《Food Science & Nutrition》：Air Jet Impingement–Assisted Air Frying of Potatoes: Oil Absorption, Lipid Oxidation and Acrylamide Formation for Improved Nutritional Quality
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空气射流冲击技术因其高传热效率而在食品加工中受到越来越多的关注，该技术能够实现快速加热并改善对热诱导化学反应的控制。在本研究中，研究人员使用集成了空气油炸功能的原型空气射流冲击烤箱加工冷冻法式薯条和薯角，并与传统深油炸和对流烤箱烹饪进行了系统比较。采用响应面法
空气射流冲击技术因其高传热效率而在食品加工中受到越来越多的关注，该技术能够实现快速加热并改善对热诱导化学反应的控制。在本研究中，研究人员使用集成了空气油炸功能的原型空气射流冲击烤箱加工冷冻法式薯条和薯角，并与传统深油炸和对流烤箱烹饪进行了系统比较。采用响应面法（Response Surface Methodology, RSM）评估了加工温度、空气速度、托盘位置和烹饪/油炸时间对产品质量和食品安全相关参数的影响。研究的品质属性包括水分含量、颜色发展、质地、油脂吸收、脂质氧化（以硫代巴比妥酸反应物，TBARS表示）、感官接受度、能耗、丙烯酰胺形成以及微观结构特征。与深油炸相比，空气射流冲击辅助空气油炸显著降低了法式薯条和薯角的油脂含量和吸收，同时保持了可接受的质构和感官特性。法式薯条的最佳加工条件确定为160°C、15 m/s和15分钟，薯角的最佳条件为200°C、15 m/s和5分钟。在优化条件下，丙烯酰胺形成被显著抑制，经液相色谱-串联质谱法（LC–MS/MS）分析，薯角的丙烯酰胺含量低于定量限（LOQ = 0.1 mg/kg）。TBARS值和油脂吸收随空气速度和烹饪/油炸时间的增加而增加；然而，优化的冲击条件最小化了脂质氧化并改善了整体产品品质。在最佳空气射流冲击条件下，TBARS值维持在较低水平，法式薯条达到1.812 mg丙二醛/kg产品，薯角达到2.805 mg丙二醛/kg产品，分别比深油炸低约43.4%和16.3%。此外，与深油炸相比，空气射流冲击烤箱使法式薯条的油脂吸收减少了36.2%，薯角减少了38.8%，同时能耗降低了约80%。还观察到微观结构得到改善。空气射流冲击辅助空气油炸是一种有前景的加工策略，可在以食品安全为导向的过程控制框架内生产具有更高营养品质、减少有害热污染物形成和提高能效的马铃薯产品。
**论文解读：空气射流冲击辅助空气油炸对马铃薯产品油脂吸收、脂质氧化与丙烯酰胺形成的影响**
**研究背景与问题提出**
深油炸是全球最广泛使用的烹饪方式之一，其能在短时间内赋予食品酥脆质地、金黄色泽和诱人风味。然而，在160–180°C的油浴中，热传导与质量传递同时发生，脂肪吸收、淀粉糊化、蛋白质变性等物理化学变化伴随产生，不仅导致营养损失，还生成反式脂肪酸、丙烯酰胺、多环芳烃（PAHs）、杂环胺（HAAs）等有害物质。过量摄入油炸食品与癌症、冠心病、高血压等慢性疾病风险升高密切相关。马铃薯作为仅次于谷物的主要植物性食品，天然低脂，但经油炸后常成为上述有害物的载体。为应对健康与安全问题，研究者开发了空气油炸（热空气循环）技术，其仅需极少用油或不需用油，能显著降低油脂吸收。然而，传统对流烤箱的传热边界层限制了热传递效率。空气射流冲击技术通过高速射流（10–100 m/s）直接冲击食品表面，破坏热边界层，实现高效均匀加热，已展现出缩短烹饪时间、改善质地、减少有害污染物形成的潜力。将空气油炸与空气射流冲击系统集成，有望结合二者的优势，但目前鲜有研究同时评估该组合技术对马铃薯产品的油脂吸收、脂质氧化、丙烯酰胺形成及能耗的影响。因此，本研究旨在系统优化并评价空气射流冲击辅助空气油炸烤箱的性能，为开发更健康的炸薯技术提供科学依据。
**研究内容与主要结论**
研究人员使用集成空气油炸功能的原型空气射流冲击烤箱（由Ar?elik A.?开发），以冷冻法式薯条和薯角为原料，系统研究了加工温度、空气速度、烹饪时间和托盘位置对产品理化品质、食品安全参数及能耗的影响，并与传统深油炸（180°C, 10 min）及对流烤箱烹饪（含空气油炸附件或标准烤盘）进行对比。采用中心复合旋转设计（CCRD）结合响应面法（RSM）进行优化，以硬度、b*值、TBARS值和脆皮厚度（仅薯角）为响应变量，通过期望函数法确定最佳加工条件。结果表明，空气射流冲击辅助空气油炸能显著降低油脂含量和吸收（法式薯条降36.2%，薯角降38.8%），同时维持可接受的质构和感官特性。在最佳条件下，法式薯条（160°C, 15 m/s, 15 min, 中层托盘）的TBARS值（1.812 mg丙二醛/kg产品）较深油炸低43.4%，薯角（200°C, 15 m/s, 5 min, 中层托盘）的TBARS值（2.805 mg丙二醛/kg产品）低16.3%。更重要的是，薯角在优化条件下降至高于定量限（LOQ）的丙烯酰胺未检出，而深油炸组高达0.670 mg/kg；法式薯条的丙烯酰胺含量也降低了22.2%（0.280 vs. 0.360 mg/kg）。此外，冲击烤箱的能耗较深油炸降低约80%。扫描电镜（SEM）观察显示，冲击烹饪的样品呈现多孔纤维状微观结构，无明显脂质沉积，支持了油脂吸收减少的结论。该研究发表在《Food Science》。
**主要关键技术方法**
研究人员采用以下关键技术方法：(1) 响应面法（RSM）结合中心复合旋转设计（CCRD），以烤箱温度、冲击空气速度、烹饪时间和托盘位置为自变量；(2) 使用原型空气射流冲击烤箱（含50个喷嘴，喷嘴直径13 mm，喷嘴-表面距离比H/D=1:1），与商业对流烤箱和深油炸锅对比；(3) 脂质氧化通过硫代巴比妥酸反应物（TBARS）法测定（mg丙二醛/kg产品）；(4) 丙烯酰胺通过液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）定量（LOQ 0.1 mg/kg）；(5) 微观结构通过扫描电子显微镜（SEM）观察。样品来源：冷冻法式薯条和薯角购自当地零售市场，以减小批次间差异。
**研究结果**
**3.1 物理性质**
通过分析水分含量、烹饪损失、脆皮厚度、颜色参数（b*值和褐变指数BI）发现，温度、空气速度和时间对大多数响应变量有显著影响（p<0.05）。回归系数显示水分含量与加工强度（温度、风速、时间）呈负相关，而脆皮厚度和褐变指数则随加工强度增加而增加。在较高强度条件下（如200°C, 15 m/s, 15 min），薯角的BI值可达到或超过深油炸样品。与传统烤箱相比，冲击烤箱在较短时间内即可实现类似的颜色发展。托盘位置对部分响应变量（如薯条的脆皮厚度、b*值）无显著影响。
**3.2 化学性质**
深油炸条件下，法式薯条和薯角的油脂含量分别为8.36 g/100g DM和5.75 g/100g DM，而冲击烤箱加工样品的油脂含量显著降低。油脂含量和TBARS值均随温度、风速和时间的增加而增加，其中烹饪时间影响最大。在优化条件下，法式薯条的油脂吸收降至4.65% DM，薯角降至2.86% DM；TBARS值则分别维持在1.812和2.805 mg/kg。与深油炸相比，冲击烤箱的TBARS值降低了16.3%–43.4%。统计模型具有良好的预测能力（R2adj在0.84–0.93之间）。
**3.3 质地、感官特性与能耗**
硬度与切割硬度随加工强度增加而升高，与脆皮形成一致。感官评价显示，脆度、外观和整体接受度在中高加工条件下达到最高（如法式薯条脆度评分由4.75提升至8.50）。油脂感评分在冲击条件下持续低于深油炸，表明油脂吸收减少。能耗方面，冲击烤箱的总能耗显著低于深油炸和对流烤箱，主要归因于高效的传热缩短了加工时间。
**3.4 最佳烹饪/油炸参数与丙烯酰胺含量**
通过期望函数法确定的最佳条件为：法式薯条160°C、15 m/s、15 min（中层托盘）；薯角200°C、15 m/s、5 min（中层托盘）。在此条件下，丙烯酰胺在法式薯条中为0.280 mg/kg，薯角中未检出（<0.1 mg/kg），而深油炸分别为0.360和0.670 mg/kg。SEM图像显示冲击烹饪样品具有多孔纤维结构且无脂质沉积，与质地和油脂吸收数据一致。
**结论讨论**
本研究表明，空气射流冲击辅助空气油炸能显著影响法式薯条和薯角的理化品质与化学安全性。与传统深油炸和对流烤箱相比，该技术有效降低了油脂吸收和脂质氧化，同时保持了理想的质地、颜色和感官属性。油脂吸收和TBARS值的降低主要归因于增强的传热传质条件，限制了油脂接触和氧化降解。加工参数（尤其是风速、温度和时间）在决定水分保留、脆皮形成、颜色发展及感官接受度中起关键作用。重要的是，优化条件下的丙烯酰胺形成被大幅抑制，薯角中甚至低于定量限，突显了该技术在减轻有害美拉德反应产物方面的潜力。空气射流冲击辅助空气油炸为生产具有可接受品质、同时降低油脂吸收、脂质氧化和丙烯酰胺形成的马铃薯产品提供了有前景的加工策略，并通过缩短烹饪时间和增强传热提高了加工效率，支持其在工业生产和家庭烹饪中的潜在应用。
