过热蒸汽在蒸烤机上的应用研究.pdf

Articles论文36 家电科技 Vol.5 2023 Issue 424过热蒸汽在蒸烤机上的应用研究Study on the application of superheated steam in steamer方堃1,2 敖月1 姚青1,2FANG Kun1,2 AO Yue1 YAO Qing1,21.宁波方太厨具有限公司 浙江宁波 315336；2.健康智慧厨房浙江省工程研究中心 浙江宁波 3153361.Ningbo Fangtai Kitchenware Co.,Ltd.Ningbo 315336;2.Healthy&Intelligent Kitchen Engineering Research Center of Zhejiang Province Ningbo 315336摘 要：为了确定过热蒸汽在蒸烤箱上应用的可行性及优势，对其与普通烤模式在烹饪效果上的差异进行了研究。在蒸烤箱的纯烤模式上添加过热蒸汽，称为脱脂烤模式。实验结果表明：相同烹饪温度和时间下，脱脂烤模式烘烤猪肉饼相比纯烤模式脂肪含量降低9.32%、减盐率提升13.26%、减少约37.5%的杂环胺生成；脱脂烤模式烘烤猪肥肉得到的猪油的过氧化值的含量比纯烤模式降低72.86%；脱脂烤模式烘烤鱼肉相比纯烤模式嫩度有改善，水分保留率提升13.76%；脱脂烤模式烘烤西兰花维生素C的保留率较纯烤模式提升3.86%；脱脂烤模式烘烤胡萝卜风味物质较纯烤模式保留更多。对以上数据进行综合分析得出：蒸烤机上应用过热蒸汽技术在烹饪效果上具有脱脂、减盐、抗氧化、提升口感的优势。关键词：过热蒸汽；烹饪；脱脂；减盐；抗氧化 Abstract:In order to determine the feasibility and advantages of using superheated steam in steam ovens,a study was conducted on the diff erences in cooking eff ects between it and the ordinary baking mode.The pure baking mode of the steam oven adds superheated steam,called degreasing baking mode.The experimental results showed that under the same cooking temperature and time,the fat content of pork pancakes roasted in the defatted roasting mode decreased by 9.32%,the salt reduction rate increased by 13.26%,and the generation of heterocyclic amines decreased by about 37.5%compared to the pure roasting mode;The content of peroxide value in lard obtained by roasting pig fat in the defatted roasting mode decreased by 72.86%compared to the pure roasting mode;Compared to the pure roasting mode,the defatted roasting mode improved the tenderness of fi sh meat and increased its water retention rate by 13.76%;The retention rate of vitamin C in roasted broccoli under degreasing roasting mode increased by 3.86%compared to pure roasting mode;The defatted roasting mode retains more fl avor compounds in roasted carrots compared to the pure roasting mode.Based on a comprehensive analysis of the above data,it can be concluded that the application of superheated steam technology on the steam grill has advantages in defatting,reducing salt,antioxidant,and enhancing taste in cooking.Keywords:Superheated steam;Cooking;Defat;Salt reduced;Antioxidation中图分类号：TM925.5 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.05.0050 引言饱和蒸汽在定压条件下持续加热，它的温度会升高，变成过热蒸汽1。过热蒸汽具有很高的热容，热对流传热速率高，又能通过凝结放热，因此它的传热速度很快。研究表明采用过热蒸汽烹调食物可有效缩短烹饪时间、减少食物中的油脂及盐分含量、抑制过氧化物的生成及改善食物质地2。在早期，过热蒸汽技术在工业领域应用较为广泛，尤其是在木材、煤炭的干燥方面，但随着研究的不断深入，食品加工领作者简介：方堃，硕士学位。研究方向：主要负责厨电产品的烹饪设计和研发，以及管理工作。地址：宁波方太厨具有限公司。E-mail：。域中越来越多地应用过热蒸汽，包括食品干燥3、杀菌4、膨化5、蒸煮6、焙烤7、煎炸8、漂烫9、钝酶10等。因为过热蒸汽的传热特性，食品加工领域中过热蒸汽的应用日益增多，但在厨电产品上的应用研究仍较少，如果将过热蒸汽技术植入厨房电器产品中，可以让人们在日常生活中能够自主选择更健康的烹饪方式。本文以家用蒸烤机为研究对象，安装过热蒸汽发生器装置，实现过热蒸汽烘烤烹饪技术，称为脱脂烤模式，通过对比蒸烤机上脱脂烤与纯烤两种模式的烹饪Articles论文 37家电科技 Vol.5 2023 Issue 424效果，确定脱脂烤的烹饪优势，为过热蒸汽技术在厨电产品上的应用提供数据支撑。1 材料与方法1.1 实验材料市售新鲜猪里脊、新鲜猪板油、5%海藻碘食盐、纯猪肥肉、鲈鱼、西兰花、胡萝卜、长寿花玉米食用油。1.2 仪器设备方太厨具有限公司Z K 550-03-Z2.i蒸烤烹饪机，三星RS55KBHI0WW/SC冰箱，松下Panasonic BH-951P真空塑封机，奥豪斯CP223C电子天平。1.3 脱脂烤模式工作原理蒸烤机背部安装佐帕斯过热蒸汽发生器装置，脱脂烤模式是在纯烤模式下启动过热蒸汽发生器，向腔体喷射入过热蒸汽，过热蒸汽发生器如图1所示，蒸汽发生器由不锈钢水管、电加热管和压铸铝块组成，铝块内有电加热管，不锈钢水管螺旋缠绕式分布在电加热管周围。电加热管将热量由铝块传递给不锈钢水管，将水管内的常温水加热至过热蒸汽。图1 过热蒸汽发生器启动蒸烤机后，选择脱脂烤模式，程序调用纯烤功能加热，同时调用蒸汽发生器加热和进水流程，如图2所示。为提高过热蒸汽温度及避免传输过程中能量损耗，设计三段式聚能加热模组，烹饪开始后，第一阶段中过热蒸汽发生器温度超过200后启动进水流程，在过热蒸汽发生器中直接产生100以上的过热蒸汽，通过热风机挡板300以上的二段助推将过热蒸汽加热到180，再通过背部烤管的三段助推将过热蒸汽加热到230，以固定频率不断将过热蒸汽注入腔体直至烹饪结束。1.4 烹饪工艺1.4.1 猪肉饼的制作采购新鲜猪里脊、新鲜猪板油、海藻碘食盐。将猪板油放在冰箱冷藏24 h后去除筋膜，用厨房纸巾去除表面水分，将猪里脊和猪板油分别切成小块。将里脊肉和猪板油分别用绞肉机初步搅碎后，按里脊肉、猪板油质量比例1 1混合得到猪肉饼原料，再加入总重5%的海藻碘食盐，将混合料二次用绞肉机搅匀，用规格15 cm12 cm3 cm的模具制成重量500 g的长方体猪肉饼，猪肉饼再次冷藏12 h定型后脱模使用。烹饪条件：脱脂烤组：选择脱脂烤模式设置温度和时间为250、40 min，预热结束后放入装有猪肉饼的烤盘，开始烹饪。纯烤组：选择纯烤模式设置温度和时间为250、40 min，预热结束后放入装有猪肉饼的烤盘，开始烹饪。取样：烹饪结束后立即取出猪肉饼，取肉饼相同部位的肉糜混合均匀后分别检测脂肪、氯化钠、杂环胺的含量。1.4.2 猪油的制作采购新鲜纯猪肥肉，在冰箱冷冻2 h后分割为10 cm1 cm1 cm的小长方体肉条，称重将猪肥肉条分为120 g/组，摆放在烤架上。烹饪条件：脱脂烤组：选择脱脂烤模式设置温度和时间为200、15 min，预热结束后放入装有猪肥肉条的烤架，烤盘放在下层接油脂，开始烹饪。纯烤组：选择纯烤模式设置温度和时间为200、15 min，预热结束后放入装有猪肥肉条的烤架，烤盘放在下层接油脂，开始烹饪。取样：烹饪结束后立即取出猪肥肉条，收集猪油装入密封瓶中检测猪油的过氧化值。1.4.3 鲈鱼的制作采购新鲜鲈鱼后取鲈鱼背部整块肉，将鲈鱼肉切成相同大小的图2 脱脂烤模式流程Articles论文38 家电科技 Vol.5 2023 Issue 424块状，擦干鱼肉表面水分。烹饪条件：脱脂烤组：选择脱脂烤模式设置温度和时间为250、15 min，预热结束后将放有鱼块的烤架放入机器中开始烹饪。纯烤组：选择纯烤模式设置温度和时间为250、15 min，预热结束后将放有鱼块的烤架放入机器中开始烹饪。取样：取鲈鱼中心部位混合均匀检测水分含量。1.4.4 西兰花的制作采购新鲜颜色一致的西兰花并分割成大小均匀的小朵，将西兰花称重分为150 g/组。烹饪条件：脱脂烤组：选择脱脂烤模式设置温度和时间为180、8 min，预热结束后放入装有西兰花的烤盘，开始烹饪。纯烤组：选择纯烤模式设置温度和时间为180、8 min，预热结束后放入装有西兰花的烤盘，开始烹饪。取样：烹饪结束后立即取出西兰花，切碎后用塑封机真空密封，检测维生素C的含量。1.4.5 胡萝卜的制作采购新鲜的胡萝卜切成厚薄均匀的片状，将胡萝卜称重分为100 g/组，每组加入5%的食用油混合均匀。烹饪条件：脱脂烤组：选择脱脂烤模式设置温度和时间为200、12 min，预热结束后放入装有胡萝卜的烤架，开始烹饪。纯烤组：选择纯烤模式设置温度和时间为200、12 min，预热结束后放入装有胡萝卜的烤架，开始烹饪。取样：胡萝卜混匀切成碎末用塑封机真空密封，检测维生素C、可溶性固形物、葡萄糖、果糖、蔗糖含量。1.5 指标及检测方法（1）脂肪含量测定：参考GB 5009.62016中的索氏抽提法。（2）氯化钠测定：参考GB 5009.442016中的佛尔哈德法。（3）杂环胺的测定：杂环胺的提取和分析方法参考江黎雯11课题中的研究方法。（4）过氧化值的测定：参考GB 5009.2272016中的滴定法。（5）水分的测定：参考GB 5009.32016中的直接干燥法。（6）可溶性固形物的测定：参考张伟清12课题中的研究方法。（7）维生素C的测定：参考GB 5009.862016中的2,6-二氯靛酚滴定法。（8）葡萄糖、果糖、蔗糖的测定：参考GB 5009.82016中的高效液相色谱法。1.6 数据处理不同的测试样品平行重复采集3次，检测数据以平均值标准误差表示。采用Excel 2016软件进行数据处理。2 结果与分析2.1 脱脂烤的脱脂效果分析如图3所示，脱脂烤模式烹饪的猪肉饼的脂肪含量低于纯烤模式，脱脂烤模式相对纯烤模式，猪肉饼的脂肪含量降低9.32%。在脱脂烤模式下，肉饼接触过热蒸汽后降低了过热蒸汽的温度，使得过热蒸汽凝结并粘附在肉饼的表面。过热蒸汽的凝结热加热肉饼后使得肉饼温度升高导致油脂开始融化。持续加热后，油脂的黏度会变小，流动性会增加，油脂开始从肉饼中渗出，同时肉饼受热后蛋白质变性收缩也会挤出油脂，油脂积聚在肉饼表面会滴落或被凝结水洗脱下来。而纯烤模式是以热风为传热介质进行对流传热，表面没有过热蒸汽形成的凝结水，肉饼温度上升缓慢，油脂受热融化和凝结滴落需要更多的时间，从而相同的烹饪温度和烹饪时长下纯烤模式的脱油率低于脱脂烤模式2。图3 烘烤后的猪肉饼的脂肪含量对比2.2 脱脂烤的减盐效果分析如图4所示，脱脂烤模式烹饪后的猪肉饼的盐含量低于纯烤模式，脱脂烤模式的减盐率相比纯烤模式提升13.26%。脱脂烤模式中，过热蒸汽凝结在肉饼表面，在烹饪初期肉饼表面食盐中的钠离子不断溶于凝结水中而流失，使得肉饼表面和内部的钠离子产生了浓度图4 烘烤后猪肉饼的盐含量对比Articles论文 39家电科技 Vol.5 2023 Issue 424差，钠离子从浓度高的肉饼内部迁移扩散到浓度低的肉饼表面，不断的移动溶解洗脱，从而达到降低肉饼中盐分的效果2。2.3 脱脂烤抑制生成杂环胺的效果分析杂环胺是一类主要来源于蛋白质丰富的动物性食品在烹饪过程中产生的具有致癌、致突变性的化合物14。如表1所示，脱脂烤模式烹饪的肉饼的杂环胺含量大多数低于纯烤模式，抑制效果优于纯烤模式，比纯烤模式减少约37.5%的杂环胺生成。可能是由于过热蒸汽的加入提高了肉饼表面的水分活度，有报道表明产品表面水分活度降低有利于杂环胺的形成15。表1 烘烤后肉饼的杂环胺含量对比杂环胺对照组（ng/g）脱脂烤（ng/g）纯烤（ng/g）AaC0.0310.0030.0310.0030.0350.007IQ1.8550.0821.8570.0461.860.093MeiQx0.10.0040.9060.061.0940.202PhIP0.0190.0082.3080.1511.6890.2197,8-DiMeIQx0.1030.0080.3210.0680.3780.054IQx0.1960.0090.2210.0360.2530.035 Glu-p-10.1370.0040.1430.0180.1460.025MeAaC未检出未检出未检出Harman0.1130.1591.6910.1472.0380.3511,5,6-TMIP0.0920.0060.230.0160.1350.022Phe-P-10.0540.0140.0460.0110.0580.021 Norharman0.240.0564.9510.75412.7992.044DMIP0.1630.0260.2040.0330.2340.039 4,7,8-TriMeIQx0.0230.0060.0340.0080.0250.004 4,8-DiMeIQx0.0080.0340.0780.0270.120.022MeIQ0.0390.0060.0340.0040.0340.006 IQ4,5b0.0830.020.180.0130.3020.084注：数值表示“平均值标准差”。2.4 脱脂烤的抗氧化效果分析如图5所示，脱脂烤模式烹饪后得到的猪油的过氧化值远低于纯烤模式，过氧化值的含量脱脂烤模式较纯烤模式降低72.86%。过氧化值体现油脂和脂肪酸等被氧化的程度，当过氧化值高时，说明样品被氧化变质的程度高。长期食用氧化变质的食物会对细胞膜结构造成破坏，从而导致肝癌、胃癌、动脉硬化、心肌梗塞、脱发等疾病风险，并对心血管病、肿瘤等有促进作用。脱脂烤模式中，过热蒸汽逐渐进入腔体，原本的空气被排挤出去使得氧气的含量降低，食物处于低氧环境，从而抑制了氧化反应16。2.5 脱脂烤提升嫩度的效果 如图6所示，脱脂烤模式烹饪后的鱼块水分含量高于纯烤模式，水分保留率较纯烤模式提升13.76%。在脱脂烤模式下，过热蒸汽喷入腔体接触食物后，遇冷凝结为水，附着在食物表面，同时食物受热升温，水分开始迁移，食物表面的湿度可抑制水分向外迁移，可保持肉类内部鲜嫩多汁。采用高温空气加热时，食物表面的水分向空气中迁移，内部的水分向外迁移，食物内外的水分均会减少，导致食物变得干硬。2.6 脱脂烤保留维生素C的效果如图7所示，脱脂烤模式烹饪的西兰花的维生素C的含量高于纯烤模式，维生素C的保留率脱脂烤模式较纯烤模式提升3.86%，两组图5 烘烤后的猪油的过氧化值对比图7 烘烤后的西兰花的维生素C的含量对比（下转45页）图6 烘烤后的鱼肉的水分含量对比Articles论文 45家电科技 Vol.5 2023 Issue 4243 结论本文针对某空气炸锅进行了整机的传热和流场数值模拟以及实验测试，分析了出现炸桶内部温度分布不均匀现象的原因，以提高炸桶内部温度场均匀性为出发点，提出对炸桶以及烤盘结构进行改进优化，并进行优化后的数值模拟，主要结论如下：（1）增加风机转速有利于提高炸桶内部气流流速，改善了炸桶内部气流场，增强换热，提高温度场均匀性。（2）分离式烤盘，分布在炸桶的不同高度，改善传统的烤盘将炸桶分成上下部分而导致烤盘与炸桶底部之间的空间温度低、热风量小以及温度分布不均匀的情况，使食物受热更加均匀，但空间利用率较低。（3）通过改善烤盘，增加烤盘的开孔，提升热空气进入烤盘与炸桶底部之间空间的风量，从而增加食物下表面的受热。（4）通过进行实验测试验证，分离式烤盘结构使空气炸锅内腔温度均匀性提升11左右。（5）综合以上优化方案，将烤盘平分，呈阶梯式分布在中心固定杆上，且高度分布均匀，可有效提高烤盘下部空间的温升，明显降低各层以及立体温差，炸桶内腔温度场均匀性，效果最优。参考文献1 左婷婷.品质新食尚，无油烹饪美味更健康J.家用电器,2017(05):88.2 吴鹤鸣.浅谈家用空气炸锅的设计J.机电产品开发与创新,2019,32(06):27-29.3 项琳琳.某烤箱内腔温度场均匀性的优化研究J.建筑热能通风空调,2016,35(02):45-48.4 陈华方,王洪涛,冯龙标.空气炸锅内流场的CFD模拟方法和分析J.家电科技,2022(01):96-100.5 金恩来,王超,金浩哲.基于CFD的家用多功能蒸烤箱温度分布均匀性的改正措施J.科技与创新,2021(01):3-5.6 袁宏,吴大转,秦世杰,等.强制对流烤箱温度场特性及其优化研究J.食品与机械,2017,33(06):73-78.7 李云龙.强制对流烤箱预热阶段的流场和温度场特性研究J.家电科技,2021(03):112-115.8 陶文铨.数值传热学（第二版）M.西安:西安交通大学出版社,2001.9 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战（第二版）M.北京:人民邮电出版社,2017.（责任编辑：马冀圆）差异不显著。维生素C是一种极不稳定的水溶性维生素，容易被空气中的氧气氧化。脱脂烤模式的西兰花维生素C含量高，可能是过热蒸汽形成的低氧环境抑制了维生素C的氧化。2.7 脱脂烤提升风味物质的效果如表2所示，脱脂烤模式下胡萝卜的维生素C、可溶性固形物、葡萄糖、果糖、蔗糖的含量均高于纯烤模式。经感官评价脱脂烤组的胡萝卜口感更优，风味更香甜浓郁。可证明脱脂烤模式下过热蒸汽的加入使食物的水分含量保留率提高，能够保留食物本身具有的鲜味和甜味，口感多汁美味。表2 烘烤胡萝卜的可溶性固形物对比组别维生素C（mg/100 g）可溶性固形物（%）葡萄糖（g/100 g）果糖（g/100 g）蔗糖（g/100 g）脱脂烤14.7413.98.80 5.1210.87纯烤12.4912.87.54 4.398.963 结论在相同烹饪温度和烹饪时间下，脱脂烤模式的脱脂效果、减盐率、抑制氧化效果、抑制杂环胺生成、保留维生素C、保留可溶性固形物的效果均优于纯烤模式。应用了过热蒸汽技术的脱脂烤模式既能提升烹饪效果，又可满足人们吃得美味又健康营养的追求，未来可进一步推广过热蒸汽在厨电领域的应用。参考文献1 吴建永.过热蒸汽法制备轻碾营养米及其理化性质研究D.南昌:南昌大学,2016.2 胡宏海,张泓,张雪.过热蒸汽在肉类调理食品加工中的应用研究J.肉类研究,2013,27(07):48-52.3 白丽青,马晓建.过热蒸汽干燥及其在食品干燥中的应用J.农机化研究,2008(09):158-161.4 黄江楠.过热蒸汽杀菌处理对小麦粉及生鲜面品质的影响D.镇江:江苏大学,2021.5 宋洪波,安凤平.胡萝卜过热蒸汽膨化干燥工艺优化J.农业机械学报,2010,41(02):127-131.6 Suwannakam M,Noomhorm A,Anal A K.Influence of Combined Far-Infrared and Superheated Steam for Cooking Chicken Meat PattiesJ.Journal of food process engineering,2014,37(05):515-523.7 孟婷婷.过热蒸汽联合红外光波烤制羊腿工艺参数优化研究D.银川:宁夏大学,2017.8 陈宇.常压过热水蒸汽在食品加工中的应用J.食品与机械,2001(06):6-7.9 李国琰,张雁,廖娜,等.过热蒸汽烫漂对甜玉米主要营养成分及感官品质的影响J.中国粮油学报,2022,37(09):85-93.10 胡迪.过热蒸汽对米糠营养、理化与储藏性质的影响D.南昌:南昌大学,2018.11 江黎雯.辛辣味香辛料及其特征成分对杂环胺的抑制及途径研究D.无锡:江南大学,2022.12 张伟清,林媚,徐程楠,等.柑橘可溶性固形物和总酸含量测定方法比较J.浙江农业科学,2019,60(11):2094-2095+2099.14 廖国周.烧烤肉制品中杂环胺形成规律研究D.南京:南京农业大学,2008.15 Johansson M Jiigerstad M.Occurrence of mutagenic/carcinogenic heterocyclic amines in meat and fish products,including pan residues,prepared under domestic conditionsJ.Carcinogenesis,1994,15:1511-1518.16 王瑞睿.过热蒸汽加工对猪肉品质影响研究D.北京:中国农业科学院,2019.（责任编辑：张晏榕）（上接39页）