單金卉，陳季旺,2，曾 恒，夏文水,3，王 琦,2，熊幼翎,2

(1.武漢輕工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023； 2.農(nóng)產(chǎn)品加工湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430023；3.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

炸用油品質(zhì)對(duì)外裹糊魚(yú)塊深度油炸過(guò)程中傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)的影響

單金卉1，陳季旺1,2，曾 恒1，夏文水1,3，王 琦1,2，熊幼翎1,2

(1.武漢輕工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023； 2.農(nóng)產(chǎn)品加工湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430023；3.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

為了研究炸用油品質(zhì)對(duì)外裹糊魚(yú)塊深度油炸過(guò)程中傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)的影響，本試驗(yàn)將基本外裹糊魚(yú)塊分別在新鮮和加熱10 h的大豆油中170℃油炸30、60、90、120、150、180 s，測(cè)定油炸外裹糊魚(yú)塊水分和油脂含量，采用菲克第二定律(Fick's second law)和一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(First order kinetic model)分析油炸過(guò)程中的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)。結(jié)合表面油脂和表面滲透油脂含量的變化，及蘇丹紅染色試驗(yàn)?zāi)M油脂吸收，探討炸用油品質(zhì)影響外裹糊魚(yú)塊深度油炸過(guò)程中傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)的機(jī)制。結(jié)果顯示，兩組油炸外裹糊魚(yú)塊外殼水分含量隨時(shí)間的增加而降低，魚(yú)塊水分含量先降低后升高再降低；新鮮大豆油組外殼油脂含量在0—120 s升高，120—180 s降低，加熱10 h大豆油組外殼油脂含量在0—150 s升高，150—180 s降低。菲克第二定律擬合的水分蒸發(fā)的傳質(zhì)系數(shù)分別為0.0058(10 h)和0.0045(0 h)，一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合的油脂吸收的傳質(zhì)系數(shù)分別為0.058(10 h)和0.057(0 h)。與新鮮大豆油組相比，加熱10 h大豆油組水分含量明顯減少，油脂和表面油脂含量明顯增加，蘇丹紅染色油脂滲入外裹糊魚(yú)塊較深，說(shuō)明炸用油品質(zhì)顯著影響了外裹糊魚(yú)塊深度油炸過(guò)程中的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)。隨著加熱時(shí)間延長(zhǎng)，油脂氧化成的醛、酮、羥基增多，易發(fā)生聚合和氧化聚合作用，生成帶支鏈的二聚體、三聚體等極性物質(zhì)，炸用油的黏度增加，導(dǎo)致傳質(zhì)系數(shù)較大。

深度油炸；外裹糊魚(yú)塊；水分含量；油脂含量；傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)

1 前言

油炸食品在油炸過(guò)程中炸用油會(huì)發(fā)生氧化、水解、熱聚合等一系列化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生游離脂肪酸、聚合物等極性有害物質(zhì)，這些降解產(chǎn)物會(huì)增加油炸食品中油脂的含量，影響油炸食品的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1-5]，有的甚至對(duì)人體健康有害[6-7]。Song等[8]研究了油脂的極性對(duì)油炸雞翅油脂含量的影響。結(jié)果顯示，采用較低溫度的新鮮油油炸雞翅的油脂含量較低。Blumenthal等[9]研究表明在炸用油中極性成分(磷脂、皂化物、單甘酯、雙甘酯和極性聚合物)的含量為15—25%，中性油(甘油三脂肪酸酯)的含量控制在75—85%的條件下，可使油炸食品的油脂含量適中，品質(zhì)最好。GiL等[10]發(fā)現(xiàn)當(dāng)炸用油中的不飽和脂肪酸含量增加、飽和脂肪酸含量降低時(shí)，油炸食品中油脂的吸收量增加。因此，油炸食品的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中控制炸用油的品質(zhì)非常必要。

目前，研究外裹糊食品在不同品質(zhì)炸用油中深度油炸的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)的報(bào)道較少。Adedeji等[11]研究了油炸外裹糊雞塊在深度油炸過(guò)程中的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)，微波蒸煮與溫度的交互作用顯著減少了油炸外裹糊雞塊外殼的水分含量。Ngadi等[12]將外裹糊雞塊在三種溫度(150、170、190℃)油炸1—4 min和在三種溫度(200、220、240℃)烤箱烘烤雞塊5—15 min，分析了不同烹調(diào)方法對(duì)外裹糊雞塊傳質(zhì)特性的影響，并采用菲克第二定律(Fick's second law)和阿烏尼絲方程(Arrhenius formula)模擬了外裹糊雞塊深度油炸過(guò)程中水分蒸發(fā)的動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明：油炸時(shí)間少于2 min或烤箱烘烤低于15 min時(shí)，外裹糊雞塊水分含量迅速降低。

我們前期研究發(fā)現(xiàn)炸用油極性、黏度、介電常數(shù)顯著影響了油炸外裹糊魚(yú)塊的水分和油脂含量，有關(guān)炸用油品質(zhì)對(duì)外裹糊魚(yú)塊深度油炸過(guò)程中傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)的影響還不清楚。本試驗(yàn)將外裹糊魚(yú)塊分別在新鮮和加熱10 h大豆油中170℃油炸30、60、90、120、150、180 s，測(cè)定油炸外裹糊魚(yú)塊的水分及油脂、表面油脂和表面滲透油脂含量，采用菲克第二定律和一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(First order kinetic model)分析油炸過(guò)程中的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)，及蘇丹紅染色試驗(yàn)?zāi)M油脂吸收，探討外裹糊魚(yú)塊在不同品質(zhì)炸用油中深度油炸的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)及形成機(jī)制，以為低脂油炸外裹糊魚(yú)塊的規(guī)?；a(chǎn)提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

新鮮草魚(yú)、金龍魚(yú)大豆油購(gòu)于武漢武商量販常青花園店；中筋小麥粉購(gòu)于武漢市太陽(yáng)行食品有限責(zé)任公司；玉米淀粉(淀粉含量90.1%)購(gòu)于山東金城股份有限公司；面包糠購(gòu)于無(wú)錫金皇花食品有限公司；食鹽購(gòu)于湖北鹽業(yè)集團(tuán)有限公司；雙效泡打粉(碳酸氫鈉、葡萄糖酸-α-內(nèi)酯、磷酸二氫鈉、碳酸鈣、玉米淀粉、檸檬酸)購(gòu)于安琪酵母股份有限公司；無(wú)水乙醚(分析純)購(gòu)于天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

2.2 儀器與設(shè)備

YZ-3032-BC油炸鍋：廣東友田電器有限公司；101-1-BS電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；XSP-BM-4C光學(xué)顯微鏡：上海彼愛(ài)姆(BM)光學(xué)儀器制造有限公司；RW20.n精密攪拌機(jī)：德國(guó)IKA公司；UV-2100紫外分光光度計(jì)：上海尤尼柯儀器公司；脂肪測(cè)定儀：浙江托普儀器。

2.3 方法

2.3.1 油炸外裹糊魚(yú)塊制備工藝流程

新鮮草魚(yú)(去頭、內(nèi)臟等，冷凍貯藏)

↓

流水解凍→切塊修整→脫腥→腌制→掛糊粘糠→油炸→自然冷卻→裝袋備用

↑

加水勻漿←調(diào)粉混合

圖1 油炸外裹糊魚(yú)塊制備工藝流程

2.3.2 制作魚(yú)塊

2.3.2.1 流水解凍及漂洗修整

將購(gòu)買(mǎi)的新鮮草魚(yú)去除內(nèi)臟，清洗干凈，冷凍貯藏。把冷凍好的草魚(yú)在流水中解凍，然后切塊，將魚(yú)塊修整至大小厚薄基本一致(4.2 cm×1.7 cm×1.7 cm)。

2.3.2.2 脫腥腌制

用2%的茶液以固液比1:1浸泡脫腥2 h，然后加入3%的食鹽腌制0.5 h。

2.3.2.3 裹糊油炸

取處理好的魚(yú)塊放入混合均勻的糊中，保證魚(yú)塊外表與糊全部接觸，浸沒(méi)10 s后緩慢取出，稍淋15 s，再放入糊中進(jìn)行二次裹糊和三次裹糊。取出魚(yú)塊，待糊不成股滴下，放入面包糠中，使面包糠均勻覆蓋在魚(yú)塊表面。在鼓風(fēng)干燥箱中干燥6 h，然后使用新鮮的大豆油在160、170、180 ℃條件下油炸30、60、90、120、150、180 s，將油炸好的魚(yú)塊放入不銹鋼濾網(wǎng)中自然瀝去表面多余的油脂。

室溫下冷卻60 min后將油炸外裹糊魚(yú)塊外殼與魚(yú)塊分離粉碎后測(cè)定其水分和油脂含量。

2.3.3 水分含量的測(cè)定

參照GB 5009.3-2010《食品中水分的測(cè)定》。取潔凈鋁制的扁形稱(chēng)量瓶，置于101—105 ℃ 干燥箱中，瓶蓋斜支于瓶邊，加熱1 h，取出蓋好，置干燥器內(nèi)冷卻0.5 h，稱(chēng)量，并重復(fù)干燥至前后兩次質(zhì)量差不超過(guò)2 mg， 即為恒重。將外殼與魚(yú)塊分開(kāi)處理至直徑不超過(guò)2 mm顆粒，稱(chēng)取2—10 g外殼或魚(yú)塊(精確至0.0001 g)，放入此稱(chēng)量瓶中，試樣厚度不超過(guò)5 mm，如為疏松試樣，厚度不超過(guò)10 mm，加蓋，精密稱(chēng)量后，置101—105 ℃干燥箱中，瓶蓋斜支于瓶邊，干燥2—4 h后，蓋好取出，放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h后稱(chēng)量。然后再放入101—105 ℃干燥箱中干燥1 h左右，取出，放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h后再稱(chēng)量。并重復(fù)以上操作至前后兩次質(zhì)量差不超過(guò)2 mg，即為恒重。

2.3.4 油脂含量的測(cè)定

參照GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測(cè)定》。將外殼粉碎至1—2 mm，再把2—5 g粉碎后的外殼(精確值0.001 g)轉(zhuǎn)移到墊有棉花的抽提套筒中(如果使用濾紙，需將外殼包在濾紙中)。將裝有外殼的抽提套筒放入抽提器中，在燒瓶?jī)?nèi)倒入足夠量的溶劑(石油醚)，將燒瓶和抽提器連在一起，并置于電熱設(shè)備上加熱，使其回流速度達(dá)到至少每秒3滴(溫和加熱)抽提8 h后冷卻。記錄抽提前恒重的燒瓶質(zhì)量和抽提后燒瓶與抽提物共同的質(zhì)量，根據(jù)式(1)計(jì)算油脂含量。

W=(m2-m1)/m0

(1)

式中：

W—油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

m1—燒瓶質(zhì)量/g

m2—抽提后燒瓶與抽提物共同的質(zhì)量/g

近年來(lái)各種反腐制度委實(shí)出臺(tái)不少，但是反腐敗效果甚微，這與制度本身存在“空洞”有關(guān)。有些制度表面光鮮好看，內(nèi)在“空洞”比比皆是。因此建立《反腐敗法律立改廢檢查制度》，將那些藏著掖著的“條條款款”、不合法、不廉潔、不規(guī)范的條文及時(shí)剔除，壓縮制度腐敗存在的空間和發(fā)生的幾率。及時(shí)修補(bǔ)剔除空洞滯后的反腐敗法律法規(guī)，無(wú)疑具有亡羊補(bǔ)牢的積極效用。［9］

m0—樣品質(zhì)量/g

2.3.4.1 表面油脂和表面滲透油脂含量的測(cè)定

參照Bouchon等[13]稍做修改。在250 mL的燒杯中加入150 mL的石油醚，將待測(cè)油炸外裹糊魚(yú)塊放入溶劑中沖洗10 s，再轉(zhuǎn)入250 mL恒重的圓底燒瓶中(m1)，蒸發(fā)溶劑至恒重m2，表面油脂的質(zhì)量m=m2-m1。

表面滲透油脂的測(cè)定：

(1)將不同濃度(0.4、0.5、0.55、0.6、0.7 g/L)的蘇丹紅油溶液用石油醚以體積比稀釋20倍在510 nm處測(cè)其吸光度。以濃度為縱坐標(biāo)，吸光值為橫坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(2)用溶劑萃取法提取已經(jīng)除去表面油脂的外裹糊魚(yú)塊的油脂，將油脂用石油醚以體積比稀釋20倍，在510 nm處測(cè)吸光度。根據(jù)標(biāo)注曲線算出對(duì)應(yīng)的蘇丹紅油液的濃度得出表面滲透油脂的質(zhì)量。

m=提取出的油的質(zhì)量×對(duì)應(yīng)的蘇丹紅油液的濃度/蘇丹紅油液的濃度

蘇丹紅B試劑是一種脂溶性染料，不溶于水，可以隨煎炸油一起發(fā)生滲透作用[14]。在油炸鍋中加入1.5 L大豆油，然后加入0.75 g蘇丹紅B試劑，將油加熱至60℃，維持4 h，使染料和油充分混合均勻[15]。將干燥后的外裹糊魚(yú)塊放入染色油中油炸，自然冷卻后將魚(yú)塊剖開(kāi)，切成薄片，用光學(xué)顯微鏡觀察染色結(jié)果，放大倍數(shù)為4×。

2.3.6 傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究

油炸操作是一個(gè)脫水過(guò)程，包括了傳熱和傳質(zhì)兩個(gè)部分[16]。傳質(zhì)過(guò)程以食品損失水分和吸入油脂為特征。為建立油炸過(guò)程中水分遷移模型，本試驗(yàn)采用菲克第二定律來(lái)描述油炸過(guò)程中水分損失過(guò)程[17]。

油炸過(guò)程中的水分損失和油脂吸收被認(rèn)為是擴(kuò)散控制過(guò)程水分?jǐn)U散方程如式(2)：

(2)

其中M是瞬時(shí)水分量，t是時(shí)間，D是有效水分?jǐn)U散系數(shù)，x為樣品的中心。油炸外裹糊魚(yú)塊由外殼與內(nèi)部魚(yú)塊組成，是一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)，且外裹糊魚(yú)塊最初的水分含量與油炸后的溫度分布不均勻，不滿足菲克第二定律適用條件，因此將外殼單獨(dú)用菲克第二定律擬合。

將油炸外裹糊魚(yú)塊外殼假設(shè)成無(wú)限小的平板傳質(zhì)過(guò)程發(fā)生于外殼的兩面[18]，如式(3)。其中M0為初始水分含量。

(3)

而當(dāng)油炸過(guò)程達(dá)到平衡態(tài)的時(shí)候，假設(shè)水分含量忽略不計(jì)，如式(4)。M/M0為水分比。

(4)

對(duì)于油炸過(guò)程中的油脂吸收過(guò)程，Krokida[19]等提出采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(First order kinetic model)描述，如式(5)。其中FC為瞬時(shí)油脂含量，C0為平衡油脂含量。

FC=C0[1-exp(-kt)]

(5)

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果采用SPSS分析差異顯著性(P<0.05)，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。數(shù)據(jù)按照公式(4)和(5)處理，采用 OriginPro 8.5進(jìn)行非線性擬合分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 油炸外裹糊魚(yú)塊的水分含量

加熱10 h大豆油和新鮮大豆油分別油炸外裹糊魚(yú)塊后的魚(yú)塊和外殼水分含量見(jiàn)下表1。魚(yú)塊水分含量0—30 s降低，30—60 s升高，60—180 s降低；外殼水分含量0—180 s持續(xù)降低。

表1 炸用油品質(zhì)對(duì)油炸外裹糊魚(yú)塊水分含量的影響

水分含量/(g/g)油炸時(shí)間/s 加熱10h大豆油新鮮大豆油魚(yú)塊/%外殼/%魚(yú)塊/%外殼/%074.13±0.85a18.04±0.21a74.72±1.17a18.42±0.31a3072.43±1.12ab12.25±0.22b71.52±1.22ab13.06±0.32b6073.21±2.16bc9.32±0.31c72.89±2.28c10.39±0.51c9071.55±2.37bc8.65±0.33cd71.62±2.31cd9.69±0.63cd12070.09±2.39cd7.50±0.42de70.87±2.35d8.82±0.62de15068.74±2.44d7.21±0.58e70.11±2.14e8.06±0.78e18066.58±2.46d6.73±0.62e69.12±1.36e6.95±0.82e

注:同一列數(shù)字的不同字母表示差異顯著(P≤0.05)

油炸初期，外裹糊表面水分迅速蒸發(fā)，開(kāi)始形成外殼；同時(shí)，魚(yú)塊中的水分逐漸轉(zhuǎn)變成為水蒸汽，遷移到外殼，導(dǎo)致0—30 s魚(yú)塊水分含量降低；30—60 s時(shí)，外殼溫度升高，而這一過(guò)程主要是對(duì)流換熱，使得魚(yú)塊溫度較外殼溫度低，外殼與魚(yú)塊之間形成負(fù)的壓強(qiáng)差，一部分水分由于負(fù)壓的作用遷移到魚(yú)塊，使得30—60 s魚(yú)塊水分含量增加；隨著油炸過(guò)程的進(jìn)行，魚(yú)塊與外殼的溫度達(dá)到一致，負(fù)壓消失，魚(yú)塊內(nèi)部自由水經(jīng)外殼蒸發(fā)，自由水含量逐漸減少，導(dǎo)致魚(yú)塊水分含量在60—180 s下降。

初始和表面加熱階段，水蒸汽溢出，多孔通道很快形成，外殼的水分逐漸轉(zhuǎn)變成為水蒸汽，不斷地從外殼孔隙向外涌出，導(dǎo)致0—30 s外殼水分損失速率較快，水分含量迅速降低；30—60 s時(shí)，水蒸汽劇烈蒸發(fā)，外殼表面形成大的氣孔、裂縫，使得外殼中水分蒸發(fā)速度加快。由于高溫引起外裹糊中的淀粉糊化、蛋白質(zhì)凝膠等，外殼層增厚，使得魚(yú)塊蒸發(fā)到外殼的水分一部分滯留在外殼區(qū)，外殼水分含量降低趨勢(shì)減緩；60—180 s時(shí)，外殼中的自由水含量減少，水分損失的速率減小，外殼中水分含量緩慢降低。

表1中數(shù)據(jù)還顯示，相同油炸時(shí)間，使用加熱10 h的大豆油深度油炸外裹糊魚(yú)塊后測(cè)得的魚(yú)塊和外殼水分含量均比使用新鮮大豆油的小，說(shuō)明不同品質(zhì)的同一種煎炸油對(duì)油炸外裹糊魚(yú)塊的水分遷移有一定的影響。衡量油脂質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)很多，主要以極性成分[20]、多聚體[21]、環(huán)狀化合物[22]、游離脂肪酸的含量變化為標(biāo)準(zhǔn)。與新鮮大豆油相比，170℃加熱10 h的大豆油的酸值、羰基價(jià)、黏度、介電常數(shù)均呈上升趨勢(shì)，硫代巴比妥酸的反應(yīng)物(TBABS值)呈先增大后減小再增大的不規(guī)則變化，但總體呈上升趨勢(shì)[23]。0—90 s時(shí)，加熱10 h的大豆油組水分損失較快。這是因?yàn)樾迈r大豆油界面張力較大，魚(yú)塊表面蒸發(fā)的水分會(huì)與大豆油分層，阻礙水分蒸發(fā)，而加熱10 h的大豆油極性成分增多，界面張力減小，油與水形成乳狀液，水分損失加快[24]。90—180 s時(shí)，加熱10 h的大豆油組水分損失速率較慢，一方面可能是由于油脂的極性成分或大的聚合物聚集到外殼表面阻礙了水分的均勻蒸發(fā)[25]；另一種可能是油脂黏度增大，外殼表面附著的油脂增加，有效阻止了魚(yú)塊和外殼水分的蒸發(fā)。Tseng 等[26]也報(bào)道過(guò)大豆油在油炸30 h后，傳熱系數(shù)明顯下降且與油脂的黏度呈負(fù)相關(guān)性。

3.2 油炸外裹糊魚(yú)塊外殼的油脂含量

加熱10 h大豆油和新鮮大豆油分別油炸外裹糊魚(yú)塊后的油脂含量見(jiàn)表2。加熱10 h大豆油組油脂含量0—150 s升高，150—180 s降低；新鮮大豆油組油脂含量0—120 s升高，120—180 s降低。

表2 炸用油品質(zhì)對(duì)外油炸裹糊魚(yú)塊油脂含量的影響

油脂含量 (g/g)油炸時(shí)間/s 外殼/%加熱10h大豆油新鮮大豆油01.52±0.21e1.66±0.30d3027.70±048d26.69±0.54d6029.32±0.33c29.02±0.46bc9031.63±0.28ab30.98±0.42b12032.14±0.20a31.58±0.29a15032.67±0.24a29.73±0.39b18030.19±0.37c27.79±0.52d

注:同一列數(shù)字的不同字母表示差異顯著(P≤0.05)

外裹糊食品深度油炸過(guò)程中的吸油機(jī)理主要有水分替代、冷卻相作用和界面活性劑理論[27]。根據(jù)水分替代理論，油炸外裹食品中吸收的油脂主要是替代油炸過(guò)程中蒸發(fā)的水分[28]；冷卻相作用描述了油脂的吸收主要發(fā)生在外裹糊食品從熱油中取出到冷卻的階段[29]；界面活性劑理論假設(shè)油的吸收與煎炸油和水的界面張力及接觸角有關(guān)[30]。

0—30 s時(shí)，外殼水分劇烈蒸發(fā)，油脂一部分進(jìn)入外殼水分蒸發(fā)后留下的孔隙，一部分附著在外殼表面，使得油脂吸收的速率較快，油脂含量迅速升高；30—60 s，魚(yú)塊和外殼水分大量蒸發(fā)，致使外殼表面形成大量的孔洞，外殼水分損失加劇，進(jìn)入外殼油脂增多，油脂含量升高；60—120 s時(shí)，由于淀粉糊化、蛋白質(zhì)凝膠等因素，外殼層厚度增加，因此油脂含量緩慢增加；120—180 s時(shí)，一方面因傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)速率隨油炸時(shí)間逐漸減小，水蒸汽對(duì)油脂進(jìn)入魚(yú)塊的阻力減小[31]，且蛋白質(zhì)凝膠作用形成的凝膠膜的破裂也減小了油脂進(jìn)入魚(yú)塊的阻礙，致使外殼滲入魚(yú)塊的油脂增加；另一方面油脂極性、黏度的增大[27]，附著在外殼表面的油脂阻礙了油脂進(jìn)入外殼，總的油脂含量沒(méi)有明顯增加，而油脂的吸收主要發(fā)生在外裹糊魚(yú)塊從熱油中取出到冷卻的階段，魚(yú)塊在冷卻過(guò)程中由于負(fù)壓的作用通過(guò)外殼的裂縫滲入魚(yú)塊水分蒸發(fā)后留下的氣孔中，使得外殼油脂含量減小。油脂的極性和黏度變化可能引起加熱10 h大豆油組油脂含量降低時(shí)間推遲(0—150 s降低)。油炸后期，隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，煎炸油的氧化速度加快，氧化成醛、酮、羥基等產(chǎn)物增多，容易發(fā)生聚合和氧化聚合作用，生成二聚體、三聚體等聚合物，導(dǎo)致油脂黏度增大、外殼表面附著的油脂增多，阻礙了油脂滲入魚(yú)塊，使得滲入魚(yú)塊的油脂較少[32, 33]；油脂黏度的增大也使得冷卻期間瀝掉的油脂減少，導(dǎo)致0—150 s油脂含量持續(xù)升高。Ufheil等[25]認(rèn)為降解油中聚合物可能阻礙油的吸收，使油很難滲入食品內(nèi)導(dǎo)致吸油量減少；同時(shí)也減少了食品上瀝掉的油量，增加了吸油量。150—180 s油脂含量降低的原因可能是油炸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，外殼微觀結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，水蒸氣大量溢出，冷卻過(guò)程中外殼油脂大量被吸入。

3.3 傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型

3.3.1 水分蒸發(fā)動(dòng)力學(xué)

將水分比值(Mr)代入到公式(3)，通過(guò)Origin數(shù)據(jù)軟件擬合不同油炸溫度的水分?jǐn)U散模型參數(shù)的結(jié)果見(jiàn)表3。菲克第二定律擬合的水分蒸發(fā)的傳質(zhì)系數(shù)分別為0.0058(10 h)和0.0045(0 h)。水分?jǐn)U散系數(shù)隨加熱時(shí)間的增加而增大，說(shuō)明炸用油品質(zhì)顯著影響了外裹糊魚(yú)塊的水分蒸發(fā)。

表3 不同品質(zhì)炸用油的水分?jǐn)U散模型參數(shù)

炸用油品質(zhì)/hkn/(s-1)R200.00450.88100.00580.86

3.3.2 油脂吸收動(dòng)力學(xué)

將試驗(yàn)得到的外殼油脂含量(FC)代入到公式(4)中，結(jié)果見(jiàn)表4。C0為平衡油脂含量，k為速率常數(shù)。一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合油脂吸收的傳質(zhì)系數(shù)分別為0.058(10 h)和0.057(0 h)。加熱10 h的新鮮大豆油組油脂吸收的傳質(zhì)系數(shù)高于新鮮大豆油組，說(shuō)明炸用油品質(zhì)影響了外裹糊魚(yú)塊的油脂吸收。

表4 不同品質(zhì)炸用油的吸油模型參數(shù)

炸用油品質(zhì)/hKn/s-1C0/(g/g)R200.05731.580.96100.05832.670.98

3.4 表面油脂和表面滲透油脂含量

油炸外裹糊魚(yú)塊的表面油脂和表面滲透油脂含量見(jiàn)表5。表面油脂為冷卻后附著在外殼表面的油脂，表面滲透油脂主要是在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的，由于內(nèi)部水分蒸發(fā)，外裹糊魚(yú)塊內(nèi)部呈現(xiàn)負(fù)壓狀態(tài)，導(dǎo)致表面油脂滲入，即冷凝吸油，油炸結(jié)束以后依附在食品表面的油脂越多，在冷卻過(guò)程中就越容易滲入到魚(yú)塊內(nèi)部[13, 28]。

表5 炸用油品質(zhì)對(duì)外油炸裹糊魚(yú)塊油脂含量的影響

油脂含量/(g/g)油炸時(shí)間/s 加熱10h大豆油/%新鮮大豆油/%表面油脂表面滲透油脂表面油脂表面滲透油脂302.66±0.15a7.12±0.22b1.47±0.22ab6.25±0.22b603.06±0.12ab8.57±0.31c2.51±0.28c6.77±0.41c903.56±0.26bc10.44±0.33cd2.60±0.51cd8.92±0.53cd1203.85±0.37bc11.02±0.42de2.69±0.65d10.43±0.52de1504.04±0.39cd12.17±0.58e1.96±0.14a12.12±0.68e1802.66±0.19a14.41±0.62e1.84±0.36c13.31±0.72e

注:同一列數(shù)字的不同字母表示差異顯著(P≤0.05)

油炸初期(0—30 s)，油脂滲入外殼孔隙和裂縫，油脂含量升高；冷卻階段，一部分油脂滲入魚(yú)塊，此時(shí)魚(yú)塊因水分蒸發(fā)后留下的孔隙小且少，進(jìn)入魚(yú)塊的油脂也較少，大部分油脂附著在外殼，因此30—150 s表面油脂含量升高。油炸后期(150—180 s)，魚(yú)塊水分大量蒸發(fā)，孔隙變大、增多，隨著魚(yú)塊自由水含量的減少，進(jìn)入魚(yú)塊的油脂增加；油脂極性和黏度的增大阻礙了油脂進(jìn)入外殼，使得進(jìn)入魚(yú)塊的油脂沒(méi)有明顯增多，冷卻過(guò)程中由于負(fù)壓的作用大量油脂滲入魚(yú)塊；并且蛋白質(zhì)凝膠作用形成的凝膠膜的破裂可能減小了油脂進(jìn)入魚(yú)塊的阻礙，滲入魚(yú)塊的油脂增加，致使150—180 s表面油脂含量降低，表面滲透油脂含量持續(xù)升高。加熱10 h的大豆油組表面油脂含量0—150 s升高，150—180 s降低，與外殼油脂含量變化趨勢(shì)相同。表面油脂和表面滲透油脂含量的變化驗(yàn)證了外殼油脂含量變化的原因。

3.5 蘇丹紅染色試驗(yàn)

光學(xué)顯微鏡下觀察的油炸外裹糊魚(yú)塊油脂吸收結(jié)果見(jiàn)圖2，其中A、B分別代表加熱10 h的大豆油和新鮮大豆油在170 ℃分別油炸外裹糊魚(yú)塊30、60、90、120、150、180 s的蘇丹紅染色圖。

圖2 油炸外裹糊魚(yú)塊的蘇丹紅染色圖

從圖2中可以看出，新鮮大豆油油炸的外裹糊魚(yú)塊紅色部分主要分布在外殼，在魚(yú)塊與外殼交界處也有少量紅色，這說(shuō)明油的吸收主要是在外殼以及外殼和魚(yú)塊的交界處，較少進(jìn)入到魚(yú)塊中心部分，Bouchon等[34]也利用紅外熱像儀測(cè)定了油在薯片中滲透的深度僅為300～400μm。加熱10 h的大豆油油炸的外裹糊魚(yú)塊外側(cè)紅色部分范圍相對(duì)增加，外殼與魚(yú)塊交界處的紅色部分也略有增加，表明表面滲透油脂的含量逐漸增加。

4 結(jié)論

(1)與新鮮的大豆油相比，170℃條件下加熱10 h的大豆油深度油炸外裹糊魚(yú)塊的水分含量明顯減少，油脂含量明顯增加，且加熱10 h大豆油組油脂含量0—150 s升高，150—180 s降低；新鮮大豆油組油脂含量0—120 s升高，120—180 s降低。隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，油脂黏度增大，外殼表面附著的油脂增多，阻礙了油脂滲入魚(yú)塊，油脂黏度的增大也使得冷卻期間瀝掉的油脂減少，導(dǎo)致0—150 s加熱10 h大豆油組油脂含量持續(xù)升高。

(2)加熱10 h大豆油中的極性成分增多，黏度增大，導(dǎo)致表面油脂含量顯著增加，蘇丹紅染色油滲透到外殼的深度增加，導(dǎo)致傳質(zhì)系數(shù)增大。

[1] Pamela J W. Methods for measuring changes in deep-fat frying Oil[J]. Food Technology, 1991, 2: 75-80.

[2] Paulose M M, Chang S S. Chemical reactions involved in deep-fat frying of foods: VIII. Characterization of nonvolatile decomposition products of triolein [J]. Jounral of the American oil Chemists’ Society, 1978, 55(4): 375-380.

[3] Abdelaal M H, Karara H A. Changes in corn oil during deep fat frying of foods[J]. LWT-Food science and Technology, 1986, 19: 323-327.

[4] Karakaya S, Simsek S. Changes in total polar compounds, peroxide value, total phenols and antioxidant activity of various oils used in deep fat frying[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 2011, 88(9): 1361-1366.

[5] Manral M, Pandey M C, Jayathilakan K, et al. Effect of fish frying on the quality characteristics of sunflower oil[J]. Food Chemistry, 2008, 106(2): 634-639.

[6] Clark W L, Serbia G W. Safety aspects of frying fats and oils[J]. Food Technology, 1991, 45(2): 84-89.

[7] Bansal G, Zhou W, Barlow P J, et al. Review of rapid tests available for measuring the quality changes in frying oils andcomparison with standard methods[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2010, 50(6): 503-514.

[8] Song J H, Kim M J, Kim Y J, et al. Monitoring changes in acid value, total polar material, and antioxidant capacity of oils used for frying chicken [J]. Food Chemistry, 2017, 220: 306-312.

[9] Blumennlan M M. A new look at the chemistry and physics of deep-fat frying[J]. Food Technology, 1991, 45(2): 68-71.

[10] Gil B, Handel A P. The effect of surfactants on the interfacial tension of frying fat[J]. Jounral of the American oil Chemists’ Society, 1995, 72(8): 951-955.

[11] Adedeji A A, Ngadi M O, Raghavan G S V. Kinetics of mass transfer in microwave precooked and deep-fat fried chicken nuggets[J].Journal of Food Engineering, 2009, 91(1): 146-153.

[12] Ngadi M O, Dirani K, Oluka S. Mass transfer characteristics of chicken nuggets[J]. International Journal of Food Engineering, 2006, 2(3): 1-16.

[13] Bouchon P, Aguilera J M, Pyle D L. Structure oil absorption relationships during deep-fat frying[J].Journal of Food Science, 2003, 68(9): 2711-2726.

[14] Mehta U, Swinburn B. A review of factors affecting fat absorption in hot chips[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2001, 41(2): 133-154.

[15] Brannan R G, Myers A S, Herrick C S. Reduction of fat content during frying using dried egg white and fiber solutions[J].European Journal of Lipid Science and Technology, 2013, 115(8): 946-955.

[16] Salvador A, Sanz T, Fiszman S M. Effect of the addition of different ingredients on the characteristics of a batter coating for fried seafood prepared without a pre-frying step[J].Food Hydrocolloids, 2005, 19(4): 703-708.

[17] Rossi M, Alamprese C, Ratti S.Tocopherols and tocotrienols as free radical-scavengers in refined vegetable oils and their stability during deep-fat frying[J].Food Chemistry, 2007, 102(3): 812-817.

[18] Crank J. The mathematics of diffusion[M]. UK:Oxford University Press, 1975.

[19] Krokida M K, Oreopoulou V, Maroulis Z B. Water loss and oil uptake as a function of frying time[J]. Journal of Food Engineering, 2000, 44(1): 39-46.

[20] Sebedio J L, Bonpunt A, Grandgirard A, et al. Deep fat frying of frozen prefried French fries: Influences of the amount of linolenic acid in the frying medium[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 1990, 38(9): 1862-1867.

[21] Waltking A E, Seery W E, Bleffert G W. Chemical analysis of polymerization products in abused fats and oils[J]. Journal of American Oil Chemists’ Society, 1975, 52(3): 96-100.

[22] Sebedio J L, Kaitaranta J, Grandgirard A, et al. Quality assessment of industrial prefried French fries[J]. Journal of American Oil Chemists’ Society, 1991, 68(5): 299-302.

[23] 翟金玲, 陳季旺, 夏文水, 等. 加熱溫度及時(shí)間對(duì)食用煎炸油品質(zhì)的影響[J]. 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào), 2015, 6(8): 3247-3254.

[24] Dana D.Saguy LS.Review:Mechanism of oil uptake during deep-fat frying and the surfactant effect theory myth[J].Advances in Colloid and Interface Science,2006,128-130:267-272.

[25] Ufheil G, Escher F. Dynamics of oil uptake during deep-fat frying of potato slices[J]. LWT-Food science and Technology, 1996, 29(7): 640-644.

[26] Tseng Y C, Moreira R, Sun X. Total frying time effects on soybean-oil deterioration and tortilla chip quality[J]. International Journal of Food Science and Technology, 2003, 31(3): 287-294.

[27] Dana D, Saguy I S. Review: Mechanism of oil uptake during deep-fat frying and the surfactant effect theory and myth[J].Advances in Colloid and Interface Science, 2006, 128-130: 267-272.

[28] Pinthus E J, Saguy I S. Initial interfacial-tension and oil uptake by deep-fat fried foods[J]. Journal of Food Science, 1994, 59(59): 804-807.

[29] Neogi P, Miller C A. The role of thin liquid-lms in spreading[J]. AIChE Symposium Series, 1986, 252: 144-145.

[30] Feeney R D, Haralampu S G, Gross A. Potato and other food products coated with edible oil barrierlms: United States Patent 5217736[P].1993-06-08.

[31] Brannan, R G, Mah E, Schott M, et al. Inuence of ingredients that reduce oil absorption during immersion frying of battered and breaded foods[J]. Europe Journal of Lipid Science and Technology, 2014, 116(3): 240-254.

[32] 魏昭.煎炸油加熱過(guò)程品質(zhì)變化與評(píng)價(jià)[D].無(wú)錫：江南大學(xué)，2008.

[33] Fasina O O, Hallman H, Craigschmidt M, et al. Predicting temperature-dependence viscosity of vegetable oils from fatty acid composition [J]. Journal of American Oil Chemists’ Society, 2006, 83(10): 899-903.

[34] Bouchou P, Hollins P, Pearson M, et al. Oil distribution in fried potatoes monitored by infrared micro spectroscopy[J]. Journal of Food Science, 2001, 66(7): 918-923.

Effect of frying oil quality on kinetic modeling for mass transfer of BBFNs during deep-fat frying

SHANJin-hui1,CHENJi-wang1,2,ZENGHeng1,XIAWen-shui1,3,WANGQi1,2,XIONGYou-ling1,2

(1.School of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University , Wuhan 430023, China; 2.Hubei Collaborative Innovation Center for Processing of Agricultural Products, Wuhan 430023, China; 3. School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Fresh soybean oil were heated at 170℃ for 10 h, then BBFNs (breaded and battered fish nuggets) were fried at 170℃ for 30 to 180 s (30, 60, 90, 120, 150, and 180 s) using fresh (0 h) and heated soybean oil (10 h) to measure content of moisture and fat, respectively. The kinetic modeling of mass transfer during deep-fat frying was performed by using Fick's second law and First order kinetic model. Furthermore, the content of surface fat and penetrated surface fat was measured and fat absorption during deep-fat frying was simulated by using the frying experiment in Sudan red dyed oil to investigate the mass transfer mechanism of BBFNs during deep-fat frying. The results showed that moisture content of the crust from two kinds of fried BBFNs decreased with an increase of frying time, while moisture content of core firstly decreased, then increased, and finally decreased. Fat content of the crust (0 h) increased before 120 s of frying time, and decreased from 120 to 180 s. However, fat content of the crust (10 h) increased before 150 s of frying time, and decreased from 150 to 180 s. The mass transfer coefficients of moisture evaporation, which was fitted by Fick's second law were 0.0058 (10 h) and 0.0045(0 h), respectively, while the mass transfer coffficients of oil absorption, which was fitted by First order kinetic model were 0.058 (10 h) and 0.057 (0 h). Compared to fresh soybean oil group, moisture content of fried BBFNs, which was prepared using soybean oil heated at 170℃ for 10 h, significantly decreased and fat content increased, and the higher penetration levels of Sudan red-dyed oil were also presented. The findings indicated that kinetic modeling for mass transfer of BBFNs was significantly affected by the quality of frying oil during deep-fat frying. Aldehyde, ketone, and hydroxyl produced through oil oxidation increased with an increase of heating time, while the viscosity of frying oil was also increased since these products were prone to aggregation and oxidation polymerization to produce some of polarity compounds, such as dipolymer and tripolymer, resulting in an increase of mass transfer coefficient of BBFNs heated at 170℃ for 10 h.

deep-fat; breaded and battered fish nuggets; moisture content; fat content; mass transfer

2017-04-20.

單金卉(1992-)，女，碩士研究生，E-mail：shanjinhui92@163.com.

陳季旺(1970-)，男，教授，博士，E-mail：jiwangchen1970@126.com.

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31471612)；國(guó)家大宗淡水魚(yú)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)(CARS-46).

2095-7386(2017)02-0008-08

10.3969/j.issn.2095-7386.2017.02.0002

TS 254.4

A