从深层油炸到G-油炸：油炸食品中油脂组分吸收动力学探究

《Food Science & Nutrition》：From Deep-Fat Frying to G-Frying: Exploring Absorption Dynamics of Oil Fractions in Fried Foods

　　

关于降低油脂含量策略的综述已有不少，但现有综述尚未深入阐明不同油炸方法下油脂吸收模式的差异。本研究对多种油炸方法进行了系统比较，包括深层油炸、热风油炸、微波油炸、G-油炸、压力油炸、真空油炸和红外油炸，重点分析了每种方法特有的油脂吸收模式。此外，本综述阐释了不同油炸阶段油脂吸收的潜在机制，包括总油脂含量中各组分（表面油SO、渗透表面油PSO、结构油STO）的吸收行为。这一详细分析对于理解新型油炸技术如何以不同于传统方法的方式影响油脂吸收至关重要。在深层油炸中，油脂吸收主要发生在冷却阶段；而压力油炸、真空油炸、热风油炸、微波油炸、G-油炸和红外油炸由于加工条件不同，各自表现出独特的油脂吸收模式。产品周围油量及传热机制等因素的差异，导致新兴油炸技术中油脂渗透机制不同。通过强调油脂吸收模式与机制的差异，本综述为研究人员和食品加工行业提供了实用见解，有助于指导未来研究开发更高效的油炸技术，在保持理想食品品质的同时降低油脂含量，从而满足消费者对更健康油炸食品日益增长的需求。

5 不同油炸方法对油脂组分吸收动力学的影响

油炸方法和加工条件（包括油炸温度、油炸时间和压力）通过影响水分去除、外壳形成、孔隙结构发育以及冷却过程中毛细管驱动的油脂吸收，是影响油脂吸收和油炸食品整体品质的主要因素。因此，优化这些加工参数可以在保持理想质构和感官品质的同时显著降低油脂摄取。虽然所有油炸技术都旨在减少油脂吸收，但现有证据表明，它们并非通过统一的机制实现这一目标。每种技术都会改变油脂吸收的一个或多个阶段，包括水分去除、外壳发育、表面油滞留、压力驱动流动或冷却诱导的毛细管吸入。此外，由于不同实验中的油炸温度、产品几何形状、食品成分和油脂类型存在显著差异，已发表研究之间的直接比较仍然困难，因此对某一种油炸方法是否优于另一种的判断应持谨慎态度。

5.1 深层油炸

深层油炸是最古老的烹饪方法之一。在此过程中，热量通过对流从油脂传递至食品表面，再通过传导传递至中心，水分通过食品裂缝和蒸气压力形成的孔隙逸出。随着水分流失，食品表面温度升高并接近油炸油温，进一步导致外壳形成，油脂可能替代部分逸出的水分。油炸温度是控制油炸食品品质的重要参数。不适宜的油炸温度会导致油脂劣化、表面活性物质增加、产品变黑和更多油脂吸收。深层油炸产品的总油脂含量（TOC）在油炸和冷却两个阶段被吸收，结构油（STO）、表面油（SO）和渗透表面油（PSO）在每个阶段的吸收程度不同。在深层油炸过程中，油脂吸收在产品表面略微干燥后立即开始。STO在所有油炸阶段仅占产品TOC的较低比例，这可能是由于水分快速逸出和产品表面连续形成气泡抑制了油脂向多孔结构的渗透。油炸期间大部分油脂保留在产品表面（SO），而PSO在冷却阶段构成TOC的最大部分。当产品温度降至100°C以下时，水蒸气凝结，内部压力降低，产生真空（负压），使油炸期间积聚在产品表面的SO被迅速吸入。油炸时间和温度影响传递到产品的热量，超过最佳时间会导致油脂吸收增加；低温油炸因产品需在炸锅中停留更长时间，累积水分损失更大，也会导致较高的油脂吸收。

5.2 压力油炸

压力油炸在密封加压系统中进行，压力由食品释放的水蒸气产生，部分系统中辅以氮气。该技术主要用于肉类、鱼类和禽类产品，因为其能加速传热、缩短油炸时间并改善水分保持，从而获得更优质地的产品。虽然压力油炸与常规深层油炸相比能持续降低油脂吸收，但其潜在机制尚未完全阐明。多数研究将该降低归因于强化传热、缩短油炸时间和改善水分保持的综合效应，但这些因素可能无法完全解释总油脂含量的下降，因为压力油炸特有的泄压阶段在常规油炸中不存在。压力油炸过程可分为油炸、泄压和冷却三个阶段。油炸阶段，产品表面因水分蒸发而干燥，油脂吸收开始，STO以平缓斜率增加，大部分油脂以SO形式留在表面。泄压阶段会减少SO和STO，因为压力释放使产品内容物（蒸气和液体）逸出，阻止油脂进入产品，甚至可能使部分已吸收油脂在油炸期间逸出。冷却阶段开始于产品从炸锅取出后，此阶段吸收最多油脂，部分SO被吸收为PSO。研究表明，随着压力升高，TOC显著降低，高压比低压导致更低的TOC。现有证据表明压力油炸通过多种相互作用机制减少油脂吸收，而非单一主导效应。

5.3 真空油炸

真空油炸是在低于大气压的压力下进行的油炸过程，已应用于苹果、香蕉、胡萝卜、蘑菇、马铃薯和甘薯等多种产品。真空油炸的吸油机制可分为油炸、破真空和冷却三个阶段。油炸初期，油脂吸收百分比低于常规油炸，这可能是由于较低的油炸温度和减少的质地破坏。真空破空阶段对油脂吸收具有显著影响，当真空释放时，周围压力升高，水蒸气凝结，油脂（STO）被吸入产品直至压力稳定至大气压。油脂吸收受到表面油（SO）和产品水分含量的共同影响。由于油脂吸收与破真空速率的倒数呈线性关系，快速破真空可显著降低产品TOC，主要原因是突然的压力变化导致产品压缩，体积减小，可供油脂吸收的内部空间减少。冷却阶段，真空油炸产品的SO吸收继续发生，但程度远低于深层油炸。通常采用离心脱油系统在油炸后、破真空前或冷却前去除SO，也可通过在产品移出炸锅时进一步降低炸锅压力来减少SO吸收。真空油炸的成功与否更多取决于对返回常压过程的精确控制，而非仅靠低压本身。

5.4 微波油炸

微波加热基于离子极化和偶极旋转机制，能够实现食品的体积加热，在食品中心与外表面之间产生显著的水蒸气压力梯度。与深层油炸相比，微波油炸温度随时间线性升高直至水沸点，之后在100°C附近波动。微波加热导致水分快速蒸发，尤其在产品中心产生高压，使水蒸气从内部流出，加速传热。这种快速水分损失可能导致比深层油炸更高的油脂吸收。体积加热会在食品基质中形成结构通道，导致微波油炸产品的油脂吸收。一些研究表明高微波功率可降低油脂吸收，因为水分逸出速率提高从而抑制油脂吸收；但当磁控管停止工作时，电磁能量输入停止，水分向食品表面逸出减少，油脂吸收增加。微波油炸后的油脂吸收研究表明，从微波炉取出并在室温冷却的样品TOC在后油炸期间保持不变；而储存在高温空气环境中的样品TOC下降，可能因为高温降低了油脂黏度，使低黏度SO更易从产品表面分离。聚焦微波提高外壳中的孔隙压力也可能促使油脂排出。微波油炸具有保留色泽和风味、减少丙烯酰胺、保留抗氧化物质等优点，但由于过热速率会破坏样品内部结构，该方法单独应用尚不普遍，常与热风、真空和干燥等技术联用。

5.5 热风油炸

热风油炸是一种新型油炸方法，通过向食品喷洒油脂并以热空气代替浸没油脂作为传热介质。该方法中仅少量油脂与食品接触，因此油炸后产品表面残留的SO极少，冷却阶段几乎没有可被毛细管吸入的油脂，故冷却阶段油脂吸收可忽略不计。热风油炸的产品TOC较低主要归因于表面油有限，而非冷却阶段吸收机制本身的变化。热风油炸可分为油炸和冷却两个阶段。油炸阶段包括三个主要阶段：（1）潜伏期，即热风油炸中油脂吸收最短的阶段，油炸开始后短时间内无油脂渗透，因为外壳蒸发的水分量尚不足以引发油脂渗透，潜伏期持续时间随油炸温度升高而缩短；（2）加速期，即油脂渗透最有效的阶段，此阶段大部分外壳水分蒸发，大部分SO可快速渗透进入外壳；（3）吸收速率下降期，油脂渗透以非常平缓的斜率持续进行，其对油脂吸收的影响弱于加速期，且随着油炸温度降低，该阶段的时间和对油脂吸收的影响增加。冷却阶段在热风油炸中可忽略，因为没有大量SO存在。

5.6 红外油炸

红外（IR）是介于可见光与微波之间的电磁波谱部分，波长0.5～100 μm。远红外区（FIR，3～1000 μm）可用于食品加工，因为大多数食品成分能吸收该波长的辐射能。红外辐射以波的形式传播，当到达食品表面（水分子和离子）时能提高表面温度。与深层油炸相比，红外油炸传热速度更快，水分损失率更高，随着油炸进行，水分蒸发速率逐渐降低。产品外部的水分蒸发形成特定外壳层。在淀粉质水果中，红外油炸促使更快速形成更坚硬、更光滑的外壳，从而减少油脂在表面和外壳内部结构的粘附。如图5B所示，红外油炸期间SO和STO分别在减少和增加，二者在不同时间点开始变化，因为各油脂组分有其独特的观察机制。SO与油炸样品表面形态直接相关，而STO受样品孔隙特性影响。外壳形态变化早于产品孔隙率变化。红外油炸的初始快速油脂渗透期之后是近似恒定阶段。尽管红外油炸后期水分不足减少了油脂吸收，但淀粉质水果油炸期间早期外壳形成可作为物理屏障阻碍水分释放，增加压力梯度。随着时间推移，外壳中出现大孔隙和裂纹，使更多表面油在冷却阶段渗透到内部结构（PSO）。相比常规、压力或真空油炸，红外油炸的现有证据仍有限，提出的机制应视为有前景但尚未完全确定。

5.7 G-油炸

G-油炸指在油炸过程中或油炸后施加离心力。该方法中，炸锅配有离心系统，包含一个在油炸过程中旋转的篮筐。当油炸油温达到目标值时，样品放入炸锅内的金属篮并浸入热油。G-油炸在不同产品中表现出不同的吸油行为，这与油炸过程中产品外壳和微观结构的变化有关：产品内部孔隙结构受损，开孔数量减少；部分产品缺乏外壳形成，使油脂容易扩散回油炸介质。G-油炸过程中，食品TOC通常在油炸开始时上升，随后下降。与常规油炸相比，G-油炸提高了传热速率，加速了气泡从产品表面的分离。当食品浸入油中且与篮筐旋转方向平行时，离心力去除食品周围的气泡，使热油与食品更紧密接触，从而强化传热和传质，导致比深层油炸产品更高的水分损失。油炸后，G-油炸施加离心力去除产品表面滞留的表面油，从而降低最终TOC（图5C）。脱油效率取决于产品的方向和结构特征，垂直放置的样品通常具有更高的除油率。然而，在某些条件下，离心速度和冷却时间对最终TOC影响有限，表明油炸后脱油的有效性不仅取决于加工参数，还受产品几何形状和机械稳定性的影响。在所综述的油炸技术中，G-油炸的独特之处在于它主要通过油炸后主动去除表面油来降低油脂含量，而非改变油炸过程中的油脂渗透机制。因此，减少产品表面的油脂粘附可能是降低油脂吸收的有效策略，尤其对于表面油占TOC主要比例的产品。未来需要进一步研究产品结构和力学性能如何影响离心脱油的效率和可规模化性。

6 结论与未来展望

本综述通过考察表面油（SO）、渗透表面油（PSO）和结构油（STO）各油脂组分的迁移，而非仅考虑总油脂含量（TOC），对常规和新兴油炸技术的油脂吸收行为进行了全面比较。比较表明，不同油炸技术的油脂摄取受不同机制控制：深层油炸的特点是在冷却阶段大量吸油；热风油炸几乎无油炸后吸油；G-油炸在冷却阶段显著减少SO，而PSO和STO相对稳定；压力油炸和真空油炸则深受加工后压力变化的影响。这些发现表明，新兴油炸技术的有效性不仅取决于降低总油脂摄取，还取决于改变特定油脂组分的迁移路径。基于组分的视角提供了对油脂吸收更具机制性的理解，有助于在不损害理想感官特性的前提下开发更健康的油炸产品。

本综述的研究结果对研究人员和食品行业具有实际意义，可识别技术特异性机制，以优化油炸条件、改善产品品质并降低油脂含量。然而，现有文献在食品材料、油炸条件、油脂类型和油脂组分量化方法上存在异质性，使研究间直接比较困难。此外，新兴油炸技术（尤其G-油炸）的组分特异性数据有限，限制了对机制的全面评估。未来研究应聚焦于油脂组分分析方法的标准化、组分特异性迁移机制的定量研究，以及在工业规模条件下验证这些技术。此类研究将有助于设计能够同时改善营养品质、加工效率和消费者接受度的下一代油炸技术。