玉米片是一种广受消费者欢迎的墨西哥传统食品，尤其是在北美和中美洲（Porcel, 2024）。尽管如此，由于其较高的脂肪含量（35.3%至44.5%），主要含有饱和脂肪和反式脂肪（Valle et al., 2024），玉米片仍被视为高热量食品。联合国粮食及农业组织（FAO/OMS, 2002）指出，过量食用油炸食品会因高能量密度和丙烯酰胺等有毒化合物的形成而带来健康风险，这些化合物与癌症、肥胖和心血管疾病有关（Mavlanov et al., 2025）。为了解决这些问题，TurboChef Technologies公司于2006年获得了空气 frying技术的专利（McFadden, 2006）。空气 frying是一种基于热空气快速强制对流的新烹饪技术，旨在使用最少或无需油脂的情况下，呈现出与传统深度油炸相似的感官特性。在此过程中，高速风扇循环由电阻产生的热空气，促进热传递和质量传递。这些传输现象是食品物理化学和结构变化的基础，同时促进了美拉德反应等反应，从而形成了油炸食品特有的颜色、风味和口感。有效水分扩散系数（D_eff）描述了油炸过程中水分在食品中的迁移情况，通常使用菲克第二定律进行建模（Nguyen et al., 2023）。同样，表观热扩散系数（α）描述了热量通过材料的传播速率，有助于估算温度分布和处理时间（Tirado-Armesto et al., 2016）。这些系数对于优化工艺条件、提高产品质量以及设计和放大工业空气 frying系统至关重要。
近年来，空气 frying逐渐受到欢迎，被认为是一种更健康的油炸替代品。先前的研究评估了空气 frying在多种食品中的应用，包括猪皮（Chan et al., 2023）、鸡块（Castro-López et al., 2023）、鱼糜（Yu et al., 2020）、鲟鱼鱼片（Liu et al., 2022）和土豆（Coria-Hernández et al., 2023）。这些研究表明，空气 frying具有显著优势，如油含量可减少80–90%（Dehghanan & Ngadi, 2021），丙烯酰胺形成量可减少90%（Mesias et al., 2021）。然而，传输现象与产品质量之间的关系仍需进一步研究。当前的研究尚未充分描述空气 frying过程中实时热传递和质量传递、结构变形、收缩动力学、口感发展、褐变和丙烯酰胺形成之间的相互作用。在许多情况下，质量评估依赖于仅针对成品的破坏性、耗时的方法，这些方法无法全面反映整个空气 frying过程。
最近的计算机视觉和图像分析技术进步 erm?glichen die Echtzeit-Beobachtung des non-destructiven Lebensmittelverarbeitungsprozesses. Künstliche Sehsysteme k?nnen Lebensmittel, Getreide, Tortillas sowie Trocknungsprozesse in der Agrarwirtschaft und Lebensmitteltechnik effektiv überprüfen, indem sie Defekte erkennen, Reifegrad bewerten, Farbanalysen durchführen und Gr??e sowie Form mischen (Bhuiyan & Ngadi, 2023; Gutiérrez-Martínez et al., 2024; Liberty et al., 2025; Sabat et al., 2023). Allerdings ist ihre Integration in Echtzeit-Air-Frying-Systeme noch limitiert. Die Kombination von Bildaufnahme und digitaler Analyse mit Transferph?nomenen bietet eine innovative Methode zur überwachung von Farbever?nderungen, Feuchtigkeitsverlusten und Schrumpfungsprozessen w?hrend des Air-Frying. Diese Ans?tze k?nnen ein umfassendes Verst?ndnis von W?rme- und Massenübertragung erm?glichen, wodurch bessere Sch?tzungen von Schrumpfungen, W?rme Diffusion und Browning-Indizes m?glich sind, was die Gestaltung industrieller Air-Frying-Systeme verbessert.
本研究旨在深入了解如何防止过度油炸，并理解空气 frying和深度油炸对玉米片的物理化学和品质特性的影响。本文还试图将热传递和质量传递系数与品质属性（包括口感分析、颜色、收缩率、丙烯酰胺形成和微观结构研究）相关联。研究表明，热像仪和数码相机的创新使用为计算机视觉在空气 frying中的应用提供了宝贵见解，有助于防止烧焦和丙烯酰胺的形成，同时提升食品的实时质量。本研究的新颖之处有三点：(i) 它提供了关于玉米片基质在空气 frying过程中的全面表征；(ii) 首次使用原位热成像技术来估算空气 frying过程中的表观热扩散系数；(iii) 将有效水分扩散系数、表观热扩散系数、褐变指数动力学、收缩率、微观结构和丙烯酰胺形成整合在一个非破坏性的框架内，生成可用于基于计算机视觉的工艺控制的数据。
