紫甘薯全粉对面团流变特性与曲奇饼干品质的影响

韩冰霜，安俊晓，杜先锋，*

（1.安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽合肥230036；2.惠州城市职业学院民生学院，广东惠州516025）

随着人们生活水平的不断提高，在解决温饱问题的同时，人们对于营养的需求也日益增高。紫甘薯因其丰富的营养成分、独特的粗纤维结构和鲜艳的色彩颇受现代人的青睐。紫甘薯的利用价值很高，其根块即日常食用的部分[1]，可以制作紫甘薯干、紫甘薯果酱、紫甘薯饮料、紫甘薯甜点、紫甘薯口味冰淇淋和一些速冻食品等。

目前，紫薯利用价值的研发仍在火热进行中，比如潘年龙等和杨雅利等[2-3]对紫甘薯酒的研究，发现紫甘薯酒品质优良且具有良好的功能性。紫甘薯全粉作为天然的原辅料加入到食品中，既可增加食品的营养，又能改善食品品质。由于紫薯中的花青素是一种天然色素，既可丰富食品颜色，又能增加食品的营养功能性，作为天然色素无任何毒副作用。如陈洁等[4]以紫甘薯全粉和小麦粉为原料，通过单因素试验对制作的紫薯饼干进行研究，以感官评价和饼干质构对制作的饼干进行评价，结果得到了紫甘薯饼干的最佳工艺烘焙条件。面团的流变学特性和热力学特性与烘焙食品的烘焙特性密切相关，烘焙食品的品质是面团烘焙特性的直观反映[5-8]。本文重点研究紫甘薯粉添加比例对饼干面团流变特性的影响，并结合饼干特性进行质构分析、色泽测定，旨在为进一步应用开发烘焙新产品提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器设备

紫甘薯全粉（薯粉）：厦门圣王生物科技有限公司；美玫低筋小麦面粉：蛇口南顺面粉有限公司；安佳黄油：恒天然集团；低钠盐：广东省盐业集团广州有限公司；鸡蛋：市售。

CHROMA METER CR-400色差仪：日本KONICA MINOLTA公司；DISCOVERY DHR-1旋转流变仪：美国TA公司；Mixolab混合实验仪：法国CHOPIN公司；TMS-PRO食品物性分析仪：美国FTC公司；GL124i-1SCN天平、PB-10 PH计：赛多利斯集团；SunMate SCVE-4C电风炉：珠海三麦机械有限公司；XZTQ-02A奶油机：徐州三麦食品机械有限公司；YF-120饼干切片机：昆山五谷乐食品设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 曲奇饼干制作流程

把黄油和糖粉放到搅拌机中打至发白，慢慢加入鸡蛋，调和均匀后加入低筋面粉、紫甘薯全粉和食盐，调制成面团，静置后制成饼干模型，进行烘烤，冷却得到紫甘薯曲奇饼干。

1.2.1.1 饼干的基本配方（烘焙百分比）

低筋面粉100%、黄油50%、糖粉30%、鸡蛋25%、食盐1%。

1.2.1.2 原料处理

黄油与糖粉混合打至发白；糖粉过100目筛备用；低筋面粉和紫甘薯粉过100目筛备用；混合粉是以低筋面粉为对照，用紫甘薯全粉（10%、20%、30%、40%）替代饼干面团中的低筋面粉，混匀得到混合粉。

1.2.1.3 调制面团

先将鸡蛋逐渐加入打发好的黄油和糖粉，并不停地搅拌，至鸡蛋与黄油均匀混合，然后将混合粉、食盐放入搅拌缸中混匀，调成面团。

1.2.1.4 静置

将揉好的面团在室温25℃条件下静置20 min，以消除面团内应力，提高面团的加工性能。

1.2.1.5 成型

将面团放入饼干切片机，设置饼干厚8 mm，长30 mm，宽20 mm，装入烤盘。

1.2.1.6 烘烤

145℃烘烤28 min后取出，冷却至室温25℃即得成品。

1.2.2 Mixolab混合实验仪测定方法

按照GB/T 37511-2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试混合试验仪法》进行测定，把紫甘薯全粉和低筋面粉进行混配，按照软件提示，用装样漏斗缓缓加入样品后，将注水口迅速放到揉面装置上。混合实验仪会根据目标扭矩自动判断加水量，试验第一阶段以30℃保持8 min，如果曲线初始目标扭矩刚好落到（1.10±0.05）N·m，试验不会终止，接着会以4℃/min升温到90℃并保持7 min，再4℃/min降至50℃并保持5 min，整个搅拌过程以80 r/min的速度匀速搅拌，测试总时长为45 min，获得测试曲线，并据此得出面团的各流变指标。当试验第一阶段目标扭矩值不在（1.10±0.05）N·m时，在8 min时会提示调整加入的粉和水的量，直至符合目标扭矩值在（1.10±0.05）N·m为止[9-10]。

1.2.3 动态流变测定方法

用紫甘薯全粉（0%、10%、20%、30%、40%）替代饼干面团中需要的低筋面粉，按配方和流程分别制作成饼干面团，室温25℃条件下静置30 min。先打开设备，预热30 min，安装探头（选择珀尔帖板网-109659圆形40 mm平行板），进行基本校正，间隙调零，参数参照刘心悦[11]、Feng Y Y等[12]的方法略作修改，测试条件设定：温度25℃，平衡时间0，应变率1.0%，频率扫描范围 0.1 Hz～10 Hz，数量级点数 5，间隙 1 000 μm，加载间隙 45 000 μm，修边间隙偏置 50 μm。

1.2.4 饼干色泽测定方法

采用色差仪对紫甘薯饼干上表面色泽进行测定，仪器白板作为参比样。根据CIELAB表色系统读取L*、a*、b*值。

1.2.5 质构测定方法

取冷却好的饼干作为待测样品，选取1000N力量感应元，直径36 mm圆柱探头，打开软件选择1 000 N TPA程序。参数设置参照梁霞等[13]方法修改，设定参数：探头上升为20 mm，检测前后速度均为60 mm/min，起始力为1.5 N，形变量为25%，重复压缩一次，两次间隔时间为0 s。

1.2.6 紫甘薯曲奇饼干的感官评价标准

将烘烤好的紫甘薯饼干自然冷却至室温25℃后进行感官评价。感官评价小组成员依据GB/T 16291.1-2012《感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则第1部分：优选评价员》进行人员的选拔、培训，对评价人员依据GB/T 29605-2013《感官分析食品感官质量控制导则》要求进行培训[14-15]。感官评价小组由9名烹饪食品专业教师和学生组成，评价标准参照安徽省食品行业协会团体标准T/AHFIA 019-2019《曲奇饼干》制定，具体见表1。

表1 紫甘薯曲奇饼干感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standard of purple sweet potato cookie

1.2.7 数据处理

所有试验均平行测试3次，取平均值。试验采用SPSS 26.0及Excel系统对数据进行处理和分析；作图采用Origin 2018。

2 结果与分析

2.1 紫甘薯全粉对面团流变特性的影响

紫甘薯全粉添加量为0%、10%、20%、30%、40%，利用Mixolab混合实验仪的“Chopin+实验协议”的标准模式测试混合粉的流变特性。

2.1.1 紫甘薯全粉添加量对面团热机械学特性的影响

2.1.1.1 紫甘薯全粉添加量对蛋白组分的热机械学特性影响

紫甘薯全粉添加量对蛋白组分的热机械学特性影响见表2。

面团吸水率是面团产生最佳扭矩（1.10±0.05）N·m时添加的水量。由表2可知，随着紫甘薯全粉添加量的不断增加，面团吸水率不断增加，当紫甘薯全粉添加量达到40%时，混合面团吸水率高达98.2%，这意味着如果再增加替代率，那么吸水率将超过100%，这时会违反“Chopin+实验协议”。经测定紫甘薯全粉含水量在4.53%左右，而低筋面粉含水量在12.80%左右，这可能是导致吸水率不断大幅增加的原因。随着紫甘薯全粉添加量的不断增加，面团形成时间先降后升，但整体没有太大显著变化。面团的稳定时间反映面筋网络结构的稳定性[16]，添加紫甘薯全粉，面团的稳定时间明显缩短，这可能是因为相对于低筋面粉，紫甘薯全粉的蛋白质含量低，碳水化合物含量高，降低了面筋网络结构的强度[17]。紫甘薯添加量在30%时，蛋白质弱化度最大，说明这时的曲奇饼干更酥松。

表2 紫甘薯全粉添加量对蛋白组分的热机械学特性影响Table 2 Effect of the added amount of purple sweet potato powder on the thermomechanical properties of protein components

2.1.1.2 紫甘薯全粉添加量对面团淀粉组分的热机械学特性影响

紫甘薯全粉添加量对面团淀粉组分的热机械学特性影响见表3。

表3 紫甘薯全粉添加量对面团淀粉组分的热机械学特性影响Table 3 Effect of total purple sweet potato powder addition on Thermomechanical properties of starch components in dough

由表3可知，紫甘薯全粉的添加使得面团峰值扭矩和最大黏度指数显著下降，当紫甘薯添加量在10%～40%区间内，添加量30%时面团峰值扭矩和最大黏度指数最高，分别是1.211 N·m和1.019 N·m。紫甘薯全粉的添加可以改变面团的热胶稳定性，低添加量时，可以提高面团的热胶稳定性，但当添加量超过20%后，面团的热胶稳定性下降。

添加紫甘薯全粉后，面团回生值先升高，后降低，当添加量超过30%后，面团回生值变化不显著，淀粉不易老化。这可能是因为紫甘薯全粉添加量逐渐增加，直链淀粉含量减少，减缓淀粉老化速度。淀粉老化延缓，延长曲奇饼干产品货架期[18]。因此，紫甘薯全粉的添加量超过30%时，对曲奇饼干品质的提升具有一定的积极作用。

当紫甘薯全粉加入后，β值显著降低，表明淀粉糊化速率降低，这可能是因为紫甘薯全粉中含有比较高的灰分，抑制了淀粉糊化。面团淀粉γ值先减小后增大，这可能是紫甘薯全粉中的淀粉酶抑制了低筋面粉中的淀粉酶，随着紫甘薯全粉的增加，紫甘薯淀粉酶又加快了淀粉酶水解的速率。

2.1.2 紫甘薯全粉添加量对曲奇饼干面团流变学特性的影响

采用动态流变仪小振幅振荡分析紫甘薯全粉添加比例对面团的黏弹性影响，G′表示混合饼干面团淀粉糊的储能模量（弹性模量），即能量储存且可恢复的弹性特征；G″表示混合饼干面团淀粉糊的损耗模量（黏性模量），即能量消弭的黏性特征；损耗角正切tanδ是指G″与G′比值，tanδ越小，说明混合饼干面团的弹性比例相对越大，体系中分子交联程度越高，聚合度越大，流动性弱，反之黏性较大。紫甘薯全粉添加量饼干面团的动态流变特征曲线见图1。

图1 不同紫甘薯全粉添加量饼干面团的动态流变特征曲线Fig.1 Dynamic rheological characteristic curve of biscuit dough with different content of purple sweet potato whole powder

图1可知，添加紫甘薯全粉后，饼干面团的储能模量（G′）均大于损耗模量（G"），说明样品均表现出较大的弹性。即tanδ＜1，说明是弱凝胶动态流变特性，是假塑性流体。紫甘薯全粉同一比例下，随着振荡频率的增加G′和G"不断升高，这表明面团体系具有典型的黏弹特性[19]。随着紫甘薯全粉添加量的不断增加，G′、G"不断升高，说明紫甘薯全粉具有增强面团凝胶网络结构和黏弹性结构的能力，这可能是因为紫甘薯全粉含有的淀粉或蛋白与小麦面粉中的淀粉或蛋白发生交联反应，形成较为稳定的凝胶网络结构[20-21]。

随着紫甘薯全粉添加量的不断增加，tanδ逐渐减小，这表明饼干面团样品的弹性占据主导地位。这可能是由于紫甘薯全粉加工，使用的方法是先把紫甘薯蒸熟后再制成粉，淀粉发生糊化，破坏了淀粉颗粒的结构，这些已糊化淀粉通过鸡蛋中提供的水发生了水化作用形成糊，表现出类似胶体的性质，使面团样品在振荡作用下弹性增加[22]。

2.2 紫甘薯全粉添加量对曲奇饼干色泽和感官品质的影响

紫甘薯全粉不同添加量色差变化见表4，紫甘薯全粉不同添加量质构变化见图2。

表4 紫甘薯全粉不同替代比例色差变化Table 4 Color difference of purple sweet potato with different substitution proportion

图2 紫甘薯全粉不同添加量质构变化Fig.2 Texture change of purple sweet potato with different substitution proportion

由表4可知，随着紫甘薯全粉替代低筋面粉比例的不断增加，紫薯曲奇饼干的色度L*值（亮度值）显著降低，说明饼干的明亮度越来越低；a*值（红绿值）显著升高后在添加比例达到30%时趋于稳定，b*值（黄蓝值）显著降低后在添加比例达到30%时趋于稳定。当紫甘薯全粉替代低筋面粉比例达到30%时，紫甘薯曲奇饼干色泽呈深紫、口感酥脆，咀嚼性比较好，感官评分最高，比较受人喜爱。当紫甘薯全粉替代低筋面粉比例达到40%时，紫甘薯曲奇饼干色泽变化不大，在香气口感方面，香气比较浓郁，但口感有淀粉的质感，掩盖了浓郁的奶油香味，感官评价分也不高。

由图2可知，紫甘薯曲奇饼干的硬度是随着紫甘薯全粉替代比例增加而增大，而且差异比较显著（P＜0.05），很可能是由于紫甘薯全粉和低筋面粉中含水量的变化引起的。咀嚼性是随着紫甘薯全粉替代比例增加呈现增加的趋势，差异比较显著（P＜0.05），且这种增加呈现波浪形变化趋势，在30%时咀嚼性最好。随着紫甘薯全粉替代低筋面粉比例的不断增加，曲奇饼干的弹性呈上升趋势，但弹性差异不显著，黏附性呈波浪形变化趋势，差异性相对比较显著。

3 结论

选择低筋面粉为紫甘薯曲奇饼干的面粉原料，随着紫甘薯全粉替代低筋面粉比例的增加，面团吸水率不断增加，面团形成时间先降后升，但整体没有太大显著变化，面团的稳定时间明显缩短，由9.70 min显著缩短到0.7 min～1.3 min，这可能是因为紫甘薯全粉的本身蛋白质含量低，碳水化合含量高于低筋面粉，同时紫甘薯全粉破坏了面团的连续性，降低了面筋网络结构的强度，当紫甘薯全粉添加量为30%时蛋白质的弱化度最大，说明用紫甘薯全粉代替饼干低筋面粉加快了蛋白质的弱化，降低了面筋网络结构强度，可使曲奇饼干更加酥脆。随着紫甘薯全粉比例的增加，G′、G"不断升高，说明紫甘薯全粉具有增强面团凝胶网络结构和黏弹性结构的能力，tanδ逐渐减小，这表明饼干面团样品的弹性占据主导地位，tanδ＜1，说明是弱凝胶动态流变特性，是假塑性流体，样品均表现出较大的弹性。随着紫甘薯全粉替代低筋面粉比例的不断增加，紫薯曲奇饼干的色度L*值显著降低，a*值和b*值显著变化后在添加比例达到30%时趋于稳定，且这时的紫甘薯曲奇饼干色泽呈深紫、口感酥脆，咀嚼性比较好，感官评分最高，比较受人喜爱。