低吸油豆渣油炸裹層的工藝優(yōu)化

夏衣旦·買買江，張楠，石磊，閆可心，汪建明*，鄭志強

（1.天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457；2.天津利民調味品有限公司，天津 300457；3.軍事科學院系統工程研究院軍需工程技術研究所，北京 100010）

豆渣是大豆加工的主要副產物，營養(yǎng)豐富，具有高膳食纖維、高粗蛋白、低脂肪、低熱率等特點，是良好的食品原材料[1]。目前國內大豆食品行業(yè)每年生產約2 000萬噸豆渣，但只有極少部分豆渣作為食用，絕大多數成為飼料、肥料或被廢棄，導致嚴重浪費及污染環(huán)境[2]。

油炸類食品因其獨特的口感、香味和色澤而受到廣大消費者的青睞，但是其大量的油脂含量使人們望而卻步。目前，降低油炸食品含油的主要方法可歸為三類[3-4]：（1）對煎炸油進行改性，如降低煎炸油的黏度；（2）油炸技術的改進，例如預油炸、真空油炸等；（3）使用面糊和面包屑涂層對產品表面進行改性。因為吸油量主要集中在食物表面，涂層通過形成防止油炸過程中水分流失的屏障來抑制油脂的吸收，因此，改變表面結構對減少油炸食品中的油脂具有廣闊的前景。凌俊杰等[5]研究多糖對可食性油炸膜的影響，結果表明羧甲基纖維素鈉作為表面活性劑，可減小油炸介質的界面張力來抑制吸油；阿拉伯膠可在油炸時形成一層油脂滲透障礙層；海藻酸鈉通過改善制品的組織結構，從而使油的滲透率下降。

本文將豆渣進行綜合利用，研究以豆渣為主要原料獲得油炸裹層，及其前處理和復配后各組分對豆渣油炸裹層抑油效果的影響，以期為利用豆渣為原料開發(fā)油炸裹層，來降低油炸食品吸油率提供理論和技術指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豆渣：天津利民調味品有限公司；胰蛋白酶（250 U/g）、風味蛋白酶（500 U/g）、纖維素酶（250 U/g）、半纖維素酶（250 U/g）、木聚糖酶（250 U/g）、ɑ-淀粉酶（150 U/g）：諾維信（中國）生物技術有限公司；羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose，CMC）：阿澤雷斯國際貿易（上海）有限公司、羥丙基甲基纖維素（hydroxypropyl methylcellulose，HPMC）：山東優(yōu)索化工科技有限公司；甲基纖維素（methyl cellulose，MC）：曲阜市天利藥用輔料有限公司、海藻酸鈉（sodium alginate，SA）：青島明月海藻集團有限公司，均為食品級；石油醚（沸程30℃～60℃，分析純）：天津市津東天正精細化學試劑廠；蘇丹紅染液：麥克林生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

TQ16-93醫(yī)用離心機：湖南湘儀試驗儀器開發(fā)有限公司；LC-DMS-H控溫磁力攪拌器：上海力辰邦西儀器科技有限公司；DK-8D三溫三控水槽、GZX-9030MBE數顯鼓風干燥箱：上海博順實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；NAI-ZFCDY-6Z索氏提取器：上海那艾精密儀器有限公司；UV-1800紫外可見分光光度計：上海美譜達儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.1.1 油炸裹層工藝

濕豆渣→酶解→離心→烘干→打粉過篩→加水→復配→油炸裹層糊漿樣品

1.3.1.2 應用試驗流程

面團成型→用裹層掛糊→油炸→油炸面團樣品

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 豆渣裹層制備

濕豆渣在試驗設定酶解條件下酶解后離心（4 000 r/min，5 min），取沉淀烘干至恒重（50℃，12 h），干燥樣品打粉并過篩分級，加入一定比例的蒸餾水和復配材料，在控溫磁力攪拌器中加熱（50℃）攪拌至均勻，然后將裹糊液自然冷卻到室溫（24℃）。

1.3.2.2 油炸面芯制備

取面粉、食鹽于和面機中混勻，加入面水比為1.5∶1（g/mL）蒸餾水和面至面團光滑不粘手，切成2 cm×2 cm的標準規(guī)格，最后將面團表面均勻掛糊裹層糊漿，進行油炸（180℃、5 min）[6]。

1.3.3 豆渣油炸裹層樣品吸油率單因素試驗

1.3.3.1 酶處理對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響

將豆渣分別在各酶的建議酶解條件下進行酶解，離心后取沉淀并烘干，過100目篩，加入1.5%（質量分數）的海藻酸鈉和蒸餾水得到水分含量50%（質量分數）的豆渣裹層，均勻包裹面團樣品，油炸后測定油炸裹層和面芯的含油率以及油炸樣品整體的含水率[7-8]。

1.3.3.2 豆渣顆粒大小對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響

將經過1.3.3.1篩選的最佳酶處理的豆渣離心后取沉淀并烘干，打粉過篩分級成 60、80、100、120目，加入1.5%（質量分數）的海藻酸鈉和蒸餾水得到水分含量50%（質量分數）的豆渣裹層，均勻包裹面團樣品，油炸后測定油炸裹層和面芯的含油率以及油炸樣品整體的含水率。

1.3.3.3 豆渣水分含量對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響

選擇1.3.3.1和1.3.3.2篩選的最優(yōu)條件對豆渣含水率進行篩選，得到水分含量分別為5%、20%、40%、60%、80%的豆渣，加入1.5%（質量分數）的海藻酸鈉（SA），得到的豆渣裹層均勻包裹面團樣品，油炸后測定油炸裹層和面芯的含油率以及油炸樣品整體的含水率。

1.3.3.4 復配劑種類和濃度對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響

將 MC、CMC、HPMC、SA 分別加入到經過 1.3.3.1、1.3.3.2和1.3.3.3篩選的最優(yōu)條件處理后的豆渣粉中，每種復配劑的添加量分別為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，將制得的豆渣裹層均勻包裹面團樣品[9]，油炸后測定油炸裹層和面芯的含油率以及油炸樣品整體的含水率。

1.4 指標檢測方法

1.4.1 含水率測定

根據GB5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定方法》，在真空干燥箱中烘至恒重測水分。

1.4.2 不同分布油脂含量測定

樣品油炸后的油脂含量參考Bouchon等[10]的方法。

1.4.2.1 表面油脂測定

將樣品在室溫（24℃）下浸入40 mL的石油醚，1 s后即拿出，用脂肪測定儀蒸發(fā)溶劑，再放在真空烘箱中干燥至恒重，即為表面油脂（g）。

1.4.2.2 組織結構油脂測定

將去除了表面油脂的樣品進行切分，并在真空烘箱中50℃干燥12 h，取出干燥的固體樣品，剪碎稱重，移至脂肪測定儀抽提支架中，抽提杯中準備50 mL的石油醚。用脂肪測定儀進行油的提取[11-12]，浸提0.5 h，抽提6 h，然后蒸發(fā)溶劑，再放在真空烘箱中干燥至恒重，稱重即為結構油脂（g）。

1.4.2.3 不同分布油脂含量計算

式中：m 為樣品質量，g；M1為表面油脂質量，g；M2為結構油脂質量，g。

1.4.3 蛋白質、碳水化合物、纖維素、脂肪和灰分測定

依照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》、GB/T 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》、GB 5009.88—2014《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》、GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》、GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》。

1.5 正交試驗設計

根據單因素試驗結果，選取酶處理（A）、豆渣顆粒大?。˙）、豆渣水分含量（C）、復配劑添加（D）4個因素作為自變量，變量的水平以1、2、3、4表示，以豆渣油炸裹層樣品的含油率為因變量，設計四因素四水平正交試驗[13]，前處理及復配條件優(yōu)化試驗設計見表1。

表1 正交試驗因素水平設計Table 1 Selected values of orthogonal experiments factors

1.6 數據分析

所有測定均重復3次，利用Origin 8.5數據處理軟件和Excel進行數據分析，利用SPSS數據處理軟件的LSD法對試驗結果進行顯著性分析[14]。

2 結果與分析

2.1 豆渣基本成分分析

烘干后的豆渣主要成分是蛋白質、纖維素和碳水化合物，油炸過程中，油脂吸收率受到多種因素的影響，如物料的組成、含水率、煎炸油的性質、油炸前的預處理以及油炸條件等[15]。油炸樣品表面組分對油脂吸收過程具有十分重要的影響，所以選取蛋白酶、淀粉酶和纖維素酶進行處理，研究其對油炸食品吸油率的影響。豆渣基本成分見表2。

表2 豆渣基本成分Table 2 Basic components of bean dregs

2.2 酶處理對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響

為研究得到酶處理對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響，依照1.3.3.1所述的方法，測定酶處理后豆渣油炸裹層包裹樣品含油率及含水率結果見圖1。

圖1 酶處理對豆渣油炸裹層樣品含油率及含水率的影響Fig.1 Effect of enzyme treatment on oil content and moisture content of bean dregs fried coating sample

由圖1可以看出，與原豆渣31.81%的含油率相比，蛋白酶處理后的豆渣油炸裹層樣品的含水率上升，含油率明顯降低；風味蛋白酶處理后的樣品含油率僅比胰蛋白酶低1%，差異不明顯。纖維素酶和半纖維素酶處理后的豆渣油炸裹層樣品含水率降低，含油率變化不大，主要是由于結構油脂含率明顯上升，猜測可能是由于酶解后，豆渣中的纖維素結構被破壞，油脂更易進入孔洞之中使含油率上升[16-17]。ɑ-淀粉酶和木聚糖酶處理后的豆渣油炸裹層樣品含水率上升，含油率比較原豆渣相比下降近?？梢约僭O豆渣中的蛋白質含率可能對油炸過程中的吸油率影響較大，膳食纖維的保留對于抑制吸油有顯著作用。總體來說，酶解處理后的豆渣對比原豆渣對油炸面芯的吸油率有降低作用，在前人的研究的基礎上[18]，根據單因素試驗結果選擇胰蛋白酶、風味蛋白酶、ɑ-淀粉酶、木聚糖酶進行正交試驗。

2.3 豆渣顆粒大小對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響

為研究得到豆渣顆粒大小對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響，依照1.3.3.2所述的方法，改變豆渣目數后測定豆渣油炸裹層樣品的含油率及含水率結果見圖2。

由圖2可知，隨著豆渣目數的增加，油炸裹層樣品的含油率在60目至100目時無明顯差異，在120目時驟增，主要是由于結構油脂含量的增加。油炸裹層樣品含水率的變化趨勢與含油率呈相反趨勢?？梢姸乖w粒大小對油炸樣品的含油率有一定程度影響，與前人研究基本一致[19]，所以選取豆渣目數為80、90、100、110目進行正交試驗。

2.4 水分含量對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響

為研究水分含量對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響，依照1.3.3.3所述的方法，測定改變水分含量后豆渣油炸裹層包裹樣品含油率及含水率結果見圖3。

圖2 豆渣顆粒大小對豆渣油炸裹層樣品含油率及含水率的影響Fig.2 Effect of mesh number on oil content and moisture content of fried coating sample

圖3 水分含量對豆渣油炸裹層樣品含油率及含水率的影響Fig.3 Influence of moisture content on oil content and water content

由圖3可知，隨著豆渣水分含量的增加，油炸樣品中結構油脂的含量呈下降趨勢，相反表面油不斷增加，總含油率略有增加。當水分含量較高時，油炸過程中樣品內部水分逸出劇烈，壓力和水分的疏油作用阻礙油脂進入樣品內部，結構油脂含量較低。高溫油炸時，由于樣品表面水分的迅速蒸發(fā)，使表面形成了多孔層，當多孔層形成后，水蒸氣將不斷從孔洞向外逸出，隨著表面溫度不斷升高，孔洞內部蒸汽壓力有變大的趨勢，但由于孔洞并非處于密封狀態(tài)，因此只是使蒸汽外逸速度加快，油脂進入空洞中，使油脂含量增加[20-21]。因此綜合考慮油炸樣品低含油率和高含水率的需求，選40%、50%、60%、70%水分含量進行正交試驗。

2.5 復配劑對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響

為研究得到復配劑對豆渣油炸裹層樣品含油率的影響，依照1.3.3.4所述的方法，添加復配劑后測定 豆渣油炸裹層包裹樣品含油率及含水率結果見圖4。

圖4 復配劑對油炸裹層樣品含油率及含水率的影響Fig.4 Effect of compound agent on oil content of fried coating samples

由圖4（a）可以看出，豆渣油炸裹層樣品的含油率在添加MC后明顯減少，添加為1.5%時的效果最好，可以降低到到15%。圖4（b）顯示，隨著HPMC添加率的增加含油率逐漸降低，由未添加HPMC時的34.76%降低至15.24%（添加1%時），當添加率大于1%時含油率不再有明顯降低趨勢；而面團的含水率則隨HPMC添加率的增加而增加，這說明HPMC的添加能夠減少樣品在油炸過程中水分的蒸發(fā)，其原因可能是因為HPMC具有較強的持水性，而食物在油炸過程中對油脂產生吸收的一個主要機制就是“水油置換”[22]。由圖4（c）可以看到，僅添加0.5%的CMC就能使含油率降至15%左右，且保持較高的含水率。當濃度為1.5%時，油炸含油率最低。在圖4（d）中，隨SA濃度的增加，豆渣油炸裹層樣品含油率先降低再升高。濃度為1.5%的SA即能有效的減少水分的蒸發(fā)和阻止油脂的滲入，此時油炸樣品含油率最低。當其濃度大于2.0%時，含油率反而較未裹層的高，這可能是由于裹層本身過厚，在與油發(fā)生劇烈反應時膨脹后破裂，致使更多油脂藏匿于裹層與食物表面空隙之間所致[23]?？傮w比較而言，CMC分子的被膜性和黏稠性更好，使表面吸附的油脂率更少。

4種復配劑均可以減少油炸介質的界面張力，從而減少含油率，但是抑油的機理和凝膠強度不同。MC、HPMC產生熱可逆的凝膠膜能夠鎖住水分，減少油脂和水分的互相遷移，外殼中水分流失的減少阻止了油脂的滲透；CMC的黏稠性更好，使表面吸附的油脂率更少。SA可以改善制品的組織結構，從而使油的滲透率下降，減少油炸后的含油率。由圖4可以看出，與對照組相比，4種復配劑對豆渣油炸裹層均有顯著的抑油效果并保持其含水率，并且在不同添加率時其抑油效果不同，主要因為不同復配劑的抑油的機理和凝膠強度不同，在某個添加量下均能使含油率降至15%左右，所以選取 1.5%MC、1.5%CMC、2%HPMC、1.5%SA進行正交試驗。

2.6 低吸油豆渣裹層正交優(yōu)化試驗結果分析

根據單因素試驗結果，選取酶處理（A）、豆渣顆粒大小（B）、豆渣水分含量（C）、復配劑添加（D）4個對油炸后含油率影響顯著的因素作為固定因子，變量水平以1、2、3、4表示，以油炸裹層樣品總含油率為因變量，利用IBM SPSS Statistics 23軟件設計四因素四水平的正交試驗[24]，試驗設計和結果見表3、表4。

表3 豆渣油炸裹層樣品含油率L16（44）正交試驗及結果Table 3 Orthogonal array design and results for the optimization of fried coating of bean dregs

表4 方差分析結果Table 4 Analysis of variance for the experimental results of orthogonal array design

各因素對豆渣油炸裹層總含油率的影響可通過極差分析中的R值評價[25]，R值越大，說明其因素對含油率的影響越顯著，影響含油率的主次因子依次為A＞D＞B＞C，即酶處理＞復配劑添加＞顆粒大?。径乖趾浚琄值最優(yōu)組合是：A4B4C3D2，即胰蛋白酶處理，110目豆渣，水分含量60%，添加1.5%CMC。在此條件下進行驗證試驗，得到的油炸樣品含油率為11.022%，與正交試驗表中最優(yōu)組相比降低了0.855%。

由表4方差分析可知，酶處理（A）、復配劑添加（D）兩因素對指標影響達到顯著水平（P＜0.05），是影響豆渣油炸裹層樣品含油率的主要因素，而豆渣的水分含量（C）和顆粒大?。˙）對豆渣油炸裹層樣品含油率無顯著性影響（P＞0.05）。

3 結論

本文研究了以豆渣為基料開發(fā)油炸裹層的生產工藝條件的優(yōu)化設計，采用單因素試驗和正交試驗法探究豆渣不同前處理并且添加不同復配劑作為低吸油豆渣油炸裹層的最佳條件，確定低吸油豆渣油炸裹層的最佳方案為：胰蛋白酶處理、110目豆渣、水分含量60%、添加1.5%CMC，得到的油炸樣品含油率為11.022%。本試驗優(yōu)化的以豆渣為基料的豆渣油炸裹層，不僅保留了豆渣膳食纖維，同時降低了油炸樣品的吸油率，保證了樣品的含水率，得到外酥里嫩、營養(yǎng)健康的低油炸食品，為廢棄豆渣的重新利用及低吸油豆渣油炸裹層的研發(fā)制備提供了理論依據。