ผลของการดึงน้าออกด้วยวิธีออสโมซิสต่อคุณลักษณะและสมบัติทางเคมีกายภาพของผลิตภัณฑ์อาหารจากพืชทอดกรอบด้วยเครื่องทอดแบบสุญญากาศ

บทคัดย่อ

วัตถุประสงค์และที่มา : ผลิตภัณฑ์ทอดกรอบส่วนใหญ่มักพบว่ามีปริมาณน้ำมันในอาหารสูงเนื่องจากการแลกเปลี่ยนระหว่างน้ำและน้ำมันในอาหารระหว่างการทอด การดึงน้ำออกจากวัตถุดิบก่อนการทอดจะช่วยลดความชื้นในอาหารให้ลดลงซึ่งส่งผลให้ผลิตภัณฑ์ทอดมีการอมน้ำมันน้อยลง อีกทั้งการทอดสุญญากาศสามารถลดปริมาณน้ำมันในอาหารทอดลงเมื่อเปรียบเทียบกับการทอดในบรรยากาศปกติ เนื่องจากน้ำในวัตถุดิบระเหยไปภายใต้สภาวะสุญญากาศ นอกจากนั้นอุณหภูมิที่ใช้ทอดส่งผลต่อคุณลักษณะของผลิตภัณฑ์ทอด โดยพบว่าบริเวณ glass transition ของผลิตภัณฑ์อาหาร เป็นบริเวณที่โมเลกุลของอาหารมี molecular mobility สูง ทำให้ผลิตภัณฑ์มีความนิ่มและอ่อนตัวเป็นสาเหตุให้น้ำในอาหารสามารถเคลื่อนตัวได้ง่ายขึ้น ดังนั้นวัตถุประสงค์ของวิจัย คือ ศึกษาผลของวิธีการเตรียมวัตถุดิบก่อนการทอด (Pre-treatment) ที่มีต่อคุณลักษณะของผลิตภัณฑ์อาหารจากโปรตีนพืชทอดกรอบด้วยการดึงน้ำออกด้วยวิธีออสโมซิส (Osmosis dehydration; OD) ก่อนนำไปทอดด้วยเครื่องทอดแบบสุญญากาศ และศึกษาสมบัติทางความร้อน (Thermal properties) ของผลิตภัณฑ์อาหารทอดด้วยการวิเคราะห์ค่า glass transition temperature และ α-relaxation โดยใช้เครื่อง Differential Scanning Calorimeter (DSC) และ Dynamic Mechanical Analyzer (DMA) ตามลำดับ แล้วนำค่าที่ได้มาศึกษาความสัมพันธ์ของการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะด้านเนื้อสัมผัสและสมบัติทางเคมีกายภาพของผลิตภัณฑ์อาหารทอด และสามารถนำข้อมูลที่ได้ไปเป็นแนวทางประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารทอดกรอบอื่นๆต่อได้
วิธีดำเนินการวิจัย : ในการศึกษาครั้งนี้ผลิตภัณฑ์เนื้อเลียนแบบจากพืชจะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ไม่ผ่านกรรมวิธีการเตรียมก่อนการทอด (Control) และกลุ่มที่ผ่านกรรมวิธีการเตรียมก่อนการทอดด้วยการดึงน้ำออกด้วยวิธีการออสโมซิส (Osmosis dehydration; OD) ด้วยสารละลายเกลือ (NaCl) เข้มข้นร้อยละ 0.5 โดยน้ำหนัก โดยนำตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ผ่านสไลด์แล้วประมาณ 200 กรัม ใส่ลงกะละมังที่มีสารละลายเกลือ (NaCl) ในอัตราส่วน 1 : 10 (ตัวอย่างต่อสารละลายเกลือ) ตั้งทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 30 นาที เป็นเวลา 1 ชั่วโมง เทสารละลายน้ำเกลือออกซับน้ำส่วนเกินที่เหลือด้วยกระดาษทิชชู่ นำตัวอย่างทั้ง 2 กลุ่มไปทอดด้วยเครื่องทอดสุญญากาศที่ความดันประมาณ 13.33 kPa เป็นเวลา 3 ชั่วโมง นำผลิตภัณฑ์ทอดที่ได้ไปวิเคราะห์สมบัติทางเคมีกายภาพของผลิตภัณฑ์หลังการทอด ได้แก่ การหดตัว การสูญเสียน้ำหนัก ค่าเนื้อสัมผัสด้วยเครื่องวิเคราะห์เนื้อสัมผัส ค่า Glass transition (Tg) ด้วยเครื่อง Differential Scanning Calorimetry (DSC) และค่า Storage modulus (E’) ด้วยเครื่อง Dynamic Mechanical Analyzer (DMA)
ผลการวิจัย : วิธีการเตรียมก่อนการทอดมีผลต่อคุณลักษณะและสมบัติทางเคมีกายภาพของผลิตภัณฑ์ทอดอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p≤0.05) โดยอัตราส่วนของการหดตัว, ร้อยละการสูญเสียความชื้น, ร้อยละปริมาณความชื้น, ร้อยละปริมาณไขมัน และเนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์หลังการทอดของกลุ่ม Control มีค่าเท่ากับ 2.53±0.15, 88.6±0.82, 6.90±0.49, 4.36±0.18 และ 214.96±1.17 N ตามลำดับ ส่วนผลิตภัณฑ์ที่ผ่านวิธีการ OD มีอัตราการหดตัว, ร้อยละการสูญเสีย, ร้อยละปริมาณความชื้น, ร้อยละปริมาณไขมัน และเนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์หลังการทอด เท่ากับ 1.29±0.08, 93.4±0.51, 3.22±0.54, 3.42±0.26 และ 115.20±1.20 N ตามลำดับ นอกจากนั้นสมบัติด้านความร้อน (Thermal properties) ของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านวิธีการ OD ได้แก่ glass transition temperature (Tg) และ α-relaxation temperature (Tα) มีค่าสูงกว่ากลุ่ม Control อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p≤0.05) โดยค่า Tg และ T ของวิธี OD เท่ากับ 41.17±0.58 และ 60.93±0.88 ºC ตามลำดับ และบริเวณ glass transition ของผลิตภัณฑ์ทอดที่ผ่านวิธีการ OD มีการเปลี่ยนแปลงทางกล (storage modulus, ∆E’) น้อยกว่าผลิตภัณฑ์กลุ่ม Control โดย ∆E’ ของวิธี OD มีค่าเท่ากับ 1.51×109 ในขณะที่ค่า ∆E’ ของผลิตภัณฑ์กลุ่มควบคุม เท่ากับ 5.02×109 ที่อุณหภูมิ 35 ºC ค่า Force (hardness) ของผลิตภัณฑ์กลุ่ม OD มีค่าเท่ากับ 115 N ในขณะที่ค่า Force (hardness) ของผลิตภัณฑ์กลุ่มควบคุมเท่ากับ 215 N ซึ่งดูเหมือนว่าอุณหภูมิในการเก็บรักษาส่งผลต่อค่าเนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์ทอด ค่า Force ที่เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการเก็บเพิ่มขึ้น ค่า Force ของผลิตภัณฑ์กลุ่มควบคุมมีค่าในช่วง 215-250 N ซึ่งค่า ∆E’ มีความสัมพันธ์กับค่าเนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์บริเวณ glass transition
สรุปผลการวิจัย : วิธีการเตรียมก่อนการทอดด้วยการดึงน้ำออกจะช่วยลดอัตราการหดตัว ปริมาณความชื้นและไขมันของผลิตภัณฑ์ทอด แต่ส่งผลต่อการเพิ่มร้อยละการสูญเสียของน้ำหนักผลิตภัณฑ์ การวิเคราะห์สมบัติทางความร้อนและทางกลของผลิตภัณฑ์สามารถนำมาใช้ในการประเมินคุณสมบัติทางกายภาพของผลิตภัณฑ์อาหารทอดได้ ซึ่งข้อมูลเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในเป็นแนวทางในการพิจารณาการเปลี่ยนแปลงผลิตภัณฑ์อาหารทอดกรอบในระหว่างการแปรรูปและเก็บรักษา รวมถึงช่วยยืดอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ทอดกรอบให้ยาวนานขึ้นได้

คำสำคัญ: ผลิตภัณฑ์อาหารว่างทอดกรอบจากโปรตีนพืช ; กระบวนการเตรียมก่อนการทอด ; กระบวนการดึงน้ำออกด้วยแรงดันออสโมซิส ; การวิเคราะห์เชิงกลแบบไดนามิก ; สมบัติทางเคมีกายภาพ

Abstract

Background and Objectives : Almost fried products contain high amount of oil since there was an exchange between water in food and oil during frying. Dehydration is one of the methods can reduce moisture content in food products leading to a reduction of oil uptake in fried products. Moreover, vacuum frying can also reduce the amount of oil content in fried food compared to atmospheric frying. Due to the fact that water evaporation under the vacuum condition, there was low excessive retention of oil inside the product. In addition, temperature also affects to product characteristics. Around the glass transition, molecular mobility of food molecules increases resulting in softer product and enhancement of water molecular movement. Objective of the research was; therefore, to study the effect of a pre-treatment method on characteristics of plant-based crisps using osmosis dehydration (OD) prior to vacuum frying and to study thermal properties (glass transition temperature and α-relaxation) of plant-based crisps using a Differential Scanning Calorimeter (DSC) and a Dynamic Mechanical Analyzer (DMA), respectively. All data were used to evaluate the correlation of product characteristics, texture and physicochemical properties of plant-based crisps as well as to provide a guideline for application in other fried food industries.
Methodology : In the present study, there were 2 treatments consisting of the plant-based products without pre-treatment before frying (Control) and the products with pre-treatment with osmosis dehydration (OD) using 0.5% (w/w) salt solution (NaCl) prior to frying. The 200 g of pre-treatment products prior to frying were poured in the bowl containing 0.5% (w/w) NaCl solution in the ratio of samples to salt solution at 1:10 and soaked at 30C for 1 hour. Then, the salt solution was drained and the excess water on the products was wiped off by tissue papers. The samples from both treatments were vacuum fried at 13.33 kPa for 3 hours. All vacuum fried products were analyzed as the physicochemical properties including shrinkage ratio, weight loss, hardness using texture analyzer, Tg using Differential Scanning Calorimetry (DSC), and storage modulus (E’) using Dynamic Mechanical Analyzer (DMA).
Main Results : Pre-treatment frying method significantly affected characteristics and physicochemical properties of fried products (p≤0.05). Shrinkage ratio, %moisture content, %fat content and texture of the fried product (control) were 2.53±0.15, 6.90±0.49, 4.36±0.18 and 214.96±1.17 N, respectively, which were higher than those of the fried product with OD method. The shrinkage ratio, %moisture content, %fat content and texture of the fried product with OD method were 1.29±0.08, 3.22±0.54, 3.42±0.26 and 115.20±1.20 N, respectively. On the other hand, %weight loss of the fried product (control) was 88.6±0.82, which was lower than that of the fried product with OD method having 93.4±0.51. Moreover, glass transition temperature (Tg) of the fried product with OD method were 41.17±0.58, which were significantly higher than those of the control fried product having 31.14±0.82 (p≤0.05) as a result of water plasticization behavior. Around the glass transition, storage modulus of the fried product (control) decreased dramatically, whereas a slight decrease in the storage modulus was found in the fried product with OD method. With consideration of a change in mechanical properties (storage modulus, ∆E’), we found that the ∆E’ of the fried product with OD method were lower than that of the control fried product. The ∆E’ of the fried product with OD method was 1.51×109, while the ∆E’ of the control fried product was 5.02×109. This was also consistent with α-relaxation as observed from a change in storage modulus around the glass transition. The -relaxation temperature (T) of the fried product with OD method was 60.93±0.88 ºC, which was significantly higher than that of the control (p≤0.05). The T of the fried product (control) was 41.13±0.83 ºC. Texture of the fried products with and without OD method was measured as force value. The results indicated that the storage temperature affected a product texture. Force values of the fried products with OD method stored at 35 ºC were around 115 N, whereas force values of the control were approximately 215 N during storage. However, it seems that the force values of the fried products increased with increasing storage temperature. The force values of the fried products ranged from 215 to 250 N at storage temperature of 45 ºC. The results indicated that the ∆E’ had the correlation with changes in texture of the fried product, which were measured by the texture analyzer.
Conclusions : The pre-treatment process prior to frying could reduce shrinkage ratio, but increase weight loss of the fried products. Osmosis dehydration method could decrease moisture and fat content in the fried product, and also reduce changes in physicochemical properties during storage. In addition, DSC and DMA that were used to analyze thermal and mechanical properties of the products can be used to evaluate physical properties, such as fragility and crispness of the fried products during storage. The information could be a guideline to determine changes in fried products during process and storage including shelf-life extension.

Keywords: plant-based crisp ; pre-treatment frying ; osmosis dehydration ; dynamic mechanical analysis ; physicochemical property

ผศ. ดร.ธัญญาภรณ์ ศิริเลิศ และดร.ณัฎฐิกา ศิลาลาย – Asst. Prof. Dr. Tunyaporn Sirilert & Dr. Nattiga Silalai. 2568 (2025). Effect of Osmotic Dehydration on Characteristics and Physicochemical Properties of Plant-Based Crisps with Vacuum Fryer. บทความ (Paper). วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี|Science and Technology. วิทยาศาสตร์ (Science). วิทยาศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาเทคโนโลยีอุตสาหกรรมอาหาร – Bachelor of Science Program in Industry Technology. วท.บ. (เทคโนโลยีอุตสาหกรรมอาหาร) – B.S. (Food Industry Technology). Bangkok: Siam University