气流速度调控下空气炸薯条丙烯酰胺分布均匀性机制的研究
2026-04-01 来源:本站 点击次数:17
2025年4月，江南大学夏书芹研究团队和美的公司在《Food Chemistry》（IF=7.514）发表题为“空气炸锅内气流速度对薯条中丙烯酰胺生成均匀性的调控机制：水分迁移与微观结构演变”研究，探究空气炸锅中心与周边风速对薯条丙烯酰胺生成的影响，以及薯条水分特性与微观结构的演变规律。
摘要
为改善空气炸薯条中丙烯酰胺分布不均的问题，本研究考察中心与周边区域风速对丙烯酰胺生成的影响，并分析薯条水分特性与微观结构变化。受风速差异影响，炸篮周边区域薯条的丙烯酰胺累积量至少为中心区域的1.5倍；当周边风速从2.00 m/s升至5.00 m/s时，薯条丙烯酰胺含量至少升高2.8倍。高风速会加剧自由水流失，改变水分状态，使结合水占比超50%；薯条表面褶皱程度与内部孔隙率随风速升高显著增大。将周边风速控制在3.33 m/s以下，并缩小中心与周边风速差，可提升丙烯酰胺生成均匀性，为控制丙烯酰胺产生提供指导。
实验材料与仪器
实验材料
冷冻薯条、丙烯酰胺、5-羟甲基糠醛（HMF）、氯化钠、氯化镁、甲醇、正己烷、甲酸、乙腈、乙酸乙酯、石油醚
实验仪器
美的1500 W空气炸锅、水分测定用干燥箱、GBX eFAst-Lab水分活度仪、低场核磁共振仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、超高效液相色谱-串联三重四极杆质谱仪、ANSYS Fluent 2022R1流体仿真软件
实验过程
样品制备与参数设置：采用180 ℃、18 min工艺烹饪300 g冷冻薯条，依次设置电机转速1500、2000、2500 rpm，扇叶尺寸100、125、150 mm，底部肋条高度0、10、20 mm，每次仅改变单一参数；将炸篮分为中心区与周边区，分别取样检测。
GBX eFAst-Lab水分活度仪
不同空气炸锅参数下油炸后薯条的水分含量与水活度
3. 水分状态分析：低场核磁共振测横向弛豫时间T₂，区分结合水、不易流动水与自由水；磁共振成像观察水分空间分布。
4. 微观与晶体结构分析：扫描电镜观察表面与内部微观形态，ImageJ计算孔隙率；X射线衍射分析淀粉晶体结构与相对结晶度。
5. 风速仿真：ANSYS Fluent模拟炸篮内中心与周边风速分布，计算风速差异。
6. 数据统计：单因素试验设计，SPSS进行方差分析，Duncan检验差异显著性（P<0.05）。
实验结论
1. 空气炸锅周边风速高于中心，导致周边薯条丙烯酰胺、HMF含量更高，扇叶尺寸对区域风速差影响最明显。
2. 风速升高加速薯条表面水分流失，降低水活度，自由水占比下降、结合水占比上升，促进美拉德反应与丙烯酰胺生成。
3. 高风速使薯条表面褶皱加剧、内部孔隙率增大，淀粉晶体结构受损，进一步加速水分迁移与有害物质累积。
4. 调控电机转速、扇叶尺寸、底部肋条高度，将周边风速控制在3.33 m/s以下，缩小中心与周边风速差，可有效降低丙烯酰胺生成并提升分布均匀性。
原文链接与参考文献
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144386
参考文献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
参考文献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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