空气煎炸与深脂煎炸制备榅桲健康休闲食品的比较：表面粗糙度、色泽、油脂含量及消费者接受度

《Heliyon》：Comparison between deep-fat frying and air-frying for production of a quince healthy snack

　　

本研究评价了煎炸方式（180°C深脂煎炸6 min与180°C空气煎炸18 min）对煎炸榅桲片视觉、物理及感官特性的影响。以分形维数（fractal dimension, FD）量化的表面粗糙度在两种煎炸过程中均显著增加（p ≤ 0.05）；然而，空气煎炸样品的最终分形维数（1.937 ± 0.0144）低于深脂煎炸样品（1.941 ± 0.0144），表明其表面更光滑。色泽参数（L*、a*、b*）在两种方法中均显著变化，但深脂煎炸过程中色泽变化更快，空气煎炸样品的最终L*值为43 ± 7，而深脂煎炸样品为37 ± 6。扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察显示，深脂煎炸样品具有更致密的芯部并遭受更大的机械损伤。关键的是，空气煎炸榅桲片的油脂含量（1% ± 0.08% db，干基）显著低于深脂煎炸样品（13% ± 0.06% db）。空气煎炸休闲食品的总体消费者接受度评分高于深脂煎炸样品，主要归因于其较低的油感感知和更均匀的色泽外观。煎炸方式还显著（p ≤ 0.05）影响液体泄漏（仅在空气煎炸样品末段观察到，3% ± 2.1%）和芯部孔隙率（空气煎炸样品孔隙率更高，3.5% ± 0.3%）等产品品质。上述发现表明，空气煎炸是一种有前景的技术，可生产油脂更少、视觉吸引力较好的健康水果基休闲食品，同时维持或提高消费者接受度。研究结果为食品制造商满足消费者对低脂、最低限度加工替代品的需求提供了支持。

鲜果可为健康膳食提供必需营养素、维生素和矿物质；充足摄入水果蔬菜与预防癌症、糖尿病和心脏病相关。榅桲因含多酚类（尤其集中于果皮）、类胡萝卜素、维生素C及钾、钙、镁、钠等矿物质和有机酸、氨基酸而具有较强抗氧化能力，但其高水分导致易腐，且果肉硬度、纤维含量和苦味使其鲜食受限，传统上多经熟制或加工为果酱、果冻、糖浆、脱水片和果丹皮等。随着消费者对天然、低加工食品需求增加，水果休闲食品市场增长；空气干燥和煎炸是常用加工方式。深脂煎炸（deep-fat frying）成本低、设备简单，却常使产品脂肪含量高达30%，高脂膳食存在健康风险；空气煎炸（air-frying）将少量油喷涂于食品表面后以热空气处理，可较深脂煎炸减少高达80%的油脂，但降油可能影响壳形成、色泽和感官吸引力。已有研究多关注空气煎炸热质传递，尚缺乏对水果空气煎炸视觉与结构变化、尤其以数字图像处理系统比较表面粗糙度、壳粘附、液体泄漏和孔隙率的研究。本研究比较深脂煎炸与空气煎炸榅桲片的视觉、物理和感官特性，假设空气煎炸榅桲片表面更光滑（分形维数较低）、色泽变化较慢、壳粘附较低并具有不同感官特性；创新在于系统应用分形维数（FD）和灰度共生矩阵（gray level co-occurrence matrix, GLCM）纹理分析，比较壳粘附、液体泄漏和孔隙率，并整合客观图像分析与感官评价以联系视觉特征与消费者接受度，为低脂水果休闲食品开发提供依据。

关键技术方法：新鲜榅桲与煎炸油购自伊朗乌尔米亚当地市场，榅桲切片约7 mm厚、17 mm直径；深脂煎炸以2.5 L油180°C处理6 min，空气煎炸将约60 g油喷于1 kg榅桲片后180°C处理18 min并按时间点取样。采用烘箱法测水分、索氏法测油脂；定制光照箱与相机采集图像，ImageJ进行RGB至L*a*b*转换、分形维数、GLCM纹理、直方图、壳比例、壳分离、液体泄漏与孔隙率分析；扫描电子显微镜（SEM）观察表面微观结构，穿刺试验测最大力；40名乌尔米亚大学健康非吸烟者（27女、13男，20–40岁）进行5点hedonic感官评价；以ANOVA、Duncan检验和独立样本t检验（p ≤ 0.05）统计。

研究结果：3.1 壳色泽变化：通过图像色空间分析，L*先升后降，空气煎炸下降较慢且终值较高（43 ± 7对37 ± 6），a*由负转正、b*下降，深脂煎炸褐变更快。3.2 芯色泽变化：通过芯部色泽分析，L*呈三阶段变化，芯部温度较低、水分较高，色泽变化弱于壳。3.3 表面粗糙度变化：通过分形维数发现其随时间显著增加，空气煎炸终值1.937 ± 0.0144低于深脂煎炸1.941 ± 0.0144，表面更光滑。3.4 图像纹理变化：通过GLCM发现煎炸时间显著影响纹理，能量、均匀性和相关性初期变化快后趋缓，对比度先降后升；空气煎炸对比度较低、熵和均匀性较高。3.5 直方图：通过灰度直方图发现众数由217降至空气煎炸112、深脂煎炸79，深脂煎炸范围更宽且后期变化更快。3.6 煎炸技术对壳形成的影响：通过壳区域图像发现两者均从角部开始，深脂煎炸成壳速率显著更高、壳更厚；空气煎炸约35%壳形成于末段，深脂煎炸约5%。3.7 孔隙率扩展：通过横截面图像阈值分割，空气煎炸中心孔隙率3.5% ± 0.3%显著高于深脂煎炸0.6% ± 0.3%，孔多分布于芯外层并于末段形成。3.8 煎炸技术对壳粘附的影响：通过横截面图像测得空气煎炸壳分离10% ± 7%显著高于深脂煎炸0% ± 0%，与末段快速成壳夹带逸出蒸汽有关。3.9 煎炸技术对液体泄漏的影响：通过表面暗斑面积分析，深脂煎炸无液体泄漏，空气煎炸末段液体泄漏为3% ± 2.1%，且多远离角部。3.10 煎炸技术对表面微观结构的影响：通过SEM发现原料细胞完整，煎炸后出现机械损伤，深脂煎炸损伤更重；榅桲高果胶使结构保持完整、无明显裂纹。3.11 质构变化：通过穿刺试验，空气煎炸硬度0.12 ± 0.02 kg显著低于深脂煎炸0.21 ± 0.03 kg，与壳更薄软和孔隙率更高有关。3.12 水分与油脂含量：通过烘箱法和索氏法，深脂煎炸水分下降更快；油含量深脂煎炸为7.85–13.89% db，空气煎炸为0.45–3% db，终值空气煎炸1% ± 0.08% db显著低于深脂煎炸13% ± 0.06% db。3.13 感官评价：通过40人5点hedonic评价，空气煎炸总体接受度显著较高，质构偏好4.0对3.0、油感更低；颜色偏好3.8对3.5但差异不显著；空气煎炸表面更光滑均匀，但末段液体泄漏暗斑可能降低外观评分，而深脂煎炸因无液体泄漏在外观吸引力上得分显著更高。

讨论部分总结：两种介质热传递系数差异（空气约50–100 W/m²K，油约250–500 W/m²K）解释空气煎炸需更长时间；空气煎炸对流缓和、水分损失和褐变较慢，故L*较高、表面较光滑、壳较薄、硬度较低、孔隙率较高；深脂煎炸热通量高，成壳快而厚、机械损伤重、油脂含量高；空气煎炸末段出现壳分离和液体泄漏，深脂煎炸无液体泄漏；感官上空气煎炸因低油感和较软质构更受接受，但深脂煎炸无液体泄漏可能提高外观吸引力。局限包括单一煎炸温度、评价员来自单一学术机构、未评价货架期。

研究结论翻译：本研究比较了深脂煎炸与空气煎炸制备榅桲休闲食品。空气煎炸导致油脂吸收显著更低，约比深脂煎炸低五分之四，证实其开发低脂产品的有效性。与深脂煎炸样品相比，空气煎炸榅桲片表面更光滑、色泽变化更慢且最终亮度更高、孔隙更均匀、壳分离更大。消费者对空气煎炸休闲食品的接受度也更高，主要驱动因素为较低油感和更均匀色泽外观。上述发现表明，空气煎炸为食品制造商提供了深脂煎炸的可行替代方案，可生产更健康产品，并因褐变动力学较慢而改善过程控制。但需承认局限：仅采用单一煎炸温度、评价员仅来自一个学术机构、未进行货架期评价。未来研究应探索空气煎炸在苹果和香蕉等其他水果中的应用，研究可食性涂膜和烫漂等预处理、长期贮藏稳定性、工业放大挑战，并纳入多样化消费者群体。总之，空气煎炸是生产视觉吸引力较好、低脂水果休闲食品的有前景技术，但煎炸方式选择最终应依据具体产品需求。