紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕配方的研究

张雅娜，张春华，周媛媛，马丽媛，郭丽，*

（1.绥化学院食品与制药工程学院，黑龙江绥化152061；2.绥化市食品药品检验检测所，黑龙江绥化152061）

紫薯又叫黑薯，富含蛋白质、淀粉、果胶、纤维素、氨基酸、维生素及多种矿物质，同时还富含硒元素和花青素[1]，具有抗癌、清除自由基、降低血压、预防动脉硬化等保健功能[2-6]。紫薯皮中同样含有大量的膳食纤维及各种营养元素，具有相当高的营养价值。紫薯产品虽然近些年有所发展，但国内紫薯产品多数还停留于初级加工阶段[7]。目前，国内外对紫薯的研究主要在紫薯色素的提取上，对紫薯的利用主要集中在紫薯肉、叶等部分，而紫薯茎皮则并未被很好的利用，几乎没有其它的应用方向[8]。紫薯渣及薯叶的利用已有报道，然而却鲜少将紫薯皮应用于焙烤食品中。

豆渣是大豆生产加工过程中的副产品。经研究表明，大豆中有一部分营养成分残留在豆渣中，一般豆渣含水分85%、蛋白质3.0%、脂肪0.5%、碳水化合物（纤维素、多糖等）8.0%，其中纤维素含量占据了干物质的一半，而豆渣所含的膳食纤维中，非结构性水溶多糖占2.2%、半纤维素32.5%、纤维素20.2%、木质素0.37%[9-10]；同时豆渣矿物质含量也都高于和接近其它粮食作物，其中钙含量较高，每100 g豆渣中含有100 mg的钙，几乎与牛奶的含钙量相等，而且这种钙极易被人体吸收利用[11]。多项研究表明豆渣具有减肥、抗氧化、降血脂、降血压、维持肠道菌群平衡等功效[12]。

目前豆渣在粮食加工方面的应用已有研究。赵功玲等[13]向面粉中添加纤维素酶解后的豆渣，再添加鸡蛋、糖等原料制成一种新型豆渣饼干。赵龙等[14]利用湿法超细粉碎技术将鲜湿豆渣和新鲜南瓜粉碎后添加到面粉中，研制成高纤维豆渣南瓜馒头。芦菲等[15]采用双螺杆挤压技术，以湿豆渣（或豆渣粉）和玉米粉为主要原料，研究了豆渣挤压膨化食品的最佳工艺参数。孟凡冰等[16]以豆渣为原料，将其进行超微粉碎后添加至面包中，研究豆渣面包的最佳加工工艺。

本研究将紫薯皮、豆渣加入到蛋糕中，既可在一定程度上保留紫薯皮、豆渣中的营养成分，又可改善蛋糕的风味口感，同时也丰富了市面上膳食纤维蛋糕的种类。我国每年都会有大量的紫薯皮、豆渣没能得到充分的利用而被丢弃，不仅浪费资源，还污染环境。而紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕的研制十分具有研究价值及意义，既合理利用了资源，也为消费者提供了更为多样化的选择，具有一定的发展前景。

1 材料与方法

1.1 材料

紫薯、鸡蛋：市售；新鲜豆渣：绥化益康豆制品加工厂；低筋面粉：山东佳士博粮油食品有限公司；泡打粉：南京华飞口碱厂；绵白糖：齐齐哈尔北方鹏程糖化股份有限公司；大豆油：上海嘉里食品工业有限公司。

1.2 主要仪器

ZH-25B-B11多功能食品加工机：河南新飞电器集团有限公司；BGZ电热恒温鼓风干燥箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；XS-365M电子天平：普利赛斯国际贸易上海有限公司；A45烤箱：青岛汉尚电器有限公司；936A打蛋机：佛山市顺德区容桂祁胜电器厂；CT3质构仪：美国博勒飞有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 紫薯皮的干燥与粉碎

将紫薯皮放在鼓风干燥箱中（55℃）烘干，利用粉碎机将干燥的紫薯皮进行粉碎，过80目筛，备用。

1.3.2.2 原料搅打

先将鸡蛋用打蛋器中速打散，缓缓加入绵白糖，改用快速搅打至全部溶化，形成泡沫结构，至泡沫体积发起至原来体积的2倍～3倍。

1.3.2.3 调制面糊

低筋面粉过40目筛，将低筋面粉、泡打粉、紫薯皮粉和豆渣粉充分混匀，加入打发好的蛋浆中，中速搅拌至面糊细腻均匀，缓慢加入大豆油，混合均匀。

1.3.2.4 注模

为了防止蛋糕黏底，在注入模具之前，将模具内部薄薄地涂上一层油。将准备好的面糊注入模具中，注入的面糊体积应在模具的1/3左右，结束后将模具向下摔打数次，排除蛋糕糊中的空气。

1.3.2.5 焙烤

烤箱温度设为150℃，烘烤时间为20 min～25 min。

1.3.2.6 脱模

冷却脱模后自然冷却3 min～5 min，等到温度降至30℃～40℃即可。

1.4 试验设计

1.4.1 单因素试验

保持紫薯皮粉、豆渣粉与低筋面粉的总量（100 g）不变，对紫薯皮豆渣比例、紫薯皮豆渣添加量、绵白糖添加量、大豆油添加量、泡打粉添加量5个因素进行试验，通过感官评价、硬度、弹性为指标考察5个因素对蛋糕品质的影响。

1.4.1.1 紫薯皮豆渣比例对蛋糕品质的影响

在紫薯皮豆渣添加量30%、绵白糖添加量120%、大豆油添加量18%、泡打粉添加量3%的条件下，分别考察紫薯皮豆渣质量比为 1 ∶1、2 ∶1、3 ∶1、4 ∶1、5 ∶1对紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕品质的影响，并确定出紫薯皮豆渣的最佳比例。

1.4.1.2 紫薯皮豆渣添加量对蛋糕品质的影响

试验选择紫薯皮豆渣添加量范围为10%～50%，制作过程在紫薯皮豆渣质量比1∶1、绵白糖添加量120%、大豆油添加量18%、泡打粉添加量3%的条件下，分别考察紫薯皮豆渣添加量为10%、20%、30%、40%、50%对紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕品质的影响，并确定出紫薯皮豆渣的最佳添加量。

1.4.1.3 绵白糖添加量对蛋糕品质的影响

试验选择绵白糖添加量范围为80%～160%，制作过程在紫薯皮豆渣质量比1∶1、紫薯皮豆渣添加量30%、大豆油添加量18%、泡打粉添加量3%的条件下，分别考察绵白糖添加量为80%、100%、120%、140%、160%对紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕品质的影响，并确定出绵白糖的最佳添加量。

1.4.1.4 大豆油添加量对蛋糕品质的影响

试验选择大豆油添加量范围为10%～26%，制作过程在紫薯皮豆渣质量比1∶1、紫薯皮豆渣添加量30%、绵白糖添加量120%、泡打粉添加量3%的条件下，分别考察大豆油添加量为10%、14%、18%、22%、26%对紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕品质的影响，并确定出大豆油的最佳添加量。

1.4.1.5 泡打粉添加量对蛋糕品质的影响

试验选择泡打粉添加量范围为1%～5%，制作过程在紫薯皮豆渣质量比1∶1、紫薯皮豆渣添加量30%、绵白糖添加量120%、大豆油添加量18%的条件下，分别考察泡打粉添加量为1%、2%、3%、4%、5%对紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕品质的影响，并确定出泡打粉的最佳添加量。

1.4.2 正交试验

进行新产品配方研究时存在不同的影响因素，各因素相互交织在一起，对试验结果造成影响，因此为了探究各个因素间的最优条件，找到最佳配方，采用正交试验四因素三水平法。通过单因素试验确定紫薯皮豆渣、绵白糖、大豆油以及泡打粉添加量的取值范围，从而确定紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕配方，因素水平表见表1。

表1 正交因素水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

1.5 紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕质量指标测定

1.5.1 产品感官评价

蛋糕经室温25℃冷却后，10名品评员（男女比例为1∶1）从蛋糕的外观形态、质地结构、弹韧性、色泽、气味和滋味等5个方面进行评价，评分标准见表2[17-18]。

表2 蛋糕感官品质评分标准Table 2 Evaluation standards of sensory quality for cake

1.5.2 质构分析

质构测试又被称为2次咀嚼测试，主要是通过模拟人口腔的咀嚼运动，对样品进行两次压缩，得到质构测试曲线。本试验采用CT3型质构仪测定紫薯皮豆渣蛋糕的硬度、弹性指标（硬度表示蛋糕达到一定形变所需的力，是评价质地的主要指标；弹性表示蛋糕经过第一次压缩以后能够再恢复的程度，是评价面筋内部品质的重要指标），圆柱型探头TA44，测试速度3.00 mm/s，压缩距离20 mm，触发点负载10 g。每个样品的蛋糕测试2次，数据取其平均值[19-20]。

1.6 数据处理

利用Origin 8.0软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 紫薯皮豆渣比例对蛋糕感官品质的影响

紫薯皮豆渣比例对蛋糕感官品质的影响如表3所示。

表3 紫薯皮豆渣比例对蛋糕感官品质的影响Table 3 Effects of purple potato skin and soybean dregs ratio on sensory evaluation of cake

紫薯皮与豆渣中含有大量的膳食纤维，过多的膳食纤维则会对蛋糕的内部结构造成影响，从而影响了口感。由表3可知，当紫薯皮豆渣的添加质量比为1：1时，蛋糕的口感与色泽较好，兼具紫薯皮与豆渣的香气，此时的感官评分最高；当紫薯皮豆渣的添加质量比为2∶1、3∶1时，蛋糕的色泽较深，且香气不足，豆渣特有的香气极大部分地被紫薯皮的香气所覆盖，感官评分较低；当紫薯皮豆渣的添加质量比为4∶1、5∶1时，完全闻不到豆渣的香气，同时产品色泽过深，底部焦糊，口感极差，令人难以接受。因此紫薯皮豆渣的最佳添加质量比为1∶1。

2.1.2 紫薯皮豆渣添加量对蛋糕品质的影响

2.1.2.1 紫薯皮豆渣添加量对蛋糕感官品质的影响

紫薯皮豆渣添加量对蛋糕感官品质的影响如表4所示。

紫薯皮与豆渣中含有膳食纤维，同时也含有多种丰富的营养元素，添加过多会影响到蛋糕的内部结构，过少则达不到发挥紫薯皮、豆渣营养价值的目的。由表4可知，当紫薯皮豆渣添加量为20%时，紫薯皮、豆渣的香气不仅达到了平衡，口感与风味都颇为良好，感官评分最高；当紫薯皮豆渣添加量小于20%时，蛋糕的香气较弱，既无豆渣的香气也没有紫薯的香气，且弹性一般，内部结构不细腻，因而感官评分较低；当紫薯皮豆渣添加量大于20%时，蛋糕表面粗糙，块形变形，内部孔洞较多，豆腥味略为明显，弹性差，按下去难以恢复，色泽过深，口感粗糙，无论是味觉上还是视觉上都令人难以接受。因此紫薯皮豆渣的最佳添加量为20%。

表4 紫薯皮豆渣添加量对蛋糕感官品质的影响Table 4 Effects of purple potato skin and soybean dregs adding volume on sensory evaluation of cake

2.1.2.2 紫薯皮豆渣添加量对蛋糕硬度和弹性的影响

紫薯皮豆渣添加量对蛋糕硬度和弹性的影响如图1所示。

图1 紫薯皮豆渣添加量对蛋糕硬度和弹性的影响Fig.1 Effects of purple potato skin and soybean dregs adding volume on hardness and springiness of cake

由图1可知，随着紫薯皮豆渣添加量增多，蛋糕的硬度先减小后增大，弹性先增大后减小。当紫薯皮豆渣添加量过多时，蛋糕硬度较大，弹性较小，其原因可能是紫薯皮、豆渣所富含的膳食纤维对面筋造成了影响，破坏了面团的持气性，从而使组织过于紧密；当紫薯皮豆渣添加量过少时，蛋糕硬度较大，弹性较小，其原因可能是组织结构不够稳定，从而导致了这样的结果。当紫薯皮豆渣添加量为20%时，蛋糕的硬度最小，为203 g，弹性最大，为11.47 mm，与表4感官评分结果一致，此时感官评分最高，蛋糕的组织结构及风味口感达到最佳状态。

2.1.3 绵白糖添加量对蛋糕品质的影响

2.1.3.1 绵白糖添加量对蛋糕感官品质的影响

绵白糖添加量对蛋糕感官品质的影响如表5所示。

表5 绵白糖添加量对蛋糕感官品质的影响Table 5 Effects of white sugar adding volume on sensory evaluation of cake

绵白糖颗粒小，能够快速溶解，同时它能够增加蛋糕的甜味，减少蛋的腥味，在高温焙烤过程中它所产生的焦糖化与美拉德反应能够增加蛋糕的色泽及香味，不仅如此，它还能起到填充作用，使面糊更为细腻。糖添加量过多或过少，都会使蛋白发泡性差，蛋糕体积小、外形不漂亮且弹性不足，同时还会影响蛋糕的上色[21]。由表5可知，当绵白糖的添加量为140%时，蛋糕的甜味适中，弹韧性良好，内部结构细腻，此时的感官评分最高；当绵白糖的添加量小于140%时，蛋糕风味较弱，口感一般，内部有少量的孔洞；当绵白糖的添加量大于140%时，蛋糕口感较差，味道过甜，内部孔洞较多，且有明显的黏牙感。因此绵白糖的最佳添加量为140%。

2.1.3.2 绵白糖添加量对蛋糕硬度和弹性的影响

绵白糖添加量对蛋糕硬度和弹性的影响如图2所示。

图2 绵白糖添加量对蛋糕硬度和弹性的影响Fig.2 Effects of white sugar adding volume on hardness and springiness of cake

由图2可知，随着绵白糖添加量的增加，蛋糕的硬度逐渐减小后增大，弹性先增大后减小。当绵白糖添加量过多时，蛋糕的硬度及弹性均较小，其原因可能是绵白糖添加过多从而导致蛋糕结构过于蓬松，内部气泡较多；当绵白糖添加量过少时，蛋糕硬度较大，弹性较小，其原因可能是绵白糖添加量过少，不足以使蛋糕形成特有的组织结构，内部略微紧密。当绵白糖添加量为140%时，蛋糕硬度最小，其值为218 g，弹性最大，其值为14.38 mm，与表5感官评分结果一致，此时感官评分最高，蛋糕的组织状态及口感最佳。

2.1.4 大豆油添加量对蛋糕品质的影响

2.1.4.1 大豆油添加量对蛋糕感官品质的影响

大豆油添加量对蛋糕感官品质的影响如表6所示。

表6 大豆油添加量对蛋糕感官品质的影响Table 6 Effects of soybean oil adding volume on sensory evaluation of cake

大豆油可以稳固住面糊中的气泡，帮助面糊蓬发，同时也能锁住水分，使得蛋糕组织更为细腻柔软。但是过多的大豆油会导致蛋糕偏油，烤熟的蛋糕易掉渣，且打发的蛋白遇到过多的油脂易消泡，导致蛋糕口感粗糙[22]。由表6可知，当大豆油添加量为18%时，蛋糕内部组织结构良好，表面光滑，口感较好，此时蛋糕的感官评分最高；当大豆油添加量小于18%时，蛋糕外形略有破损，口感一般；当大豆油添加量大于18%时，油的味道明显掩盖住了蛋糕的香气，口感较差。因此大豆油的最佳添加量为18%。

2.1.4.2 大豆油添加量对蛋糕硬度和弹性的影响

大豆油添加量对蛋糕硬度和弹性的影响如图3所示。

由图3可知，随着植物油添加量的增加，蛋糕硬度先减小再增大，弹性先增大后减小。当植物油添加量过多时，蛋糕硬度较大，弹性较小，其原因可能是植物油添加量过多从而使蛋糕偏油，使得蛋糕内部组织较为紧密；当植物油添加量过少时，蛋糕硬度较大，弹性较小，其原因可能是植物油添加量过少使得蛋糕内部组织结构略为粗糙，没能很好的锁住空气与水分，因而使得蛋糕内部略为粗糙。当植物油添加量为18%时，蛋糕硬度最小，其值为193 g，弹性最大，其值为12.85 mm，与表6感官评分结果一致，此时感官评分最高，蛋糕的组织结构及风味口感为最佳。

图3 大豆油添加量对蛋糕硬度和弹性的影响Fig.3 Effects of soybean oil adding volume on hardness and springiness of cake

2.1.5 泡打粉添加量对蛋糕品质的影响

2.1.5.1 泡打粉添加量对蛋糕感官品质的影响

泡打粉添加量对蛋糕感官品质的影响如表7所示。

表7 泡打粉添加量对蛋糕感官品质的影响Table 7 Effects of baking powder adding volume on sensory evaluation of cake

泡打粉在烘焙加热的过程中会释放出大量的气体，这些气体会使蛋糕达到膨胀与松软的效果。由表7可知，当泡打粉添加量为3%时，蛋糕内部组织结构细腻，无明显气孔，蓬松度适宜，此时的感官评分最高；当泡打粉添加量小于3%时，蛋糕蓬松感较低，口感略微粗糙；当泡打粉添加量大于3%时，蛋糕过于蓬松，内部有较多明显的大气孔。因此泡打粉的最佳添加量为3%。

2.1.5.2 泡打粉添加量对蛋糕硬度和弹性的影响

泡打粉添加量对蛋糕硬度和弹性的影响如图4所示。

由图4可知，随着泡打粉添加量的增加，蛋糕硬度逐渐减小，弹性先增大后减小。当泡打粉添加量过多时，蛋糕硬度较小，弹性较小，其原因可能是蛋糕结构过于蓬松，组织中存在大量气孔；当泡打粉添加量过少时，硬度较大，弹性较小，其原因可能是泡打粉添加量过少导致组织没能蓬松起来，使得组织密度略大。当泡打粉添加量为3%时，硬度适中，在193 g～218 g之间，其值为200 g，蛋糕弹性最大，其值为14.24 mm，与表7感官评分结果一致，此时感官评分最高，蛋糕的组织结构及风味口感为最佳状态。

图4 泡打粉添加量对蛋糕硬度和弹性的影响Fig.4 Effects of baking powder adding volume on hardness and springiness of cake

2.2 正交试验结果

本文选取4个对紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕品质有影响的试验因素，即紫薯皮豆渣添加量、绵白糖添加量、大豆油添加量、泡打粉添加量，设定3个水平，采用L9（34）正交试验设计，并对蛋糕成品进行感官评价见表8。

表8 正交试验结果及数据分析Table 8 The orthogonal experiment results and data analysis

由表8可知，影响紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕品质因素的主次顺序为B＞A＞D＞C，即绵白糖添加量对紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕的影响最大，紫薯皮豆渣添加量是较重要因素，泡打粉添加量是次要因素，大豆油添加量影响较小。正交试验得到感官评价组合为第五组，即A2B2C3D1，而根据k值分析得到的最佳组合为A2B2C1D1，二者不一致，因此需要增加验证试验，结果见表9。

表9 验证试验结果Table 9 Experiment results of verification

由表9可知，A2B2C3D1组合更加优于A2B2C1D1组合，因此紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕加工的最佳配方：紫薯皮豆渣添加量为20%、绵白糖添加量为140%、大豆油添加量为22%、泡打粉添加量为2%，此配方下感官评分最高为92.7分，硬度为205.5 g，弹性为12.18 mm。

3 结论

通过单因素试验和正交试验得到紫薯皮豆渣膳食纤维蛋糕的最佳配方：紫薯皮豆渣质量比为1∶1、紫薯皮豆渣添加量为20%、绵白糖添加量为140%、大豆油添加量为22%、泡打粉添加量为2%。此条件下，蛋糕品质最佳，其感官评分最高为92.7分，硬度为205.5 g，弹性为12.18 mm。在此配方下制成的蛋糕呈红褐色，外表完整表面光滑，无破损塌陷，柔软疏松，内部组织结构细腻，兼具紫薯与豆渣的香气，甜味适中。