氣流速度調(diào)控下空氣炸薯?xiàng)l丙烯酰胺分布均勻性機(jī)制的研究
2025年4月，江南大學(xué)夏書芹研究團(tuán)隊(duì)和美的公司在《Food Chemistry》（IF=7.514）發(fā)表題為“空氣炸鍋內(nèi)氣流速度對薯?xiàng)l中丙烯酰胺生成均勻性的調(diào)控機(jī)制：水分遷移與微觀結(jié)構(gòu)演變”研究，探究空氣炸鍋中心與周邊風(fēng)速對薯?xiàng)l丙烯酰胺生成的影響，以及薯?xiàng)l水分特性與微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律。
摘要
為改善空氣炸薯?xiàng)l中丙烯酰胺分布不均的問題，本研究考察中心與周邊區(qū)域風(fēng)速對丙烯酰胺生成的影響，并分析薯?xiàng)l水分特性與微觀結(jié)構(gòu)變化。受風(fēng)速差異影響，炸籃周邊區(qū)域薯?xiàng)l的丙烯酰胺累積量至少為中心區(qū)域的1.5倍；當(dāng)周邊風(fēng)速從2.00 m/s升至5.00 m/s時，薯?xiàng)l丙烯酰胺含量至少升高2.8倍。高風(fēng)速會加劇自由水流失，改變水分狀態(tài)，使結(jié)合水占比超50%；薯?xiàng)l表面褶皺程度與內(nèi)部孔隙率隨風(fēng)速升高顯著增大。將周邊風(fēng)速控制在3.33 m/s以下，并縮小中心與周邊風(fēng)速差，可提升丙烯酰胺生成均勻性，為控制丙烯酰胺產(chǎn)生提供指導(dǎo)。
實(shí)驗(yàn)材料與儀器
實(shí)驗(yàn)材料
冷凍薯?xiàng)l、丙烯酰胺、5-羥甲基糠醛（HMF）、氯化鈉、氯化鎂、甲醇、正己烷、甲酸、乙腈、乙酸乙酯、石油醚
實(shí)驗(yàn)儀器
美的1500 W空氣炸鍋、水分測定用干燥箱、GBX eFAst-Lab水分活度儀、低場核磁共振儀、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、超高效液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜儀、ANSYS Fluent 2022R1流體仿真軟件
實(shí)驗(yàn)過程
樣品制備與參數(shù)設(shè)置：采用180 ℃、18 min工藝烹飪300 g冷凍薯?xiàng)l，依次設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速1500、2000、2500 rpm，扇葉尺寸100、125、150 mm，底部肋條高度0、10、20 mm，每次僅改變單一參數(shù)；將炸籃分為中心區(qū)與周邊區(qū)，分別取樣檢測。
GBX eFAst-Lab水分活度儀
不同空氣炸鍋參數(shù)下油炸后薯?xiàng)l的水分含量與水活度
3. 水分狀態(tài)分析：低場核磁共振測橫向弛豫時間T₂，區(qū)分結(jié)合水、不易流動水與自由水；磁共振成像觀察水分空間分布。
4. 微觀與晶體結(jié)構(gòu)分析：掃描電鏡觀察表面與內(nèi)部微觀形態(tài)，ImageJ計(jì)算孔隙率；X射線衍射分析淀粉晶體結(jié)構(gòu)與相對結(jié)晶度。
5. 風(fēng)速仿真：ANSYS Fluent模擬炸籃內(nèi)中心與周邊風(fēng)速分布，計(jì)算風(fēng)速差異。
6. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，SPSS進(jìn)行方差分析，Duncan檢驗(yàn)差異顯著性（P<0.05）。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
1. 空氣炸鍋周邊風(fēng)速高于中心，導(dǎo)致周邊薯?xiàng)l丙烯酰胺、HMF含量更高，扇葉尺寸對區(qū)域風(fēng)速差影響最明顯。
2. 風(fēng)速升高加速薯?xiàng)l表面水分流失，降低水活度，自由水占比下降、結(jié)合水占比上升，促進(jìn)美拉德反應(yīng)與丙烯酰胺生成。
3. 高風(fēng)速使薯?xiàng)l表面褶皺加劇、內(nèi)部孔隙率增大，淀粉晶體結(jié)構(gòu)受損，進(jìn)一步加速水分遷移與有害物質(zhì)累積。
4. 調(diào)控電機(jī)轉(zhuǎn)速、扇葉尺寸、底部肋條高度，將周邊風(fēng)速控制在3.33 m/s以下，縮小中心與周邊風(fēng)速差，可有效降低丙烯酰胺生成并提升分布均勻性。
原文鏈接與參考文獻(xiàn)
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144386
參考文獻(xiàn)1：Andrés, A., Arguelles, Á., Castelló, M. L., & Heredia, A. (2012). Mass transfer and volume changes in French fries during air frying. Food and Bioprocess Technology, 6(8), 1917–1924. https://doi.org/10.1007/s11947-012-0861-2
參考文獻(xiàn)2：Stadler, R. H., Blank, I., Varga, N., Robert, F., Hau, J., Guy, P. A., et al. (2002). Acrylamide from Maillard reaction products. Nature, 419(6906), 449–450. https://doi.org/10.1038/419449a
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