鱼皮厚度在调控鱼皮深油炸过程中失水与吸油中的作用

《Applied Food Research》：Role of skin thickness in governing water loss and oil uptake during deep-fat frying of fish skins

　　

针对深油炸休闲食品应用的鱼皮，研究人员评估了其在180°C油炸过程中吸油、失水、膨化行为、色泽形成、质构以及微观结构演变。罗非鱼皮在生样和油炸产品中均表现出明显大于金目鲈鱼皮的厚度（1.3 vs. 0.1 mm），从而导致不同的油炸行为。基于水分含量、水分活度（aw）、油脂含量和膨化行为，研究人员确定罗非鱼皮和金目鲈鱼皮的适宜油炸时间分别为6 min和4 min。在这些终点条件下，油炸罗非鱼皮和金目鲈鱼皮的水分含量分别为2.42%和1.98%，油脂含量分别为47.64%和47.84%，水分活度分别为0.34和0.35。罗非鱼皮获得了显著更高的膨化率（292.37% vs. 124.76%），而两种产品的破断力无显著差异。一级动力学模型（first-order kinetic model）能够较好描述油炸过程中的失水和吸油行为，其中金目鲈鱼皮表现出更高的速率常数，表明由于其结构更薄，脱水和吸油速度更快。扫描电子显微镜（SEM）观察显示，罗非鱼皮形成了更膨大且更均一的多孔结构，而金目鲈鱼皮则形成较小且更不规则的孔隙。总体而言，这些结果表明，鱼皮固有厚度与微观结构是控制传质、油脂滞留、膨化行为以及油炸鱼皮休闲食品品质属性的关键因素。

本文发表于《Applied Food Research》，围绕鱼类加工副产物鱼皮的高值化利用展开，重点讨论鱼皮厚度这一原料固有结构特征如何影响深油炸过程中失水、吸油、膨化及最终品质形成。研究背景在于，鱼皮约占鱼体总重的6%–7%，在水产加工中产量可观，但长期存在利用不足、经济附加值偏低的问题。尽管鱼皮富含胶原蛋白，已被广泛用于明胶和胶原相关制品开发，但作为亚洲多国常见的油炸休闲食品，传统油炸鱼皮通常含油量高达40%–50%，由此带来营养与健康方面的关注。深油炸属于典型的热质传递耦合过程，涉及快速水分蒸发、油脂渗入、组织膨化以及蛋白质和胶原基质的热变性。既有研究更多聚焦于配方或油炸条件，而不同鱼种鱼皮在厚度、组织结构方面的天然差异对油炸行为的影响仍缺乏系统阐明。因此，本研究选择厚度差异显著的罗非鱼皮与金目鲈鱼皮作为模型材料，分析鱼皮厚度在深油炸过程中的作用机制，以期为鱼皮休闲食品品质调控与副产物资源化利用提供科学依据。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：以罗非鱼（Oreochromis spp.）和金目鲈（Lates calcarifer）冷冻鱼皮为原料，在180°C条件下进行2、4、6、8 min常压深油炸；测定水分含量、水分活度（aw）、脂质含量、厚度、膨化率、破断力与色差参数（CIE L* a* b*）；采用表观一级动力学模型拟合失水与吸油过程；利用扫描电子显微镜（SEM）观察油炸后微观结构，并借助ImageJ对孔径、圆度、长宽比、圆整度与致密度等孔形态参数进行定量分析；通过方差分析（ANOVA）、Pearson相关分析和模型拟合优度评价不同鱼种间品质变化规律。

在研究结果方面，论文主体可概括如下。

3.1. Moisture content, water activity, and kinetic model of water loss
研究显示，两种鱼皮初始水分含量接近，但在深油炸初期均快速脱水，其中前4 min降幅最为显著。金目鲈鱼皮由于厚度仅约0.1 mm，明显薄于罗非鱼皮的1.3 mm，因此在相同条件下表现出更快的失水速率。一级动力学模型能够很好拟合实验数据，失水速率常数K_x在金目鲈鱼皮中高于罗非鱼皮，说明较薄结构缩短了水分扩散路径并加快了脱水进程。研究人员据此指出，鱼皮厚度是影响炸制过程中热量穿透与水分迁移的重要因素。

3.1.1. Effect of skin thickness on dehydration, oil uptake, and water activity during deep-fat frying
在油炸早期，罗非鱼皮含水量下降较慢，而金目鲈鱼皮在2 min时已达到更低残余水分和更低aw，说明薄层胶原基质更利于热传递和自由水逸出。4 min后，两类鱼皮失水速率均明显降低，传质过程逐渐受扩散限制。研究还发现，罗非鱼皮虽初期aw下降较慢，但在延长油炸后可达到更低的最低aw，这一现象与其后续形成更膨大且连通的多孔结构有关，该结构促进了后续水分进一步逸散。

3.2. Oil absorption and kinetic model of oil uptake
吸油结果表明，随着炸制进行，鱼皮油脂含量逐步升高，且金目鲈鱼皮在相同条件下始终表现出更高吸油水平。改良一级动力学模型在考虑原料初始脂质含量不为零后，对两种鱼皮吸油行为均具有较高拟合度，金目鲈鱼皮的吸油速率常数K_y显著高于罗非鱼皮。研究人员认为，薄鱼皮更高的表面积/体积比、快速脱水形成的开放毛细通道以及不规则孔隙共同促进了油脂滞留，而不能简单理解为蒸发水分被油脂直接替代。综合残余水分、aw、油脂含量、膨化率和质构表现，研究确定罗非鱼皮6 min、金目鲈鱼皮4 min为较优油炸终点。

3.2.1. Influence of initial lipid content on oil uptake behavior during frying
研究指出，两种原料鱼皮初始脂质含量存在明显差异，罗非鱼皮高于金目鲈鱼皮，但终产品中金目鲈鱼皮反而表现出更高吸油量，说明最终含油水平不仅受原始脂肪组成影响，更受油炸中的结构演变支配。金目鲈鱼皮在延长油炸后油脂含量迅速趋于平台，提示其孔道和毛细网络达到接近饱和状态。研究人员据此强调，厚度虽是关键因素，但并非唯一决定因素，孔隙形态、孔连通性与毛细油滞留行为同样重要。

3.3. Changes in the breaking force, color, and puffing ratio during frying
在质构方面，罗非鱼皮破断力随油炸时间先升后降，说明早期脱水及胶原/蛋白热变性可暂时增强结构，而继续油炸则因过度变性和结构劣化使其脆裂阻力下降。金目鲈鱼皮则表现为破断力持续下降，说明其在2 min时已达到较低含水状态，未出现明显的结构强化阶段。两者在选定最佳时间点的破断力无显著差异。色泽方面，罗非鱼皮整体L*和b*偏低、a*较高，但在较长油炸后L*与b*回升，研究人员认为这与高膨化所形成的空气空间增强光散射有关；金目鲈鱼皮则随时间延长逐渐变暗，提示褐变反应增强。膨化行为方面，罗非鱼皮显著优于金目鲈鱼皮。较厚的胶原网络更有利于在完全脱水前保留蒸汽压力，从而促进组织扩张；而较薄金目鲈鱼皮快速失水，蒸汽滞留有限，因此膨化受限。

3.4. Product quality attributes under the selected frying conditions
在筛选出的适宜油炸条件下，两种产品均具有较低残余水分和较低aw，符合酥脆型休闲食品特征。罗非鱼皮在6 min时表现出明显更高的膨化率，而两种鱼皮在油脂含量、aw和破断力方面相近。研究据此认为，鱼皮固有厚度与结构特征对视觉膨大效果影响更显著，而对最终成品状态下的含油量、aw及机械强度影响相对有限。对于金目鲈鱼皮，4 min较6 min更能平衡低水分、较低含油量、较高膨化率与适宜质构。

3.5. Microstructure of fried fish skins
扫描电子显微镜（SEM）结果显示，罗非鱼皮形成了更扩张、较均一的多孔网络，而金目鲈鱼皮则形成较小、分布不均且形态不规则的孔洞。ImageJ定量分析进一步证实，罗非鱼皮孔隙具有更高圆度和致密度，说明其孔结构更规则、更稳定。研究人员据此认为，较厚鱼皮在油炸时能够延缓水分逸出，促进较为渐进的孔结构发育，并维持组织完整性，从而产生更高膨化和更稳定的酥脆结构。相反，金目鲈鱼皮可能因快速脱水而发生局部结构塌陷，形成不规则孔道，并进一步增加油脂滞留。

3.6. Correlation between physical properties of fried fish skin
相关性分析表明，罗非鱼皮膨化率与水分含量、aw呈负相关，而与油脂含量呈正相关，提示在较厚鱼皮中，结构扩张、残余水分与吸油行为之间存在明显耦合。金目鲈鱼皮中，破断力与多数理化指标相关性较弱，仅与aw存在一定关系，说明薄鱼皮机械性质对含水和结构差异的敏感性较低。整体来看，膨化和色泽等关键品质属性与鱼种及鱼皮厚度关系更密切，而不仅仅由含油量决定。

讨论部分强调，鱼皮厚度应被视为调控深油炸过程中热质传递的核心原料属性之一，但并非唯一机制。除厚度外，胶原基质组织、孔隙形成方式、表面积/体积比和毛细滞油效应等也共同影响最终失水和吸油行为。研究所建立的一级动力学模型虽不能完全揭示全部机理，但为比较不同鱼种鱼皮在油炸中的表观传质行为提供了可靠工具。研究同时指出，直接深油炸虽可获得较低水分和可接受的酥脆质构，但成品油脂含量仍然较高，因此仅凭传统深油炸难以实现显著低油化。论文还提示，未来可结合预干燥、真空油炸或炸后脱油等工艺，以在保持膨化与质构的同时进一步降低吸油。

研究结论部分可译为：油炸鱼皮的利用为鱼类加工副产物资源再利用提供了有效途径。本研究成功建立了描述罗非鱼皮与金目鲈鱼皮深油炸过程中失水和吸油行为的一级动力学模型。较高的决定系数R²（>0.99）表明，该模型能够较好描述传统深油炸条件下两种鱼皮的实验传质趋势。相关性分析进一步显示，罗非鱼皮中水分含量与膨化率呈负相关，而该关系在金目鲈鱼皮中未观察到，说明其响应具有明确的物种与结构依赖性。这些结果表明，鱼皮厚度在调控油炸过程中的热质传递方面具有关键作用，进而影响失水、吸油和结构膨化。与金目鲈鱼皮相比，罗非鱼皮因厚度更大且膨化率更高，在油炸过程中表现出更慢的失水和吸油，并形成更显著的结构扩张。尽管所筛选油炸条件可获得低水分含量以及可接受的膨化和质构相关物理性质，但最终油脂含量仍然较高，表明单纯直接深油炸不足以制备显著低油的鱼皮休闲食品。因此，未来研究可考虑整合预干燥、真空油炸或炸后脱油策略，以在维持理想膨化行为和质构相关物理性质的同时进一步降低吸油。该建议与既往关于预干燥和真空油炸有助于减少油炸休闲食品吸油的研究结果一致。本研究建立的动力学模型为油炸鱼皮休闲食品生产过程中水分和油脂含量控制提供了有用的预测框架。研究结果强调，在开发高附加值鱼类副产物休闲食品时，选择适宜鱼种并考虑鱼皮固有结构的重要性，这有助于获得理想的产品质构与外观，并支持鱼类加工副产物的可持续高值化利用。