紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕配方的研究

張雅娜，張春華，周媛媛，馬麗媛，郭麗，*

（1.綏化學院食品與制藥工程學院，黑龍江綏化152061；2.綏化市食品藥品檢驗檢測所，黑龍江綏化152061）

紫薯又叫黑薯，富含蛋白質、淀粉、果膠、纖維素、氨基酸、維生素及多種礦物質，同時還富含硒元素和花青素[1]，具有抗癌、清除自由基、降低血壓、預防動脈硬化等保健功能[2-6]。紫薯皮中同樣含有大量的膳食纖維及各種營養元素，具有相當高的營養價值。紫薯產品雖然近些年有所發展，但國內紫薯產品多數還停留于初級加工階段[7]。目前，國內外對紫薯的研究主要在紫薯色素的提取上，對紫薯的利用主要集中在紫薯肉、葉等部分，而紫薯莖皮則并未被很好的利用，幾乎沒有其它的應用方向[8]。紫薯渣及薯葉的利用已有報道，然而卻鮮少將紫薯皮應用于焙烤食品中。

豆渣是大豆生產加工過程中的副產品。經研究表明，大豆中有一部分營養成分殘留在豆渣中，一般豆渣含水分85%、蛋白質3.0%、脂肪0.5%、碳水化合物（纖維素、多糖等）8.0%，其中纖維素含量占據了干物質的一半，而豆渣所含的膳食纖維中，非結構性水溶多糖占2.2%、半纖維素32.5%、纖維素20.2%、木質素0.37%[9-10]；同時豆渣礦物質含量也都高于和接近其它糧食作物，其中鈣含量較高，每100 g豆渣中含有100 mg的鈣，幾乎與牛奶的含鈣量相等，而且這種鈣極易被人體吸收利用[11]。多項研究表明豆渣具有減肥、抗氧化、降血脂、降血壓、維持腸道菌群平衡等功效[12]。

目前豆渣在糧食加工方面的應用已有研究。趙功玲等[13]向面粉中添加纖維素酶解后的豆渣，再添加雞蛋、糖等原料制成一種新型豆渣餅干。趙龍等[14]利用濕法超細粉碎技術將鮮濕豆渣和新鮮南瓜粉碎后添加到面粉中，研制成高纖維豆渣南瓜饅頭。蘆菲等[15]采用雙螺桿擠壓技術，以濕豆渣（或豆渣粉）和玉米粉為主要原料，研究了豆渣擠壓膨化食品的最佳工藝參數。孟凡冰等[16]以豆渣為原料，將其進行超微粉碎后添加至面包中，研究豆渣面包的最佳加工工藝。

本研究將紫薯皮、豆渣加入到蛋糕中，既可在一定程度上保留紫薯皮、豆渣中的營養成分，又可改善蛋糕的風味口感，同時也豐富了市面上膳食纖維蛋糕的種類。我國每年都會有大量的紫薯皮、豆渣沒能得到充分的利用而被丟棄，不僅浪費資源，還污染環境。而紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕的研制十分具有研究價值及意義，既合理利用了資源，也為消費者提供了更為多樣化的選擇，具有一定的發展前景。

1 材料與方法

1.1 材料

紫薯、雞蛋：市售；新鮮豆渣：綏化益康豆制品加工廠；低筋面粉：山東佳士博糧油食品有限公司；泡打粉：南京華飛口堿廠；綿白糖：齊齊哈爾北方鵬程糖化股份有限公司；大豆油：上海嘉里食品工業有限公司。

1.2 主要儀器

ZH-25B-B11多功能食品加工機：河南新飛電器集團有限公司；BGZ電熱恒溫鼓風干燥箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；XS-365M電子天平：普利賽斯國際貿易上海有限公司；A45烤箱：青島漢尚電器有限公司；936A打蛋機：佛山市順德區容桂祁勝電器廠；CT3質構儀：美國博勒飛有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 紫薯皮的干燥與粉碎

將紫薯皮放在鼓風干燥箱中（55℃）烘干，利用粉碎機將干燥的紫薯皮進行粉碎，過80目篩，備用。

1.3.2.2 原料攪打

先將雞蛋用打蛋器中速打散，緩緩加入綿白糖，改用快速攪打至全部溶化，形成泡沫結構，至泡沫體積發起至原來體積的2倍～3倍。

1.3.2.3 調制面糊

低筋面粉過40目篩，將低筋面粉、泡打粉、紫薯皮粉和豆渣粉充分混勻，加入打發好的蛋漿中，中速攪拌至面糊細膩均勻，緩慢加入大豆油，混合均勻。

1.3.2.4 注模

為了防止蛋糕黏底，在注入模具之前，將模具內部薄薄地涂上一層油。將準備好的面糊注入模具中，注入的面糊體積應在模具的1/3左右，結束后將模具向下摔打數次，排除蛋糕糊中的空氣。

1.3.2.5 焙烤

烤箱溫度設為150℃，烘烤時間為20 min～25 min。

1.3.2.6 脫模

冷卻脫模后自然冷卻3 min～5 min，等到溫度降至30℃～40℃即可。

1.4 試驗設計

1.4.1 單因素試驗

保持紫薯皮粉、豆渣粉與低筋面粉的總量（100 g）不變，對紫薯皮豆渣比例、紫薯皮豆渣添加量、綿白糖添加量、大豆油添加量、泡打粉添加量5個因素進行試驗，通過感官評價、硬度、彈性為指標考察5個因素對蛋糕品質的影響。

1.4.1.1 紫薯皮豆渣比例對蛋糕品質的影響

在紫薯皮豆渣添加量30%、綿白糖添加量120%、大豆油添加量18%、泡打粉添加量3%的條件下，分別考察紫薯皮豆渣質量比為 1 ∶1、2 ∶1、3 ∶1、4 ∶1、5 ∶1對紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕品質的影響，并確定出紫薯皮豆渣的最佳比例。

1.4.1.2 紫薯皮豆渣添加量對蛋糕品質的影響

試驗選擇紫薯皮豆渣添加量范圍為10%～50%，制作過程在紫薯皮豆渣質量比1∶1、綿白糖添加量120%、大豆油添加量18%、泡打粉添加量3%的條件下，分別考察紫薯皮豆渣添加量為10%、20%、30%、40%、50%對紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕品質的影響，并確定出紫薯皮豆渣的最佳添加量。

1.4.1.3 綿白糖添加量對蛋糕品質的影響

試驗選擇綿白糖添加量范圍為80%～160%，制作過程在紫薯皮豆渣質量比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%的條件下，分別考察綿白糖添加量為80%、100%、120%、140%、160%對紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕品質的影響，并確定出綿白糖的最佳添加量。

1.4.1.4 大豆油添加量對蛋糕品質的影響

試驗選擇大豆油添加量范圍為10%～26%，制作過程在紫薯皮豆渣質量比1∶1、紫薯皮豆渣添加量30%、綿白糖添加量120%、泡打粉添加量3%的條件下，分別考察大豆油添加量為10%、14%、18%、22%、26%對紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕品質的影響，并確定出大豆油的最佳添加量。

1.4.1.5 泡打粉添加量對蛋糕品質的影響

試驗選擇泡打粉添加量范圍為1%～5%，制作過程在紫薯皮豆渣質量比1∶1、紫薯皮豆渣添加量30%、綿白糖添加量120%、大豆油添加量18%的條件下，分別考察泡打粉添加量為1%、2%、3%、4%、5%對紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕品質的影響，并確定出泡打粉的最佳添加量。

1.4.2 正交試驗

進行新產品配方研究時存在不同的影響因素，各因素相互交織在一起，對試驗結果造成影響，因此為了探究各個因素間的最優條件，找到最佳配方，采用正交試驗四因素三水平法。通過單因素試驗確定紫薯皮豆渣、綿白糖、大豆油以及泡打粉添加量的取值范圍，從而確定紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕配方，因素水平表見表1。

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

1.5 紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕質量指標測定

1.5.1 產品感官評價

蛋糕經室溫25℃冷卻后，10名品評員（男女比例為1∶1）從蛋糕的外觀形態、質地結構、彈韌性、色澤、氣味和滋味等5個方面進行評價，評分標準見表2[17-18]。

表2 蛋糕感官品質評分標準Table 2 Evaluation standards of sensory quality for cake

1.5.2 質構分析

質構測試又被稱為2次咀嚼測試，主要是通過模擬人口腔的咀嚼運動，對樣品進行兩次壓縮，得到質構測試曲線。本試驗采用CT3型質構儀測定紫薯皮豆渣蛋糕的硬度、彈性指標（硬度表示蛋糕達到一定形變所需的力，是評價質地的主要指標；彈性表示蛋糕經過第一次壓縮以后能夠再恢復的程度，是評價面筋內部品質的重要指標），圓柱型探頭TA44，測試速度3.00 mm/s，壓縮距離20 mm，觸發點負載10 g。每個樣品的蛋糕測試2次，數據取其平均值[19-20]。

1.6 數據處理

利用Origin 8.0軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 紫薯皮豆渣比例對蛋糕感官品質的影響

紫薯皮豆渣比例對蛋糕感官品質的影響如表3所示。

表3 紫薯皮豆渣比例對蛋糕感官品質的影響Table 3 Effects of purple potato skin and soybean dregs ratio on sensory evaluation of cake

紫薯皮與豆渣中含有大量的膳食纖維，過多的膳食纖維則會對蛋糕的內部結構造成影響，從而影響了口感。由表3可知，當紫薯皮豆渣的添加質量比為1：1時，蛋糕的口感與色澤較好，兼具紫薯皮與豆渣的香氣，此時的感官評分最高；當紫薯皮豆渣的添加質量比為2∶1、3∶1時，蛋糕的色澤較深，且香氣不足，豆渣特有的香氣極大部分地被紫薯皮的香氣所覆蓋，感官評分較低；當紫薯皮豆渣的添加質量比為4∶1、5∶1時，完全聞不到豆渣的香氣，同時產品色澤過深，底部焦糊，口感極差，令人難以接受。因此紫薯皮豆渣的最佳添加質量比為1∶1。

2.1.2 紫薯皮豆渣添加量對蛋糕品質的影響

2.1.2.1 紫薯皮豆渣添加量對蛋糕感官品質的影響

紫薯皮豆渣添加量對蛋糕感官品質的影響如表4所示。

紫薯皮與豆渣中含有膳食纖維，同時也含有多種豐富的營養元素，添加過多會影響到蛋糕的內部結構，過少則達不到發揮紫薯皮、豆渣營養價值的目的。由表4可知，當紫薯皮豆渣添加量為20%時，紫薯皮、豆渣的香氣不僅達到了平衡，口感與風味都頗為良好，感官評分最高；當紫薯皮豆渣添加量小于20%時，蛋糕的香氣較弱，既無豆渣的香氣也沒有紫薯的香氣，且彈性一般，內部結構不細膩，因而感官評分較低；當紫薯皮豆渣添加量大于20%時，蛋糕表面粗糙，塊形變形，內部孔洞較多，豆腥味略為明顯，彈性差，按下去難以恢復，色澤過深，口感粗糙，無論是味覺上還是視覺上都令人難以接受。因此紫薯皮豆渣的最佳添加量為20%。

表4 紫薯皮豆渣添加量對蛋糕感官品質的影響Table 4 Effects of purple potato skin and soybean dregs adding volume on sensory evaluation of cake

2.1.2.2 紫薯皮豆渣添加量對蛋糕硬度和彈性的影響

紫薯皮豆渣添加量對蛋糕硬度和彈性的影響如圖1所示。

圖1 紫薯皮豆渣添加量對蛋糕硬度和彈性的影響Fig.1 Effects of purple potato skin and soybean dregs adding volume on hardness and springiness of cake

由圖1可知，隨著紫薯皮豆渣添加量增多，蛋糕的硬度先減小后增大，彈性先增大后減小。當紫薯皮豆渣添加量過多時，蛋糕硬度較大，彈性較小，其原因可能是紫薯皮、豆渣所富含的膳食纖維對面筋造成了影響，破壞了面團的持氣性，從而使組織過于緊密；當紫薯皮豆渣添加量過少時，蛋糕硬度較大，彈性較小，其原因可能是組織結構不夠穩定，從而導致了這樣的結果。當紫薯皮豆渣添加量為20%時，蛋糕的硬度最小，為203 g，彈性最大，為11.47 mm，與表4感官評分結果一致，此時感官評分最高，蛋糕的組織結構及風味口感達到最佳狀態。

2.1.3 綿白糖添加量對蛋糕品質的影響

2.1.3.1 綿白糖添加量對蛋糕感官品質的影響

綿白糖添加量對蛋糕感官品質的影響如表5所示。

表5 綿白糖添加量對蛋糕感官品質的影響Table 5 Effects of white sugar adding volume on sensory evaluation of cake

綿白糖顆粒小，能夠快速溶解，同時它能夠增加蛋糕的甜味，減少蛋的腥味，在高溫焙烤過程中它所產生的焦糖化與美拉德反應能夠增加蛋糕的色澤及香味，不僅如此，它還能起到填充作用，使面糊更為細膩。糖添加量過多或過少，都會使蛋白發泡性差，蛋糕體積小、外形不漂亮且彈性不足，同時還會影響蛋糕的上色[21]。由表5可知，當綿白糖的添加量為140%時，蛋糕的甜味適中，彈韌性良好，內部結構細膩，此時的感官評分最高；當綿白糖的添加量小于140%時，蛋糕風味較弱，口感一般，內部有少量的孔洞；當綿白糖的添加量大于140%時，蛋糕口感較差，味道過甜，內部孔洞較多，且有明顯的黏牙感。因此綿白糖的最佳添加量為140%。

2.1.3.2 綿白糖添加量對蛋糕硬度和彈性的影響

綿白糖添加量對蛋糕硬度和彈性的影響如圖2所示。

圖2 綿白糖添加量對蛋糕硬度和彈性的影響Fig.2 Effects of white sugar adding volume on hardness and springiness of cake

由圖2可知，隨著綿白糖添加量的增加，蛋糕的硬度逐漸減小后增大，彈性先增大后減小。當綿白糖添加量過多時，蛋糕的硬度及彈性均較小，其原因可能是綿白糖添加過多從而導致蛋糕結構過于蓬松，內部氣泡較多；當綿白糖添加量過少時，蛋糕硬度較大，彈性較小，其原因可能是綿白糖添加量過少，不足以使蛋糕形成特有的組織結構，內部略微緊密。當綿白糖添加量為140%時，蛋糕硬度最小，其值為218 g，彈性最大，其值為14.38 mm，與表5感官評分結果一致，此時感官評分最高，蛋糕的組織狀態及口感最佳。

2.1.4 大豆油添加量對蛋糕品質的影響

2.1.4.1 大豆油添加量對蛋糕感官品質的影響

大豆油添加量對蛋糕感官品質的影響如表6所示。

表6 大豆油添加量對蛋糕感官品質的影響Table 6 Effects of soybean oil adding volume on sensory evaluation of cake

大豆油可以穩固住面糊中的氣泡，幫助面糊蓬發，同時也能鎖住水分，使得蛋糕組織更為細膩柔軟。但是過多的大豆油會導致蛋糕偏油，烤熟的蛋糕易掉渣，且打發的蛋白遇到過多的油脂易消泡，導致蛋糕口感粗糙[22]。由表6可知，當大豆油添加量為18%時，蛋糕內部組織結構良好，表面光滑，口感較好，此時蛋糕的感官評分最高；當大豆油添加量小于18%時，蛋糕外形略有破損，口感一般；當大豆油添加量大于18%時，油的味道明顯掩蓋住了蛋糕的香氣，口感較差。因此大豆油的最佳添加量為18%。

2.1.4.2 大豆油添加量對蛋糕硬度和彈性的影響

大豆油添加量對蛋糕硬度和彈性的影響如圖3所示。

由圖3可知，隨著植物油添加量的增加，蛋糕硬度先減小再增大，彈性先增大后減小。當植物油添加量過多時，蛋糕硬度較大，彈性較小，其原因可能是植物油添加量過多從而使蛋糕偏油，使得蛋糕內部組織較為緊密；當植物油添加量過少時，蛋糕硬度較大，彈性較小，其原因可能是植物油添加量過少使得蛋糕內部組織結構略為粗糙，沒能很好的鎖住空氣與水分，因而使得蛋糕內部略為粗糙。當植物油添加量為18%時，蛋糕硬度最小，其值為193 g，彈性最大，其值為12.85 mm，與表6感官評分結果一致，此時感官評分最高，蛋糕的組織結構及風味口感為最佳。

圖3 大豆油添加量對蛋糕硬度和彈性的影響Fig.3 Effects of soybean oil adding volume on hardness and springiness of cake

2.1.5 泡打粉添加量對蛋糕品質的影響

2.1.5.1 泡打粉添加量對蛋糕感官品質的影響

泡打粉添加量對蛋糕感官品質的影響如表7所示。

表7 泡打粉添加量對蛋糕感官品質的影響Table 7 Effects of baking powder adding volume on sensory evaluation of cake

泡打粉在烘焙加熱的過程中會釋放出大量的氣體，這些氣體會使蛋糕達到膨脹與松軟的效果。由表7可知，當泡打粉添加量為3%時，蛋糕內部組織結構細膩，無明顯氣孔，蓬松度適宜，此時的感官評分最高；當泡打粉添加量小于3%時，蛋糕蓬松感較低，口感略微粗糙；當泡打粉添加量大于3%時，蛋糕過于蓬松，內部有較多明顯的大氣孔。因此泡打粉的最佳添加量為3%。

2.1.5.2 泡打粉添加量對蛋糕硬度和彈性的影響

泡打粉添加量對蛋糕硬度和彈性的影響如圖4所示。

由圖4可知，隨著泡打粉添加量的增加，蛋糕硬度逐漸減小，彈性先增大后減小。當泡打粉添加量過多時，蛋糕硬度較小，彈性較小，其原因可能是蛋糕結構過于蓬松，組織中存在大量氣孔；當泡打粉添加量過少時，硬度較大，彈性較小，其原因可能是泡打粉添加量過少導致組織沒能蓬松起來，使得組織密度略大。當泡打粉添加量為3%時，硬度適中，在193 g～218 g之間，其值為200 g，蛋糕彈性最大，其值為14.24 mm，與表7感官評分結果一致，此時感官評分最高，蛋糕的組織結構及風味口感為最佳狀態。

圖4 泡打粉添加量對蛋糕硬度和彈性的影響Fig.4 Effects of baking powder adding volume on hardness and springiness of cake

2.2 正交試驗結果

本文選取4個對紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕品質有影響的試驗因素，即紫薯皮豆渣添加量、綿白糖添加量、大豆油添加量、泡打粉添加量，設定3個水平，采用L9（34）正交試驗設計，并對蛋糕成品進行感官評價見表8。

表8 正交試驗結果及數據分析Table 8 The orthogonal experiment results and data analysis

由表8可知，影響紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕品質因素的主次順序為B＞A＞D＞C，即綿白糖添加量對紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕的影響最大，紫薯皮豆渣添加量是較重要因素，泡打粉添加量是次要因素，大豆油添加量影響較小。正交試驗得到感官評價組合為第五組，即A2B2C3D1，而根據k值分析得到的最佳組合為A2B2C1D1，二者不一致，因此需要增加驗證試驗，結果見表9。

表9 驗證試驗結果Table 9 Experiment results of verification

由表9可知，A2B2C3D1組合更加優于A2B2C1D1組合，因此紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕加工的最佳配方：紫薯皮豆渣添加量為20%、綿白糖添加量為140%、大豆油添加量為22%、泡打粉添加量為2%，此配方下感官評分最高為92.7分，硬度為205.5 g，彈性為12.18 mm。

3 結論

通過單因素試驗和正交試驗得到紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕的最佳配方：紫薯皮豆渣質量比為1∶1、紫薯皮豆渣添加量為20%、綿白糖添加量為140%、大豆油添加量為22%、泡打粉添加量為2%。此條件下，蛋糕品質最佳，其感官評分最高為92.7分，硬度為205.5 g，彈性為12.18 mm。在此配方下制成的蛋糕呈紅褐色，外表完整表面光滑，無破損塌陷，柔軟疏松，內部組織結構細膩，兼具紫薯與豆渣的香氣，甜味適中。