 0 0 ( 2 1 ) v 1xm g 式中m 从标准曲线上查得的抗坏血酸的含量，鹇 v 1 测消光值时吸收样品样品溶液的体积，m l v 局样品定容体积，m l m 葛样品质量，g 2 2 2 脂肪含量的测定【9 7 - 9 9 用分析天平准确称取油炸薯片样品2 9 左右。先在滤纸筒内底部塞一层脱脂棉， 然后将试样转入筒内，再用脱脂棉盖在试样上面，于1 0 5 电烘箱烘3 0 m i n 。油炸 薯片样品在5 0 m l 无水乙醚4 5 预热浸泡1 h 后，5 0 直滴抽提1 5 h ，然后进行约 1 5 m i n 的溶剂回收，最后转入1 0 5 电烘箱烘4 5 m i n ，冷却、称重，计算粗脂肪含 量。 粗脂肪( 干基，) ：竺凸1 0 0 ( 2 2 ) m ( 1 一x