应用真空油炸方法生产脆虾的技术研究

1、1 绪论1.1 凡纳滨对虾简介凡纳滨对虾（litopenaeus vannamei），俗称南美白对虾，亦称万氏对虾、白肢虾或白对虾，隶属于节肢动物门，甲壳纲，十足目。凡纳滨对虾在外形上与中国对虾相似，虾体为浅青灰色或青蓝色，全身无斑纹，成虾体长可达24cm。具有生长快、食性杂、营养需求低、盐度适应范围广、抗病力强、产量高、便于活虾运输等优点1，是世界上三大高产养殖虾类（中国对虾、斑节对虾、凡纳滨对虾）之一。目前我国也有大面积养殖，2016年我国海水虾养殖量达1271743吨，其中凡纳滨对虾产量达932297吨，占总养殖量的73%。海水总养殖面积259845公顷，其中凡纳滨对虾养殖面积达1709

2、69公顷，占总养殖面积的65.8%2。凡纳滨对虾营养丰富。富含蛋白质（占干基90.97%），氨基酸种类齐全，必需氨基酸含量高；脂肪含量（占干基1.22%）低，且多为多不饱和脂肪酸，有助于预防冠心病、防止动脉粥样硬化3；维生素（胡萝卜素、维生素a、维生素e等）和矿物质（钙、铁、锌、硒、镁等）含量丰富4；还含有较多的虾青素，具有美容养颜、增强免疫力、缓解疲劳等功效。此外，对虾性温，具有补肾壮阳、通乳抗毒的作用。其肉质滑嫩有弹性、味道鲜美、易消化吸收，成为餐桌上人们喜爱的常见水产品之一。随着产业结构的调整和人工放养技术的推广，我国对虾产量大幅增长。但由于对虾捕捞时间集中，而我国对虾深加工技术及贮藏保

3、鲜技术滞后，对虾供大于求，导致价格下跌；出口对虾主要为冷冻全虾、冷冻去头虾、冷冻熟虾等粗加工虾制品，运输流通成本高，产品的附加值低，并且对出口过度依赖，会使凡纳滨对虾的养殖存在风险；另外，对虾营养丰富、水分含量高，极易在微生物和酶的作用下发生腐败变质，为凡纳滨对虾的运输、销售、贮藏带来诸多难题，未及时售出的对虾不仅造成资源浪费，更导致环境污染5。解决当前对虾增产不增收现象是维持我国凡纳滨对虾养殖业健康发展的首要任务。1.2 凡纳滨对虾加工与研究利用现状目前，人们对凡纳滨对虾的研究主要集中于营养成分分析、对虾的冻藏保鲜、药用保健价值开发6-8、副产品的综合利用9-13。张高静等14对凡纳滨对虾的

4、基本营养成分进行测定，发现凡纳滨对虾高蛋白、高矿物质、高不饱和脂肪酸、营养均衡。邹明辉等15以凡纳滨对虾为研究对象，考察虾仁在-18的冷冻条件下鲜度的变化规律。谢莹等16研究了杀菌条件、不同保鲜剂对南美白对虾产品品质及货架期的影响，发现两者协同作用，产品的货架期可达90天以上。周爱梅等17以南美白对虾的虾壳、虾头为原料，筛选出制备抗氧化肽的最适水解酶-风味蛋白酶，dpph自由基清除能力高达89.42%。王红18用酶法脱蛋白、超声波辅助乳酸钙提取甲壳素，再经脱乙酰后得壳聚糖。estaca等人19研究了虾废弃物中脂溶性提取物（虾青素、脂肪酸、维生素e）的特性和贮藏稳定性。arancibia等人20

5、将从对虾中得到的壳聚糖和蛋白质-脂质浓缩液制成膜，并在对虾的冷冻保藏中应用。younes等21用不同的方法从虾壳中提取甲壳素，生产壳聚糖，研究发现壳聚糖具有抗氧化、抗癌症、抗菌能力。虽然在对虾冻藏保鲜技术、杀菌技术以及副产品综合利用等方面的研究取得一定成果和进展，但目前这些研究都是在实验室进行的，没有扩大试验研究，更没有工业化应用的报道，大量的凡纳滨对虾依然缺少出路。新技术的应用和新产品的开发将会解决凡纳滨对虾产业发展的瓶颈。目前除了鲜售外，凡纳滨对虾更多被加工为冷冻虾、虾干、虾糜制品、调味料等。冷冻虾：冷冻虾为常见的对虾粗加工方法，通常将鲜虾或预处理的虾保藏在-18以下，以延长贮藏时间，达到

6、保鲜的目的。主要包括冷冻生（熟）全虾、冷冻去头虾等。虾干：干制加工是常用的食品保藏方法。通过降低水分含量以抑制霉菌、细菌的生长，经干制的虾干水分含量通常低于20%。常用的干制方法有自然晾晒、热风干燥、微波干燥、真空冷冻干燥等，但对虾干制品渣多汁少、口感粗糙、咀嚼性差22。虾糜制品：虾糜制品是一种新型的高附加值对虾产品，主要产品有虾肉丸、虾肉肠等。与鱼糜制品加工不同的是虾中内源蛋白酶及水溶性蛋白含量高，而盐溶蛋白含量低，从而影响了虾糜制品的凝胶性能23。目前虾糜制品的加工工艺尚不成熟。调味料：为提高对虾资源的利用率，越来越多的研究者和商家利用对虾加工的副产物生产对虾调味品。市场上可见的有虾酱24

7、、虾味酱油25、虾味香精26、虾黄酱、虾精粉、虾黄粉、虾油等。随着生活水平的提高和生活节奏的加快，以上这些产品并不能满足现代消费者对产品营养美味、即食方便、种类多样的需求，而更多的趋向方便休闲食品的消费。将南美白对虾加工成对虾休闲即食食品，具有满足不同人群需要、携带食用方便、口味多样、贮藏性好等优点。现有的虾类即食品多为传统干燥方法加工成的低水分含量的对虾干制品或通过腌制、杀菌方法制成的高水分含量的即食虾仁。陈少华27等人用700mpa、50的超高压技术处理新鲜的南美白对虾30min，考察超高压杀菌效果，制备出安全、可直接食用的原汁原味的即食虾仁。吴文龙28等人探索了半干即食虾仁的加工技术，将

8、南美白对虾蒸煮5min后进行二段烘干，最后115杀菌10min，产品保质期达12个月。张高静29对比研究了热风干燥、日光晾晒、太阳能干燥、真空冷冻干燥等干制方法对南美白对虾干燥特性和产品品质的影响。yi30等人分别用超高压条件（500mpa，25，5min）和热处理条件（85，30min）分别对预处理的醉虾进行杀菌，研制了一种水分含量分别为68.98%和66.62%的即食醉酒虾仁，25贮藏条件下均可贮藏90d以上。mejlholm31等人用低温卤水研制对虾，并研究了卤水组成、ph和贮藏温度对微生物的影响，建立了7和15贮藏温度下，微生物在卤水及对虾中的生长模型。akonor32等人研究了不同干

9、燥方法（烘箱干燥、太阳能干燥）对虾仁理化性质和营养性能的影响，得到最终水分含量低于10%的虾仁，延长了虾仁的贮藏期。lin33等人对小虾进行微波真空干燥，对虾干的物理和感官特性进行了评价，并与空气干燥和冷冻干燥样品进行对比，发现微波真空干燥虾干收缩率小，复水性和保水能力强。低水分含量的虾干具有运输、储藏、食用方便等优点，但虾干制品口感粗糙，形态皱缩严重，失去了虾的鲜香味，有些不能直接食用；即食虾仁需要严格控制腌渍液的浓度或水分含量，腌渍液浓度低或水分含量高，虾仁的贮藏时间短；而腌渍液浓度高或水分含量低，影响产品的咀嚼性和口感。因此，开发新型对虾休闲即食食品成为未来发展趋势之一。1.3 真空油炸

10、技术的研究进展油炸是常见的食品加工方法，油炸食品因其独特的风味而深受消费者青睐34。油炸分为真空油炸、常压油炸和高压油炸3类，其中常压油炸是最常用、最普遍的油炸方式。随着社会的发展和营养健康知识的普及，消费者越来越追求低油脂或无油脂、高营养、绿色安全食品，这使得传统的常压高温油炸受到极大挑战。常压油炸一般在180250的高温条件下进行，油炸时不仅营养成分受到很大的破坏，而且容易发生油脂劣变，产生一些致癌物质35，另外常压油炸食品油脂含量很高，有些甚至超过总质量的30%36，对身体健康非常不利37，更限制了一些特殊人群的食用。真空油炸技术的出现很好的解决了这些问题。1.3.1 真空油炸技术的发展

11、概况真空油炸技术是20世纪70年代初兴起的一项将油炸和真空脱水有机结合的新型干燥技术。1972年，美国的一项专利（us3635722）最早的提出了原始的封闭油炸模式，即真空油炸设备的雏形。1977年，日本学者撰写了关于真空油炸香蕉脆片设备及工艺的专利（no.28865），但设备工艺不成熟。随后，美国、日本、德国、加拿大、荷兰、英国、中国等国家对真空油炸设备在技术上进行了深入的研究和改进，申请相关专利100多项，设备及工艺逐渐成熟。1993年，连续型真空油炸设备问世，生产效率得到提高，产品质量有了较大改进。20世纪80年代后期，在一些发达国家真空油炸果蔬脆片的生产技术已经相当成熟，果蔬脆片成为消

12、费热点。日本和台湾省在真空油炸技术方面发展的较快，之后，该项技术相继被推向世界各地，走向全球。1991年，台湾厂商在大陆设立真空油炸果蔬脆片厂，推动了内陆真空油炸技术的发展。1993年，真空油炸技术被我国科技部列为国家星火计划支柱项目，同年山东同庆商务公司的食品工程部经过不懈努力，研究制造出真空低温油炸装置并于1994年评为国家级重点新产品。1995年，我国第一台yzg型真空低温油炸机械的成功研制使我国果蔬脆片的生产更加规模化、自动化、专业化。近20年来，真空低温油炸机不断创新、改进，前后经历了三代变革。第一代真空油炸机的油炸装置与脱油装置分开，脱油多为常压脱油，即真空油炸结束后，将产品转移至

13、脱油机中进行脱油，由于吸油过程多发生在油炸室中气压恢复及冷却的过程38，因此第一代油炸机的产品含油量高、破碎严重、卫生质量不能保证。第二代真空油炸机将真空油炸、真空脱油、真空滤油三者相结合，产品品质有了很大提高，但由于操作制程由人工控制且油炸机为立式机型，导致油炸条件精确化不足，产品品质不一致。滤油为间歇式滤油，炸油使用时间短，成本高。第三代真空油炸机最大的特征为卧式机型，整个制程有人工控制和电脑自动控制两种方法，弥补了第二代真空油炸机的不足。目前，国内的真空油炸机大部分为第二代设备，主要由真空系统、蒸汽加热系统、液压系统、脱油系统、冷却水系统、电控系统和相应的管路组成。工作方式为间歇式。将处

14、理好的样品装入不锈钢篮放入到油炸室中油炸，油炸结束后自动真空脱油，然后取出样品，冷却、包装。相比来说，国内在设备及技术上落后于国外。1.3.2 真空油炸技术的原理及特点1.3.2.1 真空油炸技术的工作原理水在常压条件下的沸点为100。真空低温油炸是在负压情况下工作，即系统中压力低于标准大气压。随着压力的降低，水的沸点温度也会降低。油炸时，以油作为加热介质而使食品中水分在相对较低的温度下蒸发，实现低温条件下对食品脱水干燥的目的。同时热油作为供热介质，还能改善食品风味。与常压油炸相比，由于真空油炸是在低温低氧条件下进行，从而避免了营养成分损失，降低了油脂劣变程度，减轻了食品褐变及美拉德反应。1.

15、3.2.2 真空油炸技术的特点保持食品良好的色泽和原有的风味。真空油炸是在低温、负压条件下进行，氧气浓度较低，减少了食物与氧气的接触，避免了因酶促褐变作用引起的褐变以及褪色、变色，从而最大限度保留了食物的良好色泽。食物的风味物质大多为水溶性，不溶于油脂，以油作为加热介质使食物水分在低温下蒸发，从而使成为成分得以浓缩，不仅保持了食物原有的香味，更增添了淡淡的油脂香。最大限度保留营养成分。真空油炸与常压油炸相比，油炸温度较低（100左右），降低了食物营养成分的损失，特别是热敏性物质营养素的破坏，更避免了高温下油脂产生的有害物质对人体的毒副作用。食品的酥脆性、复水性好。在真空条件下，水的沸点降低，油

16、炸时，食品表面的水分急剧汽化，形成外皮壳，食品内部水分逐渐受热形成蒸汽，从食品中溢出，形成疏松多孔的结构，使食品呈现酥脆的口感和良好的复水性。降低油炸食品的吸油量。低温真空油炸可以使细胞变得坚韧，稳定细胞壁结构，减少细胞破碎程度，油仅分布于细胞间隙；常压油炸由于温度较高，细胞失水快，细胞破碎，油充满细胞及间隙39。常压油炸食品的含油量一般为40%50%，而真空油炸可以降到20%30%。能够有效减小油脂劣变程度。真空油炸过程中，系统处于密闭低氧环境，因此能有效防止油脂氧化和油脂酸败；油炸用油温度低，减少了高温条件下油脂聚合反应的发生，大大降低了油脂劣化程度，提高了油炸用油的循环利用率和食用安全性

17、。1.3.3真空油炸工艺研究真空油炸技术具有广泛适用性，可以对各种不同的原料进行加工，但由于原料的形状大小、组成成分、组织结构、水分含量等不同，前处理工艺及真空油炸工艺也存在差异40。国内外对真空油炸技术的研究很多，但大都集中在果蔬制品的加工。zhu 41等人研究了豌豆的真空油炸工艺参数，并探讨了羧甲基纤维素钠涂膜技术、真空微波干燥、热风干燥3种预处理方法对豌豆理化性质和感官品质的影响，发现3种预处理方法均能明显降低真空油炸豌豆的吸油量，其中羧甲基纤维素钠涂膜技术的效果最显著，可以将吸油量降低到24.53%，但真空微波干燥预处理的产品可接受性最高。suzana42等人研究了真空油炸薯条的工艺，

18、分析了植物油的种类（葵花籽油、植物油、棕榈油）、油炸前处理（氯化钙、柠檬酸水溶液中漂烫，羧甲基纤维素衍生物溶液中浸渍）对真空油炸薯条吸油量的影响。mariscal43等人研究了苹果片的低温真空油炸工艺，并与常压油炸作对照，分析了两种油炸苹果片的不同之处。paulo44等研究了西红柿的真空油炸工艺。troncoso45等人研究了真空油炸土豆片的水分损失与吸油量模型。costa46等人分析了土豆片油炸过程中热传递系数与水分损失速率的关系。张洪磊47等对秋葵的真空低温油炸工艺作了研究，研究得出秋葵最佳油炸工艺为98漂烫1min，真空油炸温度90，真空油炸时间170min，油炸后用铝塑包装袋充气包装，

19、常温下可贮藏12个月。林璐48等对红薯脆片的研制与生产进行了研究，分析了真空油炸时间、真空油炸温度和真空度对红薯脆片破碎力和油脂含量的影响。国内对枣、香蕉、黄瓜、冬瓜、毛豆、哈密瓜、杏鲍菇、山药等原料的真空油炸加工工艺也进行了研究。真空油炸在畜禽类和水产品中的应用很少。目前对于油炸肉制品和水产品大都进行裹浆处理，以期得到外焦里嫩的油炸制品。王伟49等研制了可批量生产的汉堡鸡肉饼、香辣鸡排、香辣鸡肉串等制品，该系列禽肉制品营养丰富、方便食用。张晨芳50对油炸罗非鱼的裹浆配方进行了优化，研制了椰味面包罗非鱼。李宏盛51等研究了香辣风味的裹浆液配方，以期制作香辣风味面包罗非鱼。韩晓银52等研究了高酶

20、大豆蛋白粉、黄原胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素四种裹浆对面包虾品质的影响。何定芬53以南美白对虾为原料，研究了面包凤尾虾制作的工艺参数，确定了最佳工艺条件。潘广坤54等以裹粉率、水分损失率、吸油率、色泽、质构等为考察指标，研究了裹粉中添加大豆分离蛋白对面包虾品质的影响。而关于无裹浆处理、直接进行油炸的肉制品及水产品的研究寥寥无几，仅仅在鱼制品中有几例研究。许彩虹55等用真空油炸方法研制了香酥鱼排，在真空度0.095mpa的条件下105油炸12min，400r/min离心脱油2min，得到最终产品的含水量3%4%，含油率15%。康孟利56等以龙头鱼为原料，对其去腥、漂洗、预干燥、真空油炸的工艺进行

21、了优化，获得了品质良好的真空油炸龙头鱼。对于直接将营养丰富的凡纳滨对虾全虾用真空油炸的方式加工成脆虾的研究鲜有报道。裹浆类油炸制品虽然营养美味，但水分含量相对较高，贮藏期短，为产品的贮运、销售带来困难。而未裹浆油炸产品，水分含量低，具有膨化食品的特点，可以很好的解决产品贮藏问题。因此将凡纳滨对虾加工成脆虾具有一定的研究开发价值。1.3.4真空油炸工艺参数的模型拟合水分损失和吸油量是影响油炸产品品质的两个重要参数，两者直接影响到产品的感官品质、理化性质及贮藏稳定性。有文献报道，油的品质和组成、原料形状、初始水分含量、油炸温度、油炸时间对水分损失和油的吸收有很大的影响45。随着人们消费观念的转变和

22、健康意识的增强，消费者越来越追求低脂食品。与此同时，学者们对油炸食品的研究更多的集中在了解油吸收的机制57, 58、寻找降低吸油量的方法59, 60。而有研究发现吸油量与水分损失密切相关，gamble 61表示油炸过程中进入产品中的油与失去的水分成正比。在真空油炸过程中，真空油炸时间、真空油炸温度及真空度对产品的水分含量有显著的影响60，因此了解真空油炸过程中吸油量及水分损失的变化规律是很有必要的。然而目前对水分损失与油吸收关于真空油炸工艺参数的函数模型的研究很少，关于常压油炸的研究相对较多，故多用常压油炸的模型来近似描述真空油炸过程中水分损失与吸油量的变化。andres62总结了几种最常用的

23、适合真空油炸过程的经验及非经验模型。krokida63等用一级动力学模型对油炸薯条的吸油量和水分损失量进行拟合，并假设油炸过程中油的温度不变；原料初始水分含量均匀；水分从原料到油的扩散与油到原料的扩散相互独立。模型方程中水分损失与油吸收的速率常数主要与油温、油的种类、原料的厚度有关，并表示油炸温度越高及原料厚度越小，一级动力学模型拟合更准确。elizabeth troncoso和franco pedreschi45研究了真空油炸土豆片的水分损失与油吸收模型。水分损失分别用2种模型对其进行拟合，一种借鉴crank64的菲克扩散定律，假设质量传递仅单向进行；另一种考虑到水分扩散系数不是常数，因此借

24、鉴predreschi65所提出的可变扩散系数解析模型，油的吸收现象用经验模型来描述。结果发现，水分损失随油炸温度的升高而增大，可变扩散系数解析模型更适合计算土豆片真空油炸过程中水分损失量；吸油量随油炸时间的延长而增加，经验模型对其拟合度较好。moyano66等利用2个经验模型描述油炸过程中吸油量的情况，第一种模型在较短的油炸时间内与油炸时间成线性；第二种为一级动力学模型。结果表明，两种模型的拟合度都较好，且拟合系数非常接近，然而很多研究表示一级动力学模型的预测平衡值普遍低于实际平衡值。总体来说，常压油炸的模型方程应用于真空油炸过程是可行的，然而目前的预测模型方程大多为水分损失与吸油量关于油炸

25、时间的函数，关于油炸温度与真空度的函数鲜有报道；并且研究原料大多为土豆，而对于其他原料的研究很少。1.3.5真空油炸产品货架期预测动力学模型食品的货架期指食品在包装标签上规定的贮藏条件下，能够保证食用安全性且保持产品良好品质的一段时间67。货架期是对当前食品品质的反映，消费者希望在购买产品后，产品可以在一段时间内保持良好品质，因此货架期的研究可以为消费者了解该项产品提供依据，帮助消费者作出是否购买的选择，生产商家也可以以此选择产品的销售渠道和方法，保障食品的安全性。准确地预测产品货架期不仅可以避免不必要的食品浪费和经济损失，而且可以防患食品质量安全问题，取得经济利益最大化，货架期的预测是食品贮

26、藏的重要研究方面。目前常用的货架期预测方法68有动力学模型、微生物生长模型及统计学方法，其中最常用的是arrhenius方程。每种产品由于原料自身特性、加工方法、包装方式、贮藏条件的不同，产品的货架期也会存在很大的差异。油炸产品一个主要的特点是酥脆性好（真空油炸产品更突出），贮藏过程易吸潮；而另一个重要特点是含有油脂，贮藏时易发生油脂氧化、油脂酸败、油脂劣变等问题。对于日渐走进人们生活的真空油炸产品来说，它有常压油炸产品有很大的不同，真空油炸产品水分含量低、吸油量少且产品品质好，可以在常温下流通和长期贮存。但贮藏温度、光照、水分、氧气以及微生物会影响油炸食品的货架期。当产品品质指标菌落总数、挥

27、发性盐基氮、过氧化值、感官品质中某项指标超标时，该产品则到达货架期终点，食品的色泽、风味等发生改变，营养价值大幅降低，甚至有毒副作用，不能再食用，否则将危害身体健康。因此，对油炸产品货架期的研究很有必要。国内对货架期模型的研究主要集中在鸡蛋、灭菌乳、果蔬类、冷鲜肉、水产品等方面。而对于干货制品的货架期研究很少有报道。刘雪69等建立了不同温度条件下鸡蛋货架期的动力学模型方程和bp神经网络方程，以了解535贮藏温度下鸡蛋的品质变化，并对5、25、35的货架期预测值进行验证，发现bp神经网络模型的准确度达95.93%，动力学模型达90.79%，说明bp神经网络模型更适合预测535范围内鸡蛋的货架期。

28、曹平70等研究了市售灭菌乳的货架期，采用weibull hazard analysis（whz）方法对食品感官指标进行分析并预测其货架期，然后将预测结果与寿命加速方法aslt您行比较，最终获得一致结果。wha法可准确预测产品的货架期，实时掌握产品失效的可能性，但该方法以感官指标为评判标准，因此对评价员和实验样品有严格要求，限制了该方法的推广，需要与一些客观的食品理化指标和微生物指标相结合。谢晶71等通过对上海青蔬菜还原型抗坏血酸、叶绿素、颜色参数亮度和色差、感官评分等指标的测定，采用常见的arrhenius方法对不同温度下的上海青进行货架期预测，结果发现零级动力学模型比一级动力学模型更能准确的

29、描述上海青的品质变化，货架期的预测值与试剂货架期的偏差小于6.5%。但该经典货架期预测方法不能得出最接近感官寿命的时间，因此同时采用了感官终点决定的动态品质终点值的预测方法获得最准确的感官寿命终点值，两种预测方法的结合使得预测结果更加全面和准确。x晓燕72等探讨了猪肉中菌落总数、生物胺、腐胺、挥发性盐基氮等的含量与贮藏时间的关系，并将生物胺作为品质关键因素，结合arrhenius方程建立猪肉货架期预测模型，为猪肉的安全冷藏提供理论依据。郭全友73等研究了养殖大黄鱼腐败的原因，采用了exponential、school-field、square-root3种货架期预测模型对其进行货架期预测，结果

30、表明前两种方法的预测性能优于第三种，经计算得出养殖大黄鱼在低温下可保藏5.417.8d。国外对货架期模型的研究很普遍且很深入。lara74等以见光褪色的饮料为研究对象，建立了一种新的针对光敏性物质货架期预测的模型，他们将饮料暴露在温度不断升高的不同光照下，分析样品的漂白速率、色素含量、色素降解产物，结果表明，饮料货架期模型的建立应将光照和温度两者都考虑在内，该研究中货架期预测新方法的建立解决了光敏性物质货架期预测的难题。giuffrida75等认为食品中细菌的浓度是微生物生长或失活共同作用的结果，建立模型时应将其分开，因此这种分开之后的模型可以免除抗菌素的干扰，不管抗生素的存在与否，该模型都可以描述细菌浓度的变化规律，他们以鱼片为原料，建立了独立的细菌浓度预测模型，减少了二次建模的麻烦。kleinhenz76等为了延长新鲜竹笋的货架期，他们研究了贮藏温度及包装方式对竹笋水分损失、呼吸作用、色泽、微生物的影响。1.4 立题背景与意义随着生活节奏的加快和