使用机器人自动化设备与手动方式对海苔零食（Kimbugak）进行油炸：品质与均匀性对比

《Food Quality and Preference》：Robotic-automated vs. manual deep-frying of laver snack ( Kimbugak): quality and uniformity comparison

机器人自动化油炸韩国海苔零食（Kimbugak）的研究表明，8秒油炸时间可平衡膨胀与褐变，实现最佳品质。自动油炸在尺寸稳定性（宽度差异降低67.3%）、水分保留（含水率高9.3%）和脆度（硬度高4.9倍）方面优于手动。视觉分析显示白像素比例（74.7%）和色差（ΔE=24.2）无显著差异，但自动油炸的均方误差更小。化学指标均符合韩国食品安全标准，抗氧化活性随油炸时间延长略有提升。研究证实机器人系统通过精准控温（±0.5℃）和稳定运动（重复定位误差＜0.1mm）降低质量波动（CV降低至6.25%-15.53%），为传统食品工业化提供解决方案。

　　### 韩国传统食品“海带脆”加工中机器人自动炸制与手工炸制的比较研究

在食品工业中，深炸是一种广泛应用的加工方法，用于提升产品的感官属性，如酥脆感、色泽和风味。然而，传统的手工深炸过程常常面临一系列挑战，包括产品质量不一致、操作效率低下以及对操作者安全性的威胁。为了解决这些问题，机器人自动化技术正逐渐被引入食品制造领域，以实现更高效、更安全和更可控的生产流程。本文研究了机器人自动炸制与手工炸制对韩国传统食品“海带脆”（Kimbugak）在不同炸制时间下的影响，探讨了自动化与传统方法在质量控制和产品一致性方面的优劣。

#### 1. 研究背景与意义

海带脆是一种传统的韩国食品，由将发酵的糯米糊涂抹在干燥的海带片上，然后在高温油中炸制而成。随着全球对海带及其制品需求的快速增长，海带脆作为一种高价值的食品，其生产过程面临诸多挑战。手工生产虽然能够提供一定程度的灵活性，但容易导致产品质量不一致，尤其是在处理过程中因操作者技能差异而产生的变形和变色问题。此外，手工操作还可能对工作人员造成安全隐患，如烫伤等。因此，开发一种能够保证产品质量一致、减少人为误差的自动化深炸系统具有重要意义。

本研究的重点在于评估机器人自动深炸系统在加工海带脆过程中的性能，并将其与传统手工方法进行比较。通过整合机器人系统，包括分拣、夹取、炸制和冷却等步骤，可以实现对海带脆的高效、均匀处理。研究不仅关注产品在炸制过程中的物理和化学变化，还探讨了炸制时间对最终产品质量的影响，为实现智能化、质量导向的食品生产提供了理论依据和技术支持。

#### 2. 材料与方法

本研究使用的原材料是干燥的海带片，经过糯米糊的涂抹处理后，再进行炸制。所有样品均来自同一批次的生产，并在特定条件下保存。炸制过程中，分别采用机器人自动炸制和手工炸制两种方法，并在不同的炸制时间（2至23秒）进行比较。研究使用了多种技术手段来评估炸制后的产品质量，包括图像分析、颜色测量、物理特性检测和化学指标分析。

图像分析用于评估糯米糊的膨胀程度，通过计算白色像素比例和L*值（代表颜色的明度）来判断炸制效果。颜色测量则使用色度计（CR-20）对炸制样品的前表面进行检测，记录L*、a*和b*等参数，以分析炸制过程对颜色变化的影响。物理特性方面，测量了炸制后的样品尺寸（宽度、长度和高度）以及重量变化，评估其结构变化。化学特性则包括酸值（AV）和过氧化值（POV），以及抗氧化活性的测定，以了解炸制对油脂氧化和抗氧化能力的影响。

为了评估炸制后产品的质量一致性，研究还采用了变异系数（CV）分析，计算各个质量参数的标准差与平均值的比值。CV值越低，表示产品质量越均匀，这为食品制造中质量控制提供了重要指标。

#### 3. 研究结果与讨论

研究发现，在炸制时间为8秒时，无论是机器人自动炸制还是手工炸制，海带脆均达到了最佳的膨胀效果，同时避免了过度焦化、变形和质地劣化。在此时间点之后，质量指标没有进一步提升，表明8秒是理想的炸制时间。白色像素比例和L*值在炸制过程中显著增加，分别达到74.67%和48.18%的水平，而在8秒后，这些指标不再发生明显变化。

从物理特性来看，手工炸制的样品表现出更大的结构收缩、边缘卷曲和尺寸变化，而机器人炸制则能保持更均匀的形状。炸制时间的延长导致样品的宽度和长度减少，而高度增加。在机器人炸制的情况下，平均高度为1.50，而手工炸制的样品平均高度为2.03。此外，机器人炸制的样品在8至20秒的炸制时间内表现出更高的平均质地参数，如硬度（76.39 N vs 15.46 N）、刚度（20.61 N vs 8.43 N）和酥脆度（3.82 vs 1.18），表明其在炸制过程中能更好地保持产品的结构完整性。

在声学分析方面，机器人炸制的样品表现出更多的断裂事件，但单次断裂的峰值幅度较低。这表明机器人炸制过程虽然在炸制过程中产生更多声音，但其声音的强度更均匀，有助于提升消费者的感官体验。相比之下，手工炸制的样品在某些时间点表现出更高的峰值幅度，可能与炸制过程中不均匀的力分布有关。

化学指标方面，所有样品的酸值和过氧化值均在监管范围内，表明炸制过程对油脂的稳定性具有积极影响。然而，抗氧化活性在炸制过程中略有上升，但机器人与手工炸制方法之间没有显著差异。这可能与炸制过程中油脂与海带的相互作用有关，同时也能反映出炸制对海带中天然抗氧化物质的释放具有促进作用。

#### 4. 质量一致性分析

通过变异系数（CV）分析，研究发现机器人炸制的海带脆在15个质量参数中表现出更低的变异性，尤其是在颜色相关指标方面。这表明机器人炸制过程能够实现更均匀的加热和质量控制，从而减少样品间的差异。相比之下，手工炸制的样品在某些物理参数中表现出较低的CV值，这可能是由于结构收缩达到一定阈值所致。然而，这种过度的收缩和变形可能会增加后续处理中的机械损伤风险。

机器人自动炸制的海带脆在炸制后保持了较高的水分含量和水活度，这有助于维持其质地的均匀性和机械完整性。同时，机器人炸制过程中的标准化操作减少了因人为因素导致的变异性，提高了产品质量的一致性。这些结果表明，机器人自动化技术在海带脆等对加工精度要求较高的食品中具有显著优势。

#### 5. 结论与展望

综上所述，本研究开发并验证了一种集成的机器人自动化系统，用于海带脆的生产。该系统覆盖了从干燥海带片的分拣、夹取、炸制到冷却的整个加工流程。比较分析表明，机器人自动炸制能够在保持产品质量的同时，实现更高的生产效率和操作安全性。此外，机器人系统在炸制过程中表现出更均匀的加热和质量控制，有助于减少产品间的差异。

研究还指出，机器人自动炸制在炸制时间、炸制温度和炸制过程中对样品的机械处理方式上具有显著优势。这种优势不仅体现在产品质量的一致性上，还体现在炸制过程的可控性和稳定性上。机器人炸制能够有效减少样品在炸制过程中的变形和损伤，从而提升整体生产效率。

对于其他对加工精度要求较高的食品，如脆皮食品、涂层食品等，本研究提出的机器人自动化框架具有重要的应用价值。通过结合视觉检测、声学分析和化学检测等多维度的质量评估方法，机器人系统能够实现对食品加工过程的全面监控，为智能化、质量导向的食品生产提供了技术基础。

#### 6. 未来研究方向

尽管本研究取得了重要进展，但仍有一些值得进一步探讨的问题。例如，如何优化炸制时间、浸入速度和横向移动幅度，以进一步提高炸制效率和产品质量？此外，如何将基于视觉的反馈控制系统集成到炸制过程中，以增强系统对不同样品几何和尺寸变化的适应能力？这些问题需要通过更多的实验和模拟来验证。

此外，研究还指出，机器人炸制过程中采用的标准化操作和精确控制有助于减少人为误差，提高产品质量的一致性。然而，如何在不同规模的生产中应用这些技术，仍然是一个值得深入研究的课题。随着机器人技术的不断发展，未来有望在更多食品加工环节中实现自动化，从而提升整个食品行业的生产效率和产品质量。

#### 7. 总结

本研究通过对比机器人自动炸制与手工炸制对海带脆的影响，发现机器人系统在保持产品质量一致性、提高生产效率和保障操作安全方面具有显著优势。研究结果表明，8秒是理想的炸制时间，此时样品能够达到足够的膨胀效果，同时避免过度焦化和质地劣化。机器人炸制的样品在物理特性、质地参数和声学特性方面均表现出更高的均匀性，这为智能化食品生产提供了重要参考。

通过将机器人技术应用于海带脆的加工过程，不仅能够解决传统手工生产中的质量问题，还能提高生产效率，减少对人工的依赖。这种自动化方法为食品制造行业的现代化提供了可行的路径，尤其是在处理高价值、易碎食品方面。未来，随着机器人技术的进一步发展，其在食品加工中的应用将更加广泛，为实现高质量、高效率的食品生产提供更强有力的支持。