单纯形重心设计揭示淀粉混合物组合对油炸挂糊肉条油脂迁移与感官风味的调控作用

《Food Research International》：Simplex-centroid design reveals starch blend combine governing oil migration and sensory flavour of fried batter-coated meat strips

　　

• 通过单纯形重心混合设计，系统评估了用于裹粉肉条的三元原淀粉组合方案。
• 马铃薯淀粉与木薯淀粉按1:1混合时产生的油含量最低（20.19%），形成了致密的凝胶屏障，有效抑制了毛细管驱动的油吸入。
• 油脂吸附主要发生在油炸后的冷却阶段；富含玉米淀粉的涂层形成了疏松的孔隙，加剧了油脂渗透。
• 马铃薯淀粉:玉米淀粉:木薯淀粉按4:1:1混合的方案取得了最高的消费者偏好评分（7.73分），并具备令人满意的酥脆柔嫩质地属性。
• 多模态表征技术将淀粉配方、外壳微观结构、油水分迁移以及油炸肉制品的动态感官风味特征联系起来。

**引言**

国内消费者对脆皮肉条（BCMSs）等油炸裹粉肉制品深表喜爱，因其"外酥里嫩、香气浓郁"。然而，这类产品普遍存在品质问题，如裹粉层大量吸油，导致成品油含量偏高。长期摄入高油脂会增加热量摄入，加重心血管和代谢健康的负担，并带来油腻的口感。此外，这还会降低产品的适口性、缩短保质期并限制其消费场景。脂肪吸附并非简单的表面油吸收，而是一个由热量传递和质量传递双向耦合驱动的动态物理化学过程。在高温油炸阶段，肉条表面的水分迅速汽化并向外迁移。快速脱水后，形成一个多孔外壳和相互连通的孔洞网络。产品取出油锅进入冷却阶段后，系统内部蒸汽压迅速下降，在孔隙内形成毛细负压。在该压力差作用下，附着于样品表面的油脂被持续吸入孔隙并向肉质核心迁移。油炸外壳的孔隙连通性和复杂的孔隙结构决定了这种毛细管驱动的吸油效应，多重分形分析是量化油炸食品中此类非均质孔隙网络的有效技术（Bhuiyan & Ngadi, 2024b）。这种冷却引发的油脂迁移决定了最终产品的总脂肪含量及脂肪的空间分布。因此，降低BCMSs脂肪含量的核心策略包含两个关键方面：首先，加速油炸初期致密外壳的形成，最大限度缩短油脂渗透的时间窗口；其次，控制涂层中孔隙的结构和大小，防止油脂在冷却阶段以微观层面进入孔隙并被保留（Dana & Saguy, 2006; Manoharan et al., 2024; Ziaiifar et al., 2008）。

在裹粉体系中，淀粉是构建油炸外壳微观结构的核心基质。不同来源的淀粉在直链淀粉含量、糊化温度、膨胀能力、凝胶强度和成膜性能方面表现出显著差异。这些特性直接决定了油炸外壳的致密度、孔径大小及抗油渗透能力。与此同时，在裹粉涂层中使用单一类型淀粉会给行业带来挑战，如口感单调和吸油量控制有限。在降低油含量的同时保持酥脆质地的主流技术路径是混合多种淀粉以实现理化性质的互补，该方法具有重要的工业应用价值。正如Bhuiyan和Ngadi（2024a）所总结的，裹粉涂层改性是调控油炸产品吸油量、微观结构和感官属性的有前景的策略；淀粉混合代表了一条经济有效的改性途径，适用于工业油炸肉制品体系。研究已证实，木薯淀粉（尤其是交联改性木薯淀粉）可以提高面糊粘度和涂层的结构强度，显著降低吸油量，为通过淀粉改性调控吸油行为提供了理论依据（Bhuiyan & Ngadi, 2024b; Gamonpilas et al., 2013）。马铃薯淀粉具有优异的持水性，可减少肉制品的水分损失并改善嫩度；而玉米淀粉表现出较强的美拉德反应活性，可丰富油炸风味。然而，玉米淀粉的高直链淀粉含量导致其单独使用时形成疏松多孔的结构，从而加剧油脂渗透。现有研究主要集中在单一淀粉或两种淀粉的混合，对马铃薯淀粉、玉米淀粉和木薯淀粉三种原淀粉进行三元混合的系统研究较少。不同淀粉比例调控涂层微观结构和阶段性吸油行为的内在机制尚不清楚。

大多数降低油炸肉制品脂肪含量的现有研究仅以成品的总脂肪含量作为唯一评价指标。这种一维方法无法解释淀粉配方调控脂肪吸附的微观机制，也难以兼顾质地和风味质量。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）可以直接观测涂层和肉质核心内脂肪的微观分布及其与多孔基质的相互作用，在细胞层面解释脂肪含量的差异（Adedeji et al., 2011; Bhuiyan et al., 2025）。低场核磁共振（LF-NMR）和磁共振成像（MRI）可以表征样品中水分和脂肪的弛豫特性及宏观空间分布，还可以分析水分和脂肪的迁移机制（Chen et al., 2017; Liberty et al., 2025; Wang, Su, et al., 2019）。将横截面形态学观察与这些多尺度微观表征技术相结合，可以全面建立"淀粉混合比例、外壳孔隙结构与油水迁移行为"之间的关联机制。然而，迄今为止，鲜有研究同时整合多种微观表征技术分析混合淀粉在BCMSs冷却过程中如何调控油脂渗出。

如果低脂改性淀粉配方仅降低油含量却导致质地干硬、风味平淡或油腻感改善不足，将无法满足市场需求。因此，低油配方的开发必须同时兼顾动态感官体验和整体风味特征（Chen et al., 2022; Xu et al., 2024）。全部适用选择法（CATA）已被用于批量收集消费者对产品感官和情绪属性的整体感知，并量化消费者偏好的驱动因素（Ares & Jaeger, 2013; Pineau et al., 2009; Zhang et al., 2026）。时间支配感受法（TDS）和多口TDS方法已被证明能够捕捉咀嚼过程中感官属性的时间动态以及在连续多口食用场景中的变化（Olegario et al., 2020; Pineau et al., 2009; Zhang et al., 2025），这弥补了传统静态感官评价无法表征食用过程中风味演变的局限性。电子舌和电子鼻已被证明可以快速获取样品全面的味觉和嗅觉指纹图谱（Chen et al., 2022; Xu et al., 2024）。将这些技术与固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）相结合以精确定量挥发性风味化合物，便可以实现感官感知与风味化合物成分之间的相互验证。然而，该领域的大部分现有研究将微观结构、动态感官感知和风味化合物视为三个独立的维度，缺乏将"配方、微观结构、油水迁移、动态质地感知和挥发性风味化合物"相关联的综合分析框架。因此，难以系统地指导低脂BCMSs涂层配方的精确优化。

单纯形重心混合设计专门适用于各组分配比之和等于100%的混合体系。与正交实验和响应面方法相比，它能够更准确地表征三种淀粉不同混合比例导致的产品质量连续变化。这使得它更适合设计马铃薯淀粉、玉米淀粉和木薯淀粉的混合方案。然而，该设计在油炸肉制品涂层优化中关于油含量和风味的应用较为有限（Feng et al., 2026）。由于现有研究的局限性，本研究以马铃薯淀粉、玉米淀粉和木薯原淀粉为核心变量，采用单纯形重心混合设计开发十种淀粉混合涂层配方。系统测量了不同配方下BCMSs的总油含量，并分别在油炸和冷却阶段单独量化表面油含量和结构性油含量，明确了BCMSs的完整吸油行为。利用LF-NMR、MRI和CLSM进行多尺度微观表征，直观分析涂层和肉质核心中脂肪的分布特征。同时采用CATA、TDS、多口TDS动态感官评价以及电子舌和电子鼻，从消费者静态偏好、咀嚼过程中的感官感知、整体味觉和嗅觉以及挥发性风味成分等多个维度评估产品的感官和风味质量。最终建立了涵盖"淀粉混合配方、涂层微观结构、油水迁移模式和感官风味特征"的综合关联框架。本研究的目的是确定平衡低脂含量、酥脆性、多汁性和风味的最佳淀粉混合比例，为低脂炸鸡产品裹粉配方的工业优化提供理论依据和实用技术指导。

**材料与方法摘要**

**材料和试剂**

马铃薯原淀粉、玉米原淀粉和木薯原淀粉（水分含量≤10%；直链淀粉含量：马铃薯淀粉为20.2%，玉米淀粉为17.5%，木薯淀粉为21.1%）购自新乡市良润杂粮食品有限公司（中国河南）；鸡胸肉（水分74.32%，粗蛋白22.15%，粗脂肪1.26%）购自当地生鲜市场；一级精炼大豆油（过氧化值0.21 meq/kg）由九三粮油工业生产。

**油含量分析**

BCMSs涂层中所使用的淀粉类型与其油含量密切相关（Xie et al., 2022）。图1A展示了不同涂层配方下BCMSs的油含量。如图所示，油炸后BCMSs的油含量因涂层配方不同而存在显著差异。在单一淀粉配方中，纯玉米淀粉涂层（C1组）的BCMSs油含量（31.98%）显著高于纯木薯淀粉涂层（T1组）。

**结论**

本研究采用单纯形重心混合设计，调查了马铃薯淀粉、玉米淀粉和木薯淀粉混合对油炸BCMSs吸油量、微观脂肪分布和感官风味的影晌。定量结果表明，玉米淀粉显著增加了成品的油含量，而马铃薯淀粉与木薯淀粉按1:1混合（P1T1）的干基油含量仅为20.19%，表现出最佳的控油效果。

**人体试验**

本研究在相关开展地区遵守了适用法律、监管框架和指南。

本研究经渤海大学批准（批准号：202407001）。

**CRediT作者贡献声明**

张明成：撰写–审阅与编辑、撰写–初稿、监督、方法学、数据整理、概念化。
冯淼：撰写–初稿、方法学、数据整理、概念化。
郑凤霞：撰写–审阅与编辑。
沈海波：撰写–审阅与编辑。
刘登勇：监督、资源、项目管理。

**知情同意与患者详情**

已获所有参与者或其法定代表人的书面知情同意，同意参加本研究并发表文章。已尊重参与者的隐私权。

**未引用参考文献**

Wang et al., 2023

**利益冲突声明**

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**

本研究得到辽宁省自然科学基金（一般项目，批准号2026JH2/145600）、辽宁省重点研发计划（批准号2025JH2/102700010）以及锦州市科技计划项目（编号JZ2024A018）的支持。

张明成 | 冯淼 | 郑凤霞 | 沈海波 | 刘登勇