發酵工藝對雜糧紅棗發酵餅干品質的影響

王凱麗，楊方，姜啟興，許艷順，夏文水

(江南大學 食品學院，食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇省食品安全與質量控制協同創新中心，江蘇 無錫，214122)

紅棗味甘香甜，風味獨特，不僅含有豐富的營養成分，還具有很強的醫療保健作用，是集藥用、保健、食用等多功能于一體的果中珍品[1]。雜糧藥食同源的特性使其不僅可作為食品，還具有平衡膳食結構、營養保健等功能[2]。一直以來，餅干因其休閑方便而備受消費者關注，將紅棗與雜糧結合制成風味濃郁且具有營養保健功能的餅干產品逐漸獲得消費者的青睞。目前雜糧紅棗餅干產品主要以韌性餅干或酥性餅干為主，口感較粗糙，質地干硬，口味以甜為主，風味單一，這使得使雜糧紅棗餅干的消費受到了一定程度的限制。

發酵技術被認為是加工全谷物有效的生物加工技術，近年來，國內外研究發現采用乳酸菌協同酵母菌發酵工藝對面制食品的風味、質地及貨架期等都有積極的作用[3]。采用乳酸菌發酵技術發酵雜糧能夠將雜糧中的大分子物質降解成利于人體吸收的小分子物質，提高其營養物質的利用率，并改善了雜糧的口感，同時乳酸菌發酵產生的酸可賦予產品酸的口味[4-5]。紅棗經過發酵后營養物質更豐富、風味更加突出[6]。目前，酸面團的應用集中在面包、饅頭等主食產品中，而在餅干中的應用卻報道有限，利用發酵技術制備一種雜糧紅棗餅干具有良好的發展前景，并對其他烘焙類休閑食品的開發有重要的借鑒意義。

本研究以燕麥、蕎麥、玉米、小米、紅棗顆粒為原料，市售酵母和乳酸菌為發酵劑，旨在開發一種酸甜適口、軟硬適中，既有休閑餅干食味特性，又有營養保健效果的五谷雜糧紅棗發酵餅干。同時，研究餅干制作過程中的發酵工藝對餅干品質的影響，以期為改善產品品質提供試驗依據和理論指導。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

燕麥、蕎麥、玉米、小米、中筋粉、綿白糖、黃油、雞蛋、果葡糖漿：市售；安琪酵母、伊士特乳酸菌粉：安琪酵母股份有限公司提供；紅棗顆粒：粒徑1 mm×1 mm，水分含量0.1%，好想你棗業股份有限公司提供。

1.2 儀器與設備

粉碎機，北京燕山正德機械設備有限公司；電熱鼓風干燥箱、恒溫恒濕培養箱，上海一恒科學儀器有限公司；數顯電子天平(AL204型)、pH計(FE28型)，梅特勒儀器(上海)有限公司；TA-XT plus型質構儀，英國STABLE MICROSYSTEMS公司。

1.3 雜糧紅棗發酵餅干的制作方法

1.3.1 基本工藝

雜糧→清洗→干燥→粉碎→過篩→乳酸菌前發酵制備雜糧酸面團→餅干面團的制備→混合發酵→成型→焙烤→成品

1.3.2 基本配方

低筋粉70 g，雜糧粉30 g，水30 g，黃油30 g，白砂糖20 g，果葡糖漿20 g，雞蛋15 g，活性干酵母1 g，紅棗顆粒20 g。

1.3.3 操作要點[7]

(1)雜糧粉制備：將除去雜質的優質燕麥、蕎麥、玉米、糙米、小米洗凈后，放入烘箱低溫烘干，將烘干后的各雜糧用粉粹機粉粹后過80目篩，等比例混合得到雜糧粉。

(2)乳酸菌前發酵制備雜糧酸面團：取一定的雜糧粉加入等量的水，混勻加入乳酸菌，混合均勻后將形成的面團置于恒溫恒濕培養箱中發酵，發酵一定時間后得到雜糧酸面團。

(3)餅干面團的制備：按照配方將白砂糖、雞蛋、黃油、果葡糖漿等輔料加入攪拌機中高速攪拌2 min，得到輔料液。取一定的發酵好的五谷雜糧酸面團加入到輔料液中，高速攪打1 min，使物料充分混勻得到穩定漿液。隨后向漿液中添加低筋粉、紅棗顆粒、活性干酵母粉，攪拌均勻制得餅干面團。

(4)混合發酵：將制得的餅干面團置于恒溫恒濕培養箱中靜止發酵一段時間，然后進行成型操作。

(5)成型、焙烤：將醒發后的餅干面團制成厚度約為4 mm，直徑約為3 cm的餅干，生坯后放入烤箱，在上火180 ℃、下火155 ℃下焙烤15 min，冷卻到室溫，即得到五谷雜糧紅棗發酵餅干。

1.4 試驗方法

1.4.1 乳酸菌前發酵工藝

稱取等質量的雜糧粉與水，向其中加入一定量的乳酸菌粉(以雜糧粉為基準)，混合均勻后發酵一段時間得到雜糧酸面團。取25%雜糧酸面團(按雜糧粉占總粉的質量計)和酵母等其他輔料混合均勻制得餅干面團，在28 ℃下繼續發酵2 h后制作成餅干，研究不同的乳酸菌前發酵工藝對餅干品質的影響。固定乳酸菌發酵溫度35 ℃，乳酸菌發酵時間12 h，比較不同乳酸菌添加量(0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%)對餅干pH、感官品質的影響；固定乳酸菌發酵溫度35 ℃，乳酸菌添加量1.2%，比較不同乳酸菌發酵時間(4、8、12、16、20 h)對餅干pH、感官品質的影響；固定乳酸菌發酵時間12 h，乳酸菌添加量1.2%，比較不同乳酸菌發酵溫度(20、25、30、35、40 ℃)對餅干pH、感官品質的影響。

1.4.2 混合發酵工藝

1.4.2.1 雜糧酸面團添加量對餅干品質的影響

分別取15%、20%、25%、30%、35%乳酸菌前發酵階段制備的雜糧酸面團(按雜糧粉占總粉的質量計)和酵母等其他輔料混合均勻制得餅干面團，在28 ℃下繼續發酵2 h后制作成餅干，研究不同的酸面團添加量對餅干品質的影響。

1.4.2.2 酵母添加量對餅干品質的影響

取25%乳酸菌前發酵階段制備的雜糧酸面團(按雜糧粉占總粉的質量計)，分別添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%酵母等其他輔料混合均勻制得餅干面團，在28 ℃下繼續發酵2 h后制作成餅干，研究不同的酵母添加量對餅干品質的影響。

1.4.2.3 混合發酵時間對餅干品質的影響

取25%乳酸菌前發酵階段制備的雜糧酸面團(按雜糧粉占總粉的質量計)和2%酵母等其他輔料混合均勻制得餅干面團，在28 ℃下繼續發酵1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 h后制作成餅干，研究不同的混合發酵時間對餅干品質的影響。

1.4.2.4 混合發酵溫度對餅干品質的影響

取25%乳酸菌前發酵階段制備的雜糧酸面團(按雜糧粉占總粉的質量計)和2%酵母等其他輔料混合均勻制得餅干面團，將餅干面團分別在20、24、28、32、36、40 ℃混合發酵2 h后制作成餅干，研究不同的混合發酵溫度對餅干品質的影響。

1.4.2.5 紅棗顆粒添加量對餅干品質的影響

向餅干面團中分別加入10%、15%、20%、25%、30%的紅棗顆粒，在28 ℃下繼續發酵2 h后制作成餅干，研究紅棗顆粒添加量對餅干品質的影響。

1.4.3 正交試驗

基于單因素實驗結果，對餅干影響的幾個因素(混合發酵溫度、混合發酵時間、酵母添加量、酸面團添加量、紅棗顆粒添加量)進行正交試驗。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.4.4 質構特性測定

用TA-XT plus進行質構測定。測定參數為：P/2探頭，Compression模式，校正高度25 mm，測前速度2 mm/s，測試速度2 mm/s，測后速度10 mm/s，測試距離5 mm，引發力10 g，獲取速度500 PPS，取12次測定的平均值[8]。

1.4.5 pH測定

稱取10 g餅干樣品,放入錐形瓶中,加入90 mL的蒸餾水。用磁力攪拌器攪拌30 min后,靜置10 min后用pH計測定酸面團的pH值。

1.4.6 感官評價

餅干的感官評價參考劉飄飄等人報道[9]的軟式杏仁餅的感官評價評分標準，并進行一些改進。感官評定小組由固定20位(10男10女)經篩選和培訓后的感官評定員組成，評定員年齡均在20～35歲之間，對餅干從外觀形態、色澤、口感、質地和風味等方面，采用目測、嗅聞、口嘗、指壓等方式進行綜合評定，評定結果取20人的平均值。具體標準如表2所示。

表2 雜糧紅棗發酵餅干感官評分標準Table 2 Scoring criteria for sensory quality of fermented grains jujube biscuit

1.4.7 數據處理方法

采用Excel對實驗數據作初步處理，SPSS 19.0軟件對數據進行分析，結果均以平均值±標準偏差的形式表示，采用Origin 8.6軟件作圖。

2 結果分析

2.1 乳酸菌前發酵工藝對餅干品質的影響

研究發現，乳酸菌在發酵過程中，產生一些有機酸類的物質，如乳酸、乙酸等，可使產品pH降低，賦予產品酸的口味[10]。同時乳酸菌的酸化作用可激活面團中的酸性蛋白酶，促進體系中游離氨基酸的形成，發酵產生的氨基酸、醇、醛、酮、酯和羰基化合物等風味物質有助于產品風味的改善[11-12]。利用乳酸菌發酵雜糧，目的是改善雜糧粗糙口感，賦予產品酸的口味，豐富產品風味。由表3可知，當乳酸菌粉添加量為1.2%時，餅干的酸甜口味適中，口感和風味都較好，感官評分最高，這是因為乳酸菌添加量較低時，乳酸菌發酵程度低，不足以完成對雜糧的發酵，影響乳酸等代謝產物的生成，酸味不明顯，同時產生的氨基酸、酯類等風味物質少，對風味影響小；但添加量過多時，由于菌體生長繁殖過旺，迅速利用完基質中的營養物質，導致發酵后期菌株的營養不足影響發酵效果。乳酸菌發酵時間直接影響乳酸菌的發酵程度，當發酵時間為12 h時，餅干感官得分最高，這是因為乳酸菌發酵時間短時發酵不足，產生的乳酸較少，餅干酸味不明顯，pH值較高，隨著發酵時間的增加，產物乳酸不斷積累，餅干pH不斷下降，餅干酸味越發突出，同時發酵產生的氨基酸、酯類等風味不斷增加，餅干風味不斷改善；但發酵時間過長，導致發酵過度，餅干過酸，風味變差，感官品質下降[13]。發酵溫度對餅干pH值、口感與風味有一定的影響，由表3可以看出餅干pH值隨發酵溫度升高而降低，溫度越高乳酸菌生物活性越大，產生乳酸越多，酸味逐漸加強，當發酵溫度為35 ℃時，餅干的酸甜口味適中，口感最好，感官評分最高。

表3 乳酸菌前發酵工藝對餅干感官評分及pH的影響Table 3 Effect of the early period fermented by lactic acid bacteria on the sensory quality and pH of fermented grains jujube biscuit

注：不同小寫字母表示同一列之間差異顯著(p<0.05)。

2.2 混合發酵工藝對餅干品質的影響

2.2.1 雜糧酸面團添加量對餅干品質的影響

圖1-A所示為酸面團添加量與餅干質構特性的關系，硬度和咀嚼性是評價餅干質地的主要指標，餅干品質越好，其值越低。黏聚性測定的是探頭由于餅干的黏著作用所消耗的功，反映了咀嚼時餅干對上顎、牙齒、舌頭等接觸面黏著的性質，餅干越黏牙，黏聚性越大，其絕對值越大；餅干品質越好，其值越低。由圖1可知，隨著雜糧酸面團添加量的增加，餅干的硬度、咀嚼性和黏聚性均呈先增加后減少再增加的趨勢。當酸面團添加量為25%時，餅干的質構特性最好。雜糧酸面團含有膳食纖維，會稀釋面筋蛋白，破壞面筋網絡，導致面團持氣性下降，從而對餅干品質造成不良影響[14-15]，所以隨著雜糧酸面團添加量的增加，餅干硬度先有一定程度的增加。但酸面團對質構的影響與pH值存在一定關系[16]，適量的酸會激活小麥粉中的蛋白酶，共同降解面筋釋放水，提高淀粉和多糖的吸水率及其他酶的活性，提高面筋網絡結構的持氣性使餅干硬度、咀嚼性適當降低[17]，餅干也因面團良好的持氣性而蓬松，黏聚性下降。但含酸量過高，蛋白水解過強面筋網絡結構被破壞，面團持氣性變差導致餅干硬度增加，咀嚼性增強，餅干黏聚性增加變得易黏牙[18]。

圖1-B所示為酸面團添加量對餅干感官和pH的影響。由圖可知，隨著酸面團添加量的增加，餅干pH逐漸降低，這主要是因為酸面團發酵過程中有乳酸的積累，酸面團添加量越大，含有的乳酸等酸類物質越多，餅干pH越低。酸面團添加量較低時，餅干酸味不突出，風味不顯著，當酸面團添加量為25%時，餅干的感官評分最高。但添加量繼續增加，對餅干表觀形態、質地產生不良影響，同時酸類物質含量過高造成餅干口味過酸，甚至出現刺鼻、令人不愉快的氣味。

圖1 酸面團添加量對餅干品質的影響Fig.1 Effect of sourdough addition on the quality of fermented grains jujube biscuit

2.2.2 酵母添加量對餅干品質的影響

酵母的添加不僅可以通過發酵產生CO2使得餅干內部結構組織疏松，而且還可使產品具有發酵食品特有的香味[19]。由圖2-A可知，隨著酵母菌添加量的增加，餅干硬度、咀嚼性及黏聚性均先減小后增大。當酵母添加量為2.0%時，餅干的硬度、咀嚼性及黏聚性最低，質構特性最好。酵母發酵時產生的CO2可使面團呈膨松狀，使餅干達到松軟的質地。當酵母菌數量較少時，發酵速度慢、產氣少、無法形成足夠的CO2來支撐面團的氣孔結構，餅干質構緊實[20]，硬度、咀嚼性大，黏聚性大，餅干不松軟。隨酵母量增加，產生的CO2增多，內部氣孔逐漸增大，質構變疏松。但當酵母用量過高，由于菌體生長繁殖過旺，迅速利用完基質中的營養物質，導致發酵后期菌株的營養不足，影響面團的發酵，CO2生成量少，導致餅干質構變差[21]。

由圖2-B可知，隨著酵母添加量的增加餅干的pH值呈降低趨勢，可能是因為面團的發酵速度隨著酵母的增加而加快，酵母添加量較多時，發酵產生的代謝物和酒精也較多，被乳酸菌利用的幾率較大，生成乳酸增多。餅干的感官評分隨酵母添加量的增加呈先升高后降低的趨勢，在酵母菌添加量為2.0%時，餅干質地松軟、酸度適中，感官評分最高。

圖2 酵母添加量對餅干品質的影響Fig.2 Effect of yeast addition on the quality of fermented grains jujube biscuit

2.2.3 混合發酵時間對餅干品質的影響

由圖3-A可以看出隨著發酵時間的延長，餅干硬度逐漸減小，咀嚼性和黏聚性總體變化趨勢為先減小后增大，在發酵2.5 h時咀嚼性出現最小值，同時黏聚性的絕對值也最小。酵母在發酵初期進行有氧呼吸，產生的CO2存在于面團內使面團體積增大，若發酵時間短酵母產氣不足，無法使面團達到蓬松狀態，隨著發酵的進行，CO2氣體不斷增多，同時酵母和乳酸菌對淀粉、蛋白質、脂肪的利用程度加大，小分子物質含量增加，面團凝膠性變強，面團持氣性增強[22]，餅干蓬松，硬度、咀嚼性降低。如若發酵時間過長，氧氣被消耗，酵母將開始進行無氧發酵，無氧發酵中乙醛向酒精的轉化過程可能生成乙酸，對面團的酸度產生影響，過度酸化會導致蛋白過度水解面筋網絡結構被破壞，面團持氣性降低導致餅干質構變差。

圖3 混合發酵時間對餅干品質的影響Fig.3 Effect of mixed fermentation time on the quality of fermented grains jujube biscuit

由圖3-B可知，餅干的pH值隨混合發酵時間的延長有下降的趨勢，這主要是因為發酵后期酵母開始進行無氧呼吸生成乙酸，面團中除添加的酵母外，還含有乳酸菌，會發生乳酸發酵及乙酸發酵等生化反應，使餅干酸度增加。餅干的感官評分隨混合發酵時間的延長呈先升高后降低的趨勢，當發酵2.5 h時感官評分最高，餅干質地松軟、酸味適中、發酵風味突出。

2.2.4 混合發酵溫度對餅干品質的影響

由圖4-A可以看出，隨著發酵溫度的升高，餅干的硬度、咀嚼性及黏聚性的總體趨勢表現為先下降后上升。發酵溫度為32 ℃時，硬度、咀嚼性和黏聚性達到各自的最小值。發酵過程中微生物的生長繁殖與溫度有很大的關系，發酵溫度過低微生物生長緩慢，發酵溫度過高破壞微生物本身結構而失去活性。溫度過高或過低都不利于酵母生長，使得CO2量不足，無法支撐面團的面筋網絡結構，使得餅干質地緊實，不夠蓬松，黏聚性增強、硬度增大難咀嚼[23]。

圖4 混合發酵溫度對餅干品質的影響Fig.4 Effect of mixed fermentation temperature on the quality of fermented grains jujube biscuit

由圖4-B可知，餅干的pH值隨發酵溫度的升高呈先降低后升高的趨勢，這主要是因溫度過低時酵母的生長代謝較慢，隨溫度升高代謝逐漸旺盛，當溫度超過32 ℃時，酵母生長受到抑制，發酵能力下降，酸度降低。餅干感官評分隨著溫度的升高呈先升高后降低的趨勢，32 ℃時感官評分最高，此時餅干酸味適中，具有良好的感官品質。

2.2.5 紅棗顆粒添加量對餅干品質的影響

由圖5-A可以看出，隨著紅棗顆粒的添加，餅干的硬度、咀嚼性總體呈上升趨勢，黏聚性呈先上升后下降趨勢。紅棗的高膳食纖維含量不利于面團的面筋結構的形成，導致面團持氣性降低，餅干質地變硬，咀嚼性、黏聚性變大；繼續增大紅棗添加量，餅干太過酥松，不易成型，其黏聚性降低。

紅棗粒的添加既增加美感又增強食欲，由圖5-B可知，餅干的pH隨紅棗顆粒添加量的增加無明顯變化，感官得分則呈先升高后降低的趨勢，當添加25%紅棗顆粒時感官最佳。若添加量太少雖然能夠得到很好的外觀形態和質地，但餅干口味欠佳、棗香味不夠突出；若添加量過多，導致餅干太過酥松，結構不夠致密易掉渣，影響餅干外觀。

圖5 紅棗顆粒添加量對餅干品質的影響Fig.5 Effect of jujube particles addition on the quality of fermented grains jujube biscuit

2.2.6 感官評定各指標與質構特性參數之間的相關性分析

表4列出了餅干感官評價與質構之間的簡單相關性。可以看出，感官評定的指標與質構特性參數之間有良好的相關性，硬度、咀嚼性、黏聚性均與餅干的質地、餅干綜合品質呈極顯著的負相關性，且硬度、咀嚼性與餅干外觀形態呈顯著負相關性，黏聚性與外觀形態無相關性；硬度、咀嚼性、黏聚性與其他參數普遍不相關。

表4 餅干感官評定各指標與質構特性之間的相關性Table 4 Correlation coefficients between sensory and textural properties of fermented grains jujube biscuit

注：**表示差異極顯著(p<0.01)；*表示差異顯著(p<0.05)。

2.2.7 正交試驗結果與分析

根據單因素試驗結果，以酸面團添加量、紅棗顆粒添加量、混合發酵溫度、混合發酵時間、酵母添加量為因素，感官評分為指標進行正交試驗，表5為正交試驗結果。

表5 正交試驗結果Table 5 Results of orthogonal test

由表5可見，A(混合發酵溫度)、B(混合發酵時間)、C(酵母菌添加量)、D(酸面團添加量)、E(紅棗顆粒添加量)5個因素對餅干感官得分有不同程度的影響，其影響大小依次為A>D>B>E>C，即混合發酵溫度>酸面團添加量>混合發酵時間>紅棗顆粒添加量>酵母菌添加量。以感官得分為目標得到的餅干最佳工藝條件為A2D2B2E2C3，即混合發酵溫度32 ℃、混合發酵時間2.5 h、酵母菌添加量2.5%、酸面團添加量25%、紅棗顆粒添加量25%。用Minitab軟件對實驗結果進行方差分析，結果如表6所示。結果顯示混合發酵溫度、混合發酵時間、酸面團添加量對餅干感官得分影響極顯著(p<0.01)，紅棗顆粒添加量對餅干感官得分影響顯著(p<0.05)，酵母菌添加量對餅干感官得分影響不顯著(p>0.05)。

注：p<0.05差異顯著*；p<0.01差異極顯著**；p>0.05差異不顯著。

由于理論最優組合(混合發酵溫度32°C、混合發酵時間2.5 h、酵母菌添加量2.5%、酸面團添加量25%、紅棗顆粒添加量25%)與評分最高組合(混合發酵溫度32°C、混合發酵時間2.5 h、酵母菌添加量2.5%、酸面團添加量20%、紅棗顆粒添加量25%)的結果不一致，因而進行驗證試驗以確定最佳水平組合。由表7分析比較得到兩組的結果具有顯著性差異，因而選擇最佳水平組合為混合發酵溫度32°C、混合發酵時間2.5 h、酵母菌添加量2.5%、酸面團添加量25%、紅棗顆粒添加量25%。

表7 驗證試驗Table 7 Verification test

3 結論

(1)乳酸菌前發酵制備雜糧酸面團過程中，乳酸菌添加量、乳酸菌發酵溫度、乳酸菌發酵時間對餅干的pH值和感官品質有很大的影響。以pH值和感官品質為評價指標，得到乳酸菌前發酵階段工藝參數為：發酵時間12 h、發酵溫度35 ℃、乳酸菌添加量1.2%。經過乳酸菌前發酵后，餅干粗糙感降低，口味酸甜適口的同時風味更加豐富。

(2)在混合發酵過程中，酸面團添加量、酵母菌添加量、混合發酵溫度、混合發酵時間、紅棗顆粒的添加量對餅干的質構和感官評分均有顯著影響。以pH值、質構特性和感官品質為評價指標，得到混合發酵工藝參數為：酸面團添加量25%、紅棗顆粒添加量25%、酵母添加量2.5%、發酵溫度32 ℃、發酵時間2.5 h。

(3)在以上發酵工藝條件下制得的餅干口感細膩、酸甜適口、質地松軟、發酵風味突出、棗香味濃郁，具有良好的感官品質，達到了預期目標。但還應研究該產品在貯藏過程中的品質變化，可通過添加合適的改良劑改善產品品質確保貯藏穩定性，延長保質期，同時還應研究該餅干與市售餅干的差異性，突出該產品的營養優勢。