《食品科学》：天津科技大学李文钊教授等：冷冻联合涂膜处理降低再制薯条含油量的效果

马铃薯（

Solanum tuberosum

L.）属茄科茄属一年生草本植物，是世界范围内最主要的蔬菜作物之一。油炸薯条是常见休闲食品，以马铃薯为原料，因其金黄外表和酥脆口感备受青睐。本实验针对再制薯条展开研究，马铃薯清洗去皮后的剩余原料均能用于制作再制薯条，大幅提高了原料利用率，降低了成本。

油炸是一种广泛使用的烹饪技术，以其能够为各种食物赋予理想的酥脆度和可口风味而闻名。传统油炸在大气环境下进行，油温达180～190 ℃时，变化迅速发生，高温油炸弊端明显，油脂氧化聚合会生成多环芳烃、反式脂肪酸等有害物质，损害人体重要器官。真空油炸是大型工业中广泛使用的比较新颖的油炸方法之一，因为与大气新型油炸方法相比，它降低了含油量的同时，很好地保留了感官特性。

不同的预处理，如涂层，超声波、热烫、冷冻、脉冲电场、微波、热风干燥以及渗透脱水都可以用来降低吸油率。

天津科技大学食品科学与工程学院的 韩雪、李文钊*、赵薇等人 摒弃了单一的预处理方式，创新性地运用冷冻与涂膜联合处理的方法，研究冷冻预处理与涂膜预处理对再制薯条含油量的影响，并进一步探索其降低含油量的机理，确定最佳预处理方式，从而研制出一款再制薯条产品同时满足含油量低且口感酥脆的要求。

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水分含量与油脂含量双组分同步定量分析

依标准方法同步定量测定经不同预处理制备的再制薯条基体及其油炸样品的水分含量与油脂含量，并进行相关性分析，结果见图1。

1.1 水分质量分数

Li Ying等的研究指出，油炸食品中的吸油过程相当于水分替代的过程。因此针对再制薯条基体的水分含量进行测定。如图1a所示，未经预处理的样品水分质量分数达到了69.99%，在经过不同冷冻时间与冷冻温度的预处理后，再制薯条的水分含量呈现出不同程度的下降。研究数据显示，当冷冻时间设定为3 h、冷冻温度处于－24 ℃时，再制薯条的水分含量降至最低。当冷冻时间由3 h增加到4 h时，薯条基体的水分含量变化趋缓，无明显波动。与之形成鲜明对比的是，随着冷冻温度逐步降低，水分含量呈显著下降态势，这一趋势在实验数据中清晰可辨。究其原因，可能是薯条基体在冷冻过程中，薯条中的水分会形成冰晶，冰晶升华以水蒸气的形式逸出，从而降低了预处理后薯条基体的水分含量。油炸后再制薯条的水分含量与预处理后薯条基体的水分含量相比显著降低，这也说明油炸的过程也是二次脱水的过程。同时，预处理后的水分含量与油炸后的水分含量随冷冻时间、冷冻温度同步变化。

1.2 含油量

对油炸后的再制薯条含油量进行测定，结果如图1b 1 所示，未经预处理的再制薯条油炸后含油量达45.66%，而经冷冻处理的薯条基体因水分状态改变，油炸时形成致密孔隙结构，含油量最低显著降低至29.67%。该发现为低脂薯条加工提供了关键工艺参数，证实基体水分控制是降低产品含油量的有效途径。经过冷冻预处理、涂膜预处理以及冷冻与涂膜组合处理的FP、CP、SA、SPI、CMC组，含油量分别显著降低了35.02%、10.49%、44.83%、43.60%、35.68%（

P

＜0.05）（图1b 2 ）。实验数据表明，经不同预处理的再制薯条油炸后油脂含量较未处理组显著降低，其中冷冻预处理组（FP）的含油量为29.67%，可能是在冷冻进程中，自由水含量逐渐减少，而结合水在油炸阶段较为稳定，不易流失。这就使得在油炸时，可供油脂交换进入薯条内部的通道变少，最终实现了降低薯条含油量的目的；涂膜处理的抑油效果最明显，一方面是由于涂膜剂具有屏障能力，可以很好地形成一个“保护壳”，阻止水分和油脂进入，使得在油炸过程中与油脂进行交换的通道减少，从而导致油脂含量降低；另一方面涂膜剂会使得油脂与再制薯条的表面张力降低，也起到降低含油量的作用。其中冷冻与海藻酸钠联合处理的抑油率最高，含油量降低到了25.19%，其协同降低含油量的效果可能源于两工艺对水分相态与表面特性的联合调控。

1.3 水油相关性

基于1.1节和1.2节的实验数据，深入剖析其水分含量、油脂含量，以及这二者之间的相关性如图1c所示，通过Pearson相关性分析发现，经预处理的再制薯条，其油炸前的水分含量和油炸后的含油量之间呈显著正线性关系（

r

＝0.90，

P

＜0.01），说明再制薯条油炸前的水分含量与油炸后的脂肪含量联系十分密切。相关研究表明，油炸食品油炸前的水分含量会影响油炸后的油脂含量，并且初始水分含量越高，油炸后的油脂含量会越高。通过图1a、b可知，预处理后的再制薯条含水量均低于CK组，且油炸后的再制薯条的含油量也均低于CK组，其中－24 ℃冷冻3 h的样品（FP）含油量与CK组相比降低了35.02%，降低含油量的效果十分显著，但经过预处理后的薯条基体的水分含量并未呈现出显著降低的趋势，因此进一步探讨冷冻预处理对薯条基体内部水分状态的影响十分具有必要。

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水分相态分布及动态迁移特性分析

通过LF-NMR测定了经过不同冷冻预处理薯条基体的水分分布状态，并将预处理后薯条基体的水分含量与通过LF-NMR测定得到的峰面积进行相关性分析，结果如图2所示。不同冷冻预处理再制薯条油炸前水分状态分布中，均出现了3 个峰，即自由水、半结合水、紧密结合水信号峰，分别由

T

23 （＞100 ms）、

T

22 （10～100 ms）、

T

21 （＜10 ms）表示，与之对应的峰面积分别记为

A

23 、

A

22 、

A

21 。在剖析水分于物料中的分布状况时，弛豫时间与峰总面积是关键指标，能够精准反映物料内部的水分分布情况。图2a表明，随着冷冻时间的延长以及冷冻温度的降低，

T

21 呈现出明显的左移趋势，可能是部分水通过氢键与其他大分子结合紧密，吸附结合在有机固体物质上，在后续油炸过程不易为油脂的进入提供通道，不利于脂肪的进入。从

T

23 的变化情况来看，其整体呈现出向左偏移的趋势。这一现象意味着体系中自由水的含量有所下降，与此同时，部分自由水正逐渐向结合水转变。在油炸过程中，自由水由于其自身的特性，相较于其他形态的水，更易于流失，而这一流失过程也为油脂的渗透提供了通道。图2b证明峰面积与预处理后的再制薯条基体内部水分呈现线性关系，这证明A 2 减少则再制薯条基体中的水分随之减少。值得注意的是，该变化规律与实测油脂含量的降低趋势形成对应关系，进一步验证了水分状态变化对油脂吸收的关键调控作用。

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油脂宏观分布

采用LF-NMR技术，基于氢质子在梯度磁场与射频脉冲作用下弛豫特性及扩散系数的差异，成功实现了油炸薯条内部油脂分布的动态可视化表征。通过构建多参数加权成像序列和双频激发技术，获取了不同油炸温度下薯条横截面的伪彩色分布图谱。其中蓝→绿→黄→红色阶与油脂含量呈线性对应关系。如图3所示，在图像中，黄绿色覆盖之处即为油脂分布聚集区域。对比图3a、b、d可以清晰看到：未经任何处理的CK组在完成油炸后，油脂均匀分布，再制薯条的表面与内部都被油脂全面覆盖；仅经过冷冻处理的样品，油炸后内部的黄绿色区域明显减少，取而代之的是蓝绿色，这直观地表明其内部油脂含量显著降低；而SA组的再制薯条，油炸后仅在外壳位置有少量黄绿色区域，内部几乎全被蓝绿色图像覆盖，整体的总油脂面积大幅减少。这一现象与前期测定的脂肪含量数据高度一致。进一步验证了相关处理对降低再制薯条含油量的显著效果。冷冻处理能够改变薯条基体内部的水分含量与水分状态，这种变化在油炸过程中发挥了关键作用，有效抑制了油脂的侵入。而在对薯条基体进行涂膜处理后，涂膜剂会在其表面形成一层具备阻隔性能的薄膜，阻碍了油脂的渗入，使薯条的含油量得以更好地控制。

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油脂微观分布与复合物形成分析

用CLSM观察经过不同预处理的再制薯条的油脂分布，结果如图4所示，图中的红色区域代表油脂，经观察各不同组别中的红色区域可知，CK组与CP组的红色区域面积最大，且分布范围较为广泛。红色区域与绿色区域交织在一起形成了大量的橙色和黄色区域，这表明产生了可以与FITC和尼罗红同时作用的复合物，这可能是因为在油炸过程中油脂快速渗透到薯条内部，与淀粉充分接触，使淀粉分子更容易与油脂分子相互缠绕和结合。可以看到经过预处理后的样品红色区域出现了不同程度的减少且荧光亮度均有所减弱，其中SA组（图4d1）红色区域最少且亮度最低，代表其油脂含量最低，这也与其对应的含油量相吻合。CK、CP两组油脂集中在特定的孔隙或细胞间隙中，形成明显的富集区域；而在SA组中则较为稀疏，这种分布差异可能与预处理方式有关。这可能是由于涂膜处理形成了某种屏障结构，限制了油脂的渗入，导致油脂含量较低。对比图4各组图像，可以清晰地看到不同预处理对油脂含量和复合物生成的差异化影响，而这些差异有助于筛选出能够优化薯条外壳结构和品质的最佳预处理方法。

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表面微观结构的观测与分析

利用SEM对再制薯条表面微观结构进行观察，结果如图5所示。在微观层面观察，CK组的结构呈现出较为粗糙的表面特征，其表面所形成的孔洞不仅尺寸较大，而且数量繁多。之所以会出现这种情况，是由于薯条基体的表面结构疏松且不稳定。在油炸过程中，高温环境使得淀粉产生溶胀现象，进而导致细胞形态发生改变。在油炸这一环节，因处于高温环境，薯条基体内部的水分迅速沸腾并转化为水蒸气逸出，油脂迅速填充，直至占据整个通道。可以明显看出图5d～f 中微观结构表面均比CK组光滑细腻，且孔洞数量以及大小均小于CK组。在油炸过程中，薯条基体表面受到热油的侵蚀，使得表面粗糙度增加，同时内部的水分由内而外迁移，水分溢出的通道便形成了薯条表面的孔洞。经过涂膜处理的再制薯条，会在薯条表面形成一层致密的有阻隔性的薄膜，不仅阻挡了油脂的进入同时也抑制了水分的溢出，形成的孔洞数量变少，因此再制薯条表面变得光滑细腻。表面活性剂理论指出，产生的表面活性剂会降低接触角和界面张力，从而显著影响油的吸收。表面的缝隙和孔洞会使得薯条与油的接触面积增加，从而导致含油量高。而表面光滑细腻的再制薯条样品与油脂接触的面积小，脂肪含量会偏低，这也与2.1.2节中关于脂肪含量部分的结论相呼应。

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质构特性

由图6可以看出，经过涂膜处理的再制薯条硬度均显著高于CK组以及仅冷冻预处理的组别。这可能是由于薯条基体外部的涂膜剂在油炸过程中发生交联、固化等作用，在薯条的外部形成一层坚硬的保护壳。这层外壳不仅可以抵抗外界压力还能支撑薯条的整体结构，使其硬度增加。而CP组呈现显著较低的脆度，该现象可归因于其脂肪含量显著高于SA、SPI、CMC组，这可能是由于过多的油脂进入了薯条内部，破坏了原本酥脆的结构。整体来看，针对再制薯条进行不同的预处理方式，均未破坏其原有的酥脆度，且在其原有的基础上更好地提高了口感。

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感官评价

由图7A可以看出，经过不同预处理的再制薯条油炸后评分按照从高到低顺序为SA＞SPI＞CMC＞FP＞CK＞CP，冷冻处理后用海藻酸钠进行涂膜处理的SA组感官评分最高，为81.33 分，评分最低的为未经冷冻预处理直接进行涂膜处理的CP组。这是由于在再制薯条的加工过程中，冷冻预处理和涂膜处理共同发挥了关键作用。冷冻预处理有效减少了油炸时水油交换的通道，而涂膜处理则在薯条表面构建起一层保护壳，这双重作用协同增效，进一步降低了油脂的渗入量。结合图7B、C的实验结果表明，经过冷冻处理的薯条基体在形态方面的得分显著高于未经冷冻处理的组别。这些数据表示，冷冻预处理除了可以有效降低再制薯条含油量以外，还对保持再制薯条在油炸过程中的形状有着重要的作用。对比发现，经过冷冻和涂膜联合处理的3 组在各方面的评分均高于其他3 组。出现这种现象的原因是，涂膜处理后的再制薯条油脂含量明显降低，油腻感大幅减轻，更符合评价者的口味，因此收获了更高的评价。综合考量各项因素，最终确定将冷冻预处理与质量浓度为0.03 g/mL海藻酸钠涂膜处理相结合，作为最优的预处理方式，该方式在降低含油量、提升口感体验等方面表现最佳，能最大化满足产品品质与消费者需求。

结论

本实验系统探究冷冻预处理、涂膜预处理及二者协同作用对再制薯条含油量的影响机制，基于LF-NMR、CLSM及SEM等技术解析不同处理方式的降油机理。研究证实，单一冷冻或涂膜预处理均可降低再制薯条含油量，其中冷冻预处理通过调控水分含量与分布实现降低含油量的目的，并对产品外观塑造具有积极作用；而冷冻与涂膜协同预处理展现出更优的降油效能，有效抑制油脂渗透。经6 组对比实验验证，－24 ℃冷冻3 h后利用海藻酸钠涂膜处理的实验组（SA组）表现最佳，其含油量显著低于其他组别；微观结构分析进一步表明，SA组内部油脂含量明显降低，表面呈现光滑致密的微观特征，孔隙结构显著减少，从而有效降低含油量。该研究成果为再制薯条生产工艺优化提供了理论支撑与技术路径，实现了品质提升与含油量控制的双重突破。

本研究创新性地将冷冻预处理与涂膜预处理技术进行协同应用，为构建油炸食品降油技术体系开辟了新的研究路径。在食品加工工艺开发过程中，预处理技术的选择应突破单一方法局限，着力探索不同预处理技术的协同增效机制。除常规应用的海藻酸钠、大豆分离蛋白及羧甲基纤维素钠等涂膜材料外，其他新型成膜剂亦可作为潜在功能性涂膜材料进行开发应用，这对构建多元化涂膜体系具有重要参考价值。未来研究可进一步探讨不同预处理技术的组合效应及其分子作用机制，为开发低脂健康油炸食品提供理论支撑。

作者简介

第一作者：

韩雪，女，天津科技大学食品科学与工程学院硕士研究生，研究方向为食品加工技术。就读于天津科技大学，在食品科学与工程学院李文钊教授课题组攻读硕士学位，师从李文钊教授专注现代食品加工技术及食品资源开发与研究。研究生期间为校企合作项目负责人，根据企业需求及产品开发目标，进行产品信息研究及新产品研发计划，负责推进研发进度及相关研究准确性。曾担任院学生会宿管部部长，负责学院各项活动的宣传工作；积极参加大学生寒暑假实践活动、大学生创新创业训练计划项目和省级食品创新大赛等；获二等奖学金、三等奖学金等。

通信作者：

李文钊，女，工学博士，天津市教学名师，天津科技大学食品科学与工程学院教授、硕士生导师，国家级一流课程负责人，国家级食品专业教学团队成员。博士就读于天津大学，美国威斯康星大学麦迪逊分校访问学者。从事食品专业教学与研究工作。注重科研融入教学，主持国家一流课程2 门，主讲国家资源共享课、国家级双语教学示范课程各1 门；获市高等教育教学成果二等奖3 次，主编及参编出版高校教材10 部，参译著国外优秀教材2 部。指导学生参加创新创业比赛并多次获奖，2023年荣获天津市大学生课外学术科技作品竞赛优秀指导教师。专注现代食品加工技术及食品资源开发与研究，开拓传统食品，改善食品品质、延长货架期；研究新食品资源功能并开发具有保健功能的新型食品。积极申报科研课题，服务社会，为企业解困。先后主持完成肉类烹饪加工过程品质技术研究等25 项横向科研课题，参与国家科技部“食品加工过程安全控制工程化技术研究及设备开发”等多项国家级纵向科研项目。公开发表论文80余篇，其中SCI\EI检索12 篇，授权国家发明专利9 项，转化2 项。主持完成“海上平台配餐原材料营养素维保技术研究与应用”鉴定成果的综合评价为国际先进。参与审定国家标准2 项。

本文《冷冻联合涂膜处理降低再制薯条含油量的效果》来源于《食品科学》2025年46卷第17期254-262页，作者：韩雪, 李文钊, 赵薇, 王鹏豪, 李瑞芝, 汪思瑞。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20250401-003。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：魏雨诺；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网